Fatores impulsionadores do desenvolvimento da indústria de chips a laser e tendências futuras de desenvolvimento em 2026
Definição de chip laser
Os chips ópticos são os componentes principais que realizam a conversão mútua de portadores de energia fotoelétrica. Eles são amplamente utilizados em produtos de interconexão óptica e são divididos principalmente em chips de laser e chips fotodetectores. Entre eles, o chip laser é um componente semicondutor ativo que converte energia elétrica em feixes de luz monocromáticos de alta-potência e alta{3}}com base no princípio da radiação estimulada.
Na extremidade de transmissão dos sistemas de comunicação óptica, os chips de laser são a principal fonte de luz que transporta informações. Eles são insubstituíveis e ocupam uma posição central no campo dos chips ópticos. De acordo com o método de modulação, os chips laser podem ser divididos em modulação direta, modulação integrada e modulação externa. Do ponto de vista dos sistemas de materiais, os chips de laser são divididos principalmente em fosfeto de índio (InP) e arsenieto de gálio (GaAs). Além disso, de acordo com a estrutura-de emissão de luz, ela pode ser dividida em estruturas emissoras de superfície-e emissoras de borda-.
Distribuição em cadeia industrial de chips laser no mercado de interconexão óptica
Os chips laser estão a montante da cadeia da indústria de interconexão óptica e são um elo importante em toda a cadeia da indústria, com altas barreiras técnicas e fluxos de processos complexos. Como o "coração" do sistema de comunicação óptica, o desempenho do chip laser determina diretamente a taxa de transmissão e a eficiência energética dos dispositivos ópticos downstream, módulos ópticos e até mesmo de todo o sistema de comunicação óptica.
Como principal transportador de sistemas de comunicação óptica, os produtos de interconexão óptica apresentam diferenças óbvias em sua estrutura de custos de hardware (BOM), dependendo do caminho tecnológico. Tomando como exemplo módulos ópticos sem silício, sua estrutura de custos de hardware inclui principalmente quatro segmentos principais: chips ópticos, chips elétricos, dispositivos ópticos passivos, PCB e componentes mecânicos. Para produtos de interconexão fotônica de silício, a estrutura do BOM foi estruturalmente reconstruída. O modulador discreto original e um grande número de dispositivos ópticos passivos são integrados em um chip fotônico de silício (PIC), enquanto o PCB e os componentes mecânicos são bastante simplificados.
Neste momento, o BOM concentra-se nos dois núcleos de "chips fotônicos de silício" e "lasers". Seja usando a solução EML desenvolvida anteriormente ou o emergente caminho óptico de silício, os chips laser ocupam uma posição importante na cadeia de valor porque afetam diretamente a conversão do sinal fotoelétrico e a qualidade da transmissão do sinal.
Principais tipos de produtos de chips a laser
Como dispositivo central da conversão fotoelétrica, os chips laser são divididos principalmente em cinco categorias com base nas diferenças nos sistemas de materiais, estruturas físicas e métodos de modulação, incluindo DFB, EML, CW, VCSEL e FP, cada um com vantagens técnicas e cenários de aplicação específicos.
Histórico de desenvolvimento do mercado de chips laser
O crescimento significativo da indústria de chips a laser se deve principalmente a fatores favoráveis, como o crescimento explosivo do mercado de interconexão óptica, a rápida aplicação de tecnologias emergentes, como a fotônica de silício em interconexões ópticas, e a crescente demanda por produtos de interconexão óptica de alto-desempenho por parte dos clientes finais. Como um componente central indispensável das soluções de interconexão óptica, os chips laser beneficiam diretamente destas tendências, acelerando assim o seu próprio desenvolvimento.
Em 2024, o mercado global de chips laser atingirá 2,6 mil milhões de dólares e deverá crescer para 22,9 mil milhões de dólares em 2030, com uma taxa composta de crescimento anual de 44,1%. Existem limitações objetivas no desenvolvimento da indústria de chips laser, incluindo longos ciclos de expansão da capacidade de produção, barreiras técnicas elevadas e capacidade de produção concentrada-de alta qualidade, materiais e equipamentos básicos limitados no curto e médio prazo, e um padrão desequilibrado da cadeia de abastecimento. Não consegue satisfazer plenamente as necessidades crescentes do mercado a jusante. O mercado geral está escasso. Isso é especialmente óbvio em chips laser EML e chips laser CW usados para interconexões ópticas de alta{10}}velocidade.
