تعریف تراشه لیزری
تراشه های نوری اجزای اصلی هستند که تبدیل متقابل حامل های انرژی فوتوالکتریک را درک می کنند. آنها به طور گسترده در محصولات اتصال نوری استفاده می شوند و عمدتا به تراشه های لیزری و تراشه های آشکارساز نوری تقسیم می شوند. در میان آنها، تراشه لیزری یک جزء نیمه هادی فعال است که انرژی الکتریکی را بر اساس اصل تشعشعات تحریک شده به پرتوهای نور تک رنگ پرقدرت و پرقدرت تبدیل می کند.
در انتهای سیستم های ارتباطی نوری، تراشه های لیزری منبع نور کلیدی هستند که اطلاعات را حمل می کنند. آنها غیرقابل جایگزین هستند و جایگاه مرکزی در زمینه تراشه های نوری را اشغال می کنند. با توجه به روش مدولاسیون، تراشه های لیزری را می توان به مدولاسیون مستقیم، مدولاسیون یکپارچه و مدولاسیون خارجی تقسیم کرد. از دیدگاه سیستمهای مواد، تراشههای لیزری عمدتاً به ایندیم فسفید (InP) و آرسنید گالیم (GaAs) تقسیم میشوند. علاوه بر این، با توجه به ساختار ساطع کننده نور، می توان آن را به ساختارهای ساطع کننده سطح-و لبه-تقسیم کرد.
توزیع زنجیره ای صنعتی تراشه های لیزری در بازار اتصالات نوری
تراشه های لیزری در بالادست زنجیره صنعت اتصال نوری قرار دارند و با موانع فنی بالا و جریان های فرآیند پیچیده، یک حلقه مهم در کل زنجیره صنعت هستند. به عنوان "قلب" سیستم ارتباط نوری، عملکرد تراشه لیزری به طور مستقیم میزان انتقال و بازده انرژی دستگاه های نوری پایین دست، ماژول های نوری و حتی کل سیستم ارتباط نوری را تعیین می کند.
به عنوان حامل اصلی سیستم های ارتباط نوری، محصولات اتصال نوری بسته به مسیر فناوری، تفاوت های آشکاری در ساختار هزینه سخت افزاری (BOM) خود دارند. با در نظر گرفتن ماژولهای نوری غیر سیلیکونی به عنوان مثال، ساختار هزینه سختافزار آن عمدتاً شامل چهار بخش اصلی است: تراشههای نوری، تراشههای الکتریکی، دستگاههای نوری غیرفعال، PCB و اجزای مکانیکی. برای محصولات اتصال فوتونیک سیلیکونی، ساختار BOM از نظر ساختاری بازسازی شده است. مدولاتور گسسته اصلی و تعداد زیادی دستگاه نوری غیرفعال در یک تراشه فوتونیک سیلیکونی (PIC) یکپارچه شده اند، در حالی که PCB و اجزای مکانیکی بسیار ساده شده اند.
در این زمان، BOM بر دو هسته "تراشه های فوتونی سیلیکونی" و "لیزرها" تمرکز می کند. چه با استفاده از راه حل اولیه EML توسعه یافته- چه از مسیر نوری سیلیکونی در حال ظهور، تراشه های لیزری جایگاه مهمی را در زنجیره ارزش اشغال می کنند زیرا مستقیماً بر تبدیل سیگنال فوتوالکتریک و کیفیت انتقال سیگنال تأثیر می گذارند.
انواع اصلی محصول تراشه لیزری
به عنوان دستگاه اصلی تبدیل فوتوالکتریک، تراشه های لیزری عمدتاً بر اساس تفاوت در سیستم های مواد، ساختارهای فیزیکی و روش های مدولاسیون به پنج دسته تقسیم می شوند، از جمله DFB، EML، CW، VCSEL و FP، که هر کدام دارای مزایای فنی خاص و سناریوهای کاربردی هستند.
پس زمینه توسعه بازار تراشه های لیزری
رشد قابل توجه صنعت تراشه لیزری عمدتاً به دلیل عوامل مطلوبی مانند رشد انفجاری بازار اتصالات نوری، کاربرد سریع فناوریهای نوظهور مانند فوتونیک سیلیکونی در اتصالات نوری و تقاضای فزاینده برای محصولات اتصال نوری با کارایی بالا-از مشتریان نهایی است. تراشههای لیزری بهعنوان یک جزء اصلی ضروری راهحلهای اتصال نوری، مستقیماً از این روند سود میبرند و در نتیجه توسعه خود را تسریع میکنند.
در سال 2024، بازار جهانی تراشه های لیزری به 2.6 میلیارد دلار خواهد رسید و انتظار می رود در سال 2030 با نرخ رشد مرکب سالانه 44.1 درصد به 22.9 میلیارد دلار افزایش یابد. محدودیتهای عینی در توسعه صنعت تراشههای لیزری وجود دارد، از جمله چرخههای توسعه ظرفیت تولید طولانی، موانع فنی بالا و ظرفیت تولید متمرکز{6}، مواد و تجهیزات هسته محدود در کوتاهمدت و میانمدت، و الگوی زنجیره تأمین نامتعادل. نمی تواند به طور کامل نیازهای رو به رشد بازار پایین دستی را برآورده کند. بازار کلی با کمبود مواجه است. این امر بهویژه در تراشههای لیزر EML و تراشههای لیزر CW که برای اتصالات نوری{10}سرعت بالا استفاده میشوند، آشکار است.
سناریوهای کاربردی اصلی تراشه های لیزری
تراشه های لیزری عمدتاً در محصولات اتصال نوری استفاده می شوند و سناریوهای کاربردی ترمینال بسیار شبیه به سناریوهای کاربردی راه حل های اتصال نوری است که آنها پشتیبانی می کنند. با توجه به سناریوهای مختلف کاربرد ترمینال، بازار تراشه های لیزری را می توان به بازار تراشه های لیزری مرکز داده و بازار تراشه های لیزری مخابراتی تقسیم کرد. در میان آنها، بازار تراشه های لیزری مرکز داده موقعیت مطلق بازار را اشغال می کند. اندازه بازار در سال 2024 به 1.6 میلیارد دلار خواهد رسید و انتظار می رود در سال 2030 با نرخ رشد مرکب سالانه 53.4 درصد به 21.1 میلیارد دلار افزایش یابد.
بازارهای تراشه های لیزری مرکز داده و تراشه های لیزری مخابراتی چشم انداز فناوری متفاوتی را ارائه می دهند. بازار تراشه های لیزری مرکز داده با چشم انداز فناوری دوچرخ متحرک تراشه های لیزری EML و CW مشخص می شود: تراشه های لیزری EML، به عنوان راه حل اولیه توسعه، به طور گسترده در محصولات اتصال نوری 400G و بالاتر استفاده می شود. در سالهای اخیر، راهحلهای فوتونیک سیلیکونی با مزایای یکپارچهسازی بالا و هزینه کم، به یک جهت-تکامل با سرعت بالا تبدیل شدهاند که به تراشههای لیزری CW با قدرت{{5} بالا نیاز دارند.
در ارتباطات راه دور، تراشههای لیزری{0}ساطع کننده لبه همچنان غالب هستند، عمدتاً به دلیل توانایی آنها در برآوردن الزامات عملکرد دقیق. به طور خاص، تراشههای لیزری DFB به طور گسترده در سناریوهای مسافت کوتاه- و-مثل دسترسی به فیبر نوری 5G استفاده میشوند. برعکس، تراشههای لیزری EML بر محدودیتهای پراکندگی از طریق صدای چیپ کم و نسبت انقراض زیاد خود غلبه میکنند، بنابراین موقعیت غالب در گرههای-فاصله{7} و پرسرعت مانند شبکههای ستون فقرات و دسترسی{8}}به فیبر با سرعت بالا را اشغال میکنند.
تراشه های لیزر EML و تراشه های لیزر CW بر سهم بازار تسلط دارند و اهمیت آنها همچنان در حال افزایش است
در سال 2024، اندازه کل بازار تراشه های لیزر EML و تراشه های لیزر CW به 970 میلیون دلار آمریکا خواهد رسید که تقریباً 38.1٪ از بازار را به خود اختصاص می دهد. انتظار می رود در آینده درآمد این محصولات با نرخ رشد بالایی حفظ شود و سهم بازار همچنان افزایش یابد. انتظار می رود تا سال 2030، کل درآمد به 20.80 میلیارد دلار آمریکا برسد، با نرخ رشد مرکب سالانه 66.6٪ و سهم بازار 90.9٪.
تراشه لیزر EML
تراشه های لیزری EML عمدتاً شامل 50G/100G/200G و سایر مشخصات با توجه به نرخ داده از کم به بالا هستند و هسته با محصولات اتصال نوری از 100G تا 1.6T سازگار است. در حال حاضر، تراشههای لیزری 100G EML محصولات اصلی هستند و به طور گسترده در محصولات اصلی اتصال نوری با سرعت بالا مانند ماژولهای نوری 400G و 800G استفاده میشوند. از آنجایی که محصولات اتصال نوری با سرعت 1.6T و{12}}بهطور متوالی مورد استفاده قرار میگیرند، تراشههای لیزری 200G EML، بهعنوان انتخاب تراشه لیزری منطبق، باعث رشد سریع میشوند.
تراشه لیزری CW
توسعه تراشه های لیزری CW عمدتاً از استفاده از فناوری فوتونیک سیلیکون سود می برد. در محلولهای فوتونیک سیلیکونی، تراشههای لیزری CW بهعنوان منابع نوری یکپارچه خارجی/ناهمگن عمل میکنند و همراه با تعدیلکنندههای فوتونیک سیلیکونی برای تحقق تبدیل سیگنال فوتوالکتریک و توابع مدولاسیون محصولات اتصال فوتونیک سیلیکونی استفاده میشوند. در میان محصولات اتصال نوری با سرعت بالا، محلولهای فوتونیک سیلیکونی و تراشههای لیزر CW بهدلیل مزایای هزینه- عالی، بهطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند.
در محصولات اتصال نوری سیلیکونی با سرعت بالا{0} فوتونیک 400G، 800G و حتی 1.6T، تراشه های لیزری اصلی CW مورد استفاده شامل 50mW، 70mW، 100mW و سایر مدل های توان هستند. علاوه بر این، با هدایت فناوریهای نوظهور مانند NPO و CPO، تراشههای لیزری پرقدرت CW شامل مدلهای 150mW، 300mW و 400mW به تدریج در توسعه تجاری محصولات اتصال نوری نسل بعدی گنجانده میشوند. انتظار می رود از سال 2025 تا 2030 تقاضا برای تراشه های لیزری CW با توان بالای 100 میلی وات رشد انفجاری را تجربه کند. انتظار می رود تا سال 2030، اندازه بازار تراشه های لیزری CW با توان بالای 100 میلی وات به 6.6 میلیارد دلار برسد که 65.3 درصد از بازار را به خود اختصاص می دهد.
عوامل محرک توسعه صنعت تراشه لیزری و روند توسعه آینده
. تقاضا همچنان در حال افزایش است و رشد سریع را حفظ می کند. توسعه خوشههای آموزشی هوش مصنوعی باعث افزایش تقاضا برای قدرت محاسباتی و{2}}انتقال داده با سرعت بالا شده است و باعث رشد تصاعدی تقاضا برای محصولات اتصال نوری پاییندستی با سرعت بالا- شده است. به عنوان جزء اصلی محصولات اتصال نوری، تقاضای بازار برای تراشه های لیزری به سرعت در حال افزایش است.
. تراشه لیزر EML و تراشه لیزری CW دو-چرخ متحرک. از یک طرف، تراشههای لیزر EML به دلیل داشتن پهنای باند بالا، پراکندگی کم و مزایای انتقال مسافت طولانی، راهحل مهمی برای دستیابی به نرخهای تک-طول موج 100G/200G شدهاند، و به طور گسترده در ماژولهای 400G، 800G و حتی ماژولهای optical 1.6T استفاده میشوند. از سوی دیگر، تراشههای لیزری CW همراه با تعدیلکنندههای فوتونیک سیلیکونی، در مواجهه با مسیر نوظهور فناوری فوتونیک سیلیکونی، بهدلیل یکپارچگی بالا، قابلیت تطبیقپذیری کم، کمپتانسیل{14}معماری کمپتانسیل و تطبیقپذیری{14}بهتدریج، بهتدریج به یک دستگاه اصلی کلیدی تبدیل میشوند که از نسل بعدی محصولات اتصال نوری و شبکههای مرکز داده فوقالعاده{13}}پشتیبانی میکند. مانند CPO.
. محصولات به سمت عملکرد بالاتر تکامل می یابند و ارزش محصولات واحد همچنان در حال افزایش است. همانطور که محصولات اتصال نوری به سمت سرعتهای بالاتر تکامل مییابند و فناوریهای یکپارچهسازی جدید بررسی و اعمال میشوند، الزامات بالاتری برای عملکرد تراشههای لیزری اعمال میشود. با در نظر گرفتن راهحلهای EML به عنوان مثال، نرخهای انتقال بالا معمولاً مستلزم کارایی بالا و مقدار تراشههای لیزری در واحد محصول اتصال نوری است که ارزش تراشههای لیزر در هر واحد محصول اتصال نوری را افزایش میدهد.
در راه حل نور سیلیکونی، اگرچه فناوری نور سیلیکون هزینه بخش مدولاسیون را از طریق فرآیند CMOS کاهش میدهد، اما به منظور راهاندازی یک موتور نور سیلیکونی با سرعت بالاتر و به طور موثر جبران تلفات پیچیده مسیر نوری در تراشه، ماژول نوری باید به یک منبع نور خارجی-قدرت، یک منبع تراشه لاسر بیشتر{3} مجهز باشد. علاوه بر این، با پیشرفت صنعت به-فناوریهای یکپارچهسازی نسل بعدی مانند NPO و CPO، تقاضا برای تراشههای لیزری دستخوش تغییرات اساسی خواهد شد و انتظار میرود ارزش تراشههای لیزری در هزینه کلی سختافزار بیشتر شود.
. تنوع زنجیره تامین گسترش زیرساختهای محاسباتی جهانی مبتنی بر هوش مصنوعی، تقاضاهای قابل توجهی را در مقیاس، ثبات و بهموقع بودن زنجیره تأمین ایجاد کرده است و فرصتهای استراتژیک را برای تولیدکنندگان تراشههای لیزری با کیفیت بالا-بهوجود آورده است. از همه مهمتر، تولیدکنندگان با قابلیتهای فنی پیشرفته (از جمله رشد همپایه،-حکاکی گریتینگ با دقت بالا) و مزایایی در کارایی عملیاتی و قابلیتهای واکنش سریع میتوانند بهتر الزامات سختگیرانه را برآورده کنند، به زنجیره تامین اصلی بینالمللی بپیوندند، یک شبکه زنجیره تامین جهانی متنوع بسازند و سهم قابلتوجهی از بازار بینالمللی را به دست آورند. بهویژه قابل توجه است که تولیدکنندگان تراشههای لیزری بیشتر و بیشتر در حال اجرای استراتژیهای جهانیسازی با قرار دادن پایگاههای تولید خود در نزدیکی تولیدکنندگان اتصال نوری پایین دست یا مشتریان نهایی هستند و در نتیجه شبکه زنجیره تأمین جهانی انعطافپذیرتر و متنوعتری ایجاد میکنند.
ساختار هزینه تراشه لیزری
ساختار هزینه تراشه های لیزری تحت سلطه هزینه های ساخت، هزینه های مستقیم نیروی کار و هزینه های مواد است. هزینه های مواد عمدتاً شامل زیرلایه ها، اهداف طلا، گازهای خاص و مواد شیمیایی و غیره بسته به محصولات مختلف است و معمولاً 10 تا 20 درصد کل هزینه را شامل می شود. در حال حاضر، مواد بستر تراشه های لیزری عمدتا InP و GaAs هستند. از جمله، قیمتهای InP در چند سال گذشته به دلیل افزایش قیمت مواد و اثرات دیگر به افزایش خود ادامه دادهاند. با توجه به فرآیند تولید نسبتا ساده GaAs، قیمت به تدریج با بهینه سازی فرآیند و تکرار فناوری کاهش یافته است.
موانع رقابت تراشه های لیزری
.تولید{1}چگونه. تولید تراشه لیزری بسیار وابسته به فرآیندهای هسته پیشرفته است، مانند رشد همپایه،-اچ کردن گریتینگ با دقت بالا و طراحی پیچیده مدولاسیون سرعت بالا-. با توجه به کمبود کارخانههای ریختهگری با قابلیتهای{6}تولید کامل فرآیند، اکثر تامینکنندگان تراشههای لیزری باید در مدل IDM کار کنند، که الزامات بسیار بالایی را بر کنترل مطلق تأمینکنندگان بر کل فرآیند تولید و توانایی جمعآوری دانش عمیق صنعت-میپذیرد. علاوه بر این، تکرار سریع محصولات اتصال نوری پایین دستی، نوآوری های تکنولوژیکی مستمر در سطح تراشه را هدایت کرده است. بنابراین، تولیدکنندگان باید از فناوری اختصاصی برای ارتقاء سریع تحقیق و توسعه به تولید انبوه، بهینه سازی مداوم پارامترهای فرآیند و حفظ بازدهی پایدار و بالا برای اطمینان از قابلیت اطمینان محصول برخوردار باشند.
.اعتماد و همکاری مشتری. بازار اتصالات نوری با فرآیند صدور گواهینامه بسیار سخت و طولانی مشخص می شود. هزینه های بالای سوئیچینگ ناشی از راه حل های پیشرو اتصال نوری و ارائه دهندگان خدمات ابری موانع غیرقابل عبوری را برای تازه واردان ایجاد می کند. با این حال، برای تامینکنندگانی که با موفقیت وارد میشوند، این ویژگیها روابطی را تقویت میکنند که بسیار قوی هستند و به ندرت تغییر میکنند. تولیدکنندگان تراشههای لیزری با ایجاد شراکتهای بلندمدت و قابل اعتماد با رهبران صنعت، میتوانند عمیقاً در زنجیره تأمین جهانی ادغام شوند و با ادامه تکامل معماریهای هوش مصنوعی و مرکز داده، بینشهای اولیه حیاتی به دست آورند.
. قابلیت تحقیق و توسعه. فناوری صنعت اتصال نوری به سرعت در حال تکرار است، که به تولیدکنندگان تراشه لیزری بالادستی نیاز دارد که طرحبندی آیندهنگر و قابلیتهای تحقیق و توسعه سیستماتیک داشته باشند. شرکتهای پیشرو معمولاً در تحقیق و توسعه فناوریهای اصلی برنامهریزی میکنند تا همچنان نیازهای ارتقاء محصولات پاییندستی را برآورده کنند. تولیدکنندگان تراشه لیزری با چنین قابلیتهای تحقیق و توسعه سیستماتیک-نه تنها میتوانند سرعت پیشروی تکرارهای فناوری را حفظ کنند، بلکه موانع فنی ایجاد میکنند که تکرار آن در صنعت دشوار است و همچنان در عملکرد و قابلیت اطمینان محصول پیشرو هستند.
. قابلیت های مدیریت زنجیره تامین ماهیت پویای بازار اتصالات نوری، تقاضاهای بسیار بالایی را برای مدیریت زنجیره تامین و چابکی عملیاتی ایجاد می کند. تولیدکنندگان باید توانایی گسترش انعطافپذیر تولید، بهینهسازی تخصیص منابع و برآورده کردن چرخههای تحویل سختگیرانه مشتریان را داشته باشند. یک سیستم زنجیره تامین بالغ و قوی برای حل خطرات مرتبط با تکرار سریع بازار و نوسانات خشونت آمیز سفارش بسیار مهم است. با ایجاد یک شبکه تامین جامد و حفظ پایداری ظرفیت تولید، تولیدکنندگان تراشههای لیزری میتوانند به صرفهجویی در مقیاس دست یابند، الزامات تحویل سختگیرانه را برآورده کنند و مزیتهای هزینه پایدار را در بازار جهانی به شدت رقابتی حفظ کنند.
برای تحقیق و تحلیل بیشتر صنعت به سایت رسمی پژوهشکده صنعتی سیهان مراجعه فرمایید. در عین حال، پژوهشکده صنعتی سیهان همچنین گزارشهای تحقیقاتی صنعت، گزارشهای مطالعات امکانسنجی (تصویب و تشکیل پرونده، وامهای بانکی، تصمیمهای سرمایهگذاری، جلسات گروه)، برنامهریزی صنعتی، برنامهریزی پارک، طرحهای تجاری (تامین مالی سهام، سرمایهگذاری و سرمایهگذاری مشترک، تصمیمگیری داخلی)، بررسیهای ویژه، طراحی معماری، گزارشهای خدمات مشاورهای در خارج از کشور و سایر موارد مرتبط را ارائه میکند.