Principais cenários de aplicação de chips laser
Os chips laser são usados principalmente em produtos de interconexão óptica, e os cenários de aplicação do terminal são muito semelhantes aos cenários de aplicação das soluções de interconexão óptica que eles suportam. De acordo com diferentes cenários de aplicação de terminais, o mercado de chips laser pode ser dividido em mercado de chips laser para data centers e mercado de chips laser para telecomunicações. Entre eles, o mercado de chips laser para data centers ocupa uma posição absoluta no mercado. O tamanho do mercado atingirá US$ 1,6 bilhão em 2024 e deverá crescer para US$ 21,1 bilhões em 2030, com uma taxa composta de crescimento anual de 53,4%.
Os mercados de chips laser para data centers e chips laser para telecomunicações apresentam um cenário tecnológico diferenciado. O mercado de chips laser para data centers é caracterizado por um cenário de tecnologia de tração nas duas{1} rodas de chips laser EML e CW: os chips laser EML, como uma solução de desenvolvimento inicial, são amplamente usados em produtos de interconexão óptica 400G e superiores. Nos últimos anos, soluções fotônicas de silício com as vantagens de alta integração e baixo custo tornaram-se uma direção de evolução de alta-velocidade, exigindo chips laser CW de alta-potência.
Nas telecomunicações, os chips laser emissores de borda continuam a dominar, em grande parte devido à sua capacidade de atender a requisitos rigorosos de desempenho. Especificamente, os chips laser DFB são amplamente usados em cenários de curta- e média-distância, como fronthaul 5G e acesso por fibra óptica. Pelo contrário, os chips laser EML superam as limitações de dispersão por meio de seu baixo chirp e alta taxa de extinção, ocupando assim uma posição dominante em nós de longa-distância e alta-velocidade, como redes de backbone e acesso de fibra-de alta velocidade.
Os chips laser EML e os chips laser CW dominam a participação de mercado e sua importância continua a aumentar
Em 2024, o tamanho total do mercado de chips laser EML e chips laser CW atingirá US$ 970 milhões, representando aproximadamente 38,1% do mercado. No futuro, espera-se que a receita destes produtos mantenha uma elevada taxa de crescimento e a quota de mercado continue a aumentar. Até 2030, a receita total deverá atingir 20,80 mil milhões de dólares americanos, com uma taxa composta de crescimento anual de 66,6% e uma quota de mercado de 90,9%.
Chip laser EML
Os chips laser EML incluem principalmente 50G/100G/200G e outras especificações de acordo com a taxa de dados de baixa a alta, e o núcleo se adapta a produtos de interconexão óptica de 100G a 1,6T. Atualmente, os chips laser EML 100G são produtos convencionais e amplamente usados em produtos convencionais de interconexão óptica de alta-velocidade, como módulos ópticos 400G e 800G. À medida que produtos de interconexão óptica de 1,6T e{12}}velocidade superior são sucessivamente colocados em uso, os chips laser EML 200G, como a opção de chip laser correspondente, darão início a um rápido crescimento.
Chip laser CW
O desenvolvimento de chips laser CW se beneficia principalmente da aplicação da tecnologia fotônica de silício. Em soluções fotônicas de silício, os chips de laser CW servem como fontes de luz integradas externas/heterogêneas e são usados em conjunto com moduladores fotônicos de silício para realizar as funções de conversão e modulação de sinal fotoelétrico de produtos de interconexão fotônica de silício. Entre os produtos de interconexão óptica de alta-velocidade, soluções fotônicas de silício e chips de laser CW são amplamente utilizados devido às excelentes vantagens de-custo-benefício.
Nos principais produtos atuais de interconexão óptica fotônica de silício de alta-taxa de 400G, 800G e até 1,6T, os principais chips laser CW usados incluem 50mW, 70mW, 100mW e outros modelos de potência. Além disso, impulsionados por tecnologias emergentes, como NPO e CPO, chips laser CW de alta-potência, incluindo modelos de 150mW, 300mW e 400mW, estão sendo gradualmente incluídos no desenvolvimento comercial de produtos de interconexão óptica de-próxima geração. De 2025 a 2030, espera-se que a demanda por chips laser CW com potência acima de 100mW experimente um crescimento explosivo. Até 2030, o tamanho do mercado de chips laser CW com potência acima de 100mW deverá atingir US$ 6,6 bilhões, representando 65,3% do mercado.
Fatores impulsionadores do desenvolvimento da indústria de chips a laser e tendências futuras de desenvolvimento
. A demanda continua a aumentar e mantém um rápido crescimento. O desenvolvimento de clusters de treinamento de IA gerou um aumento na demanda por poder de computação e transmissão de dados em alta-velocidade, impulsionando um crescimento exponencial na demanda por produtos downstream de interconexão óptica de alta-velocidade. Como componente principal dos produtos de interconexão óptica, a demanda do mercado por chips laser está aumentando rapidamente.
. Chip laser EML e chip laser CW com tração nas duas-rodas. Por um lado, os chips laser EML se tornaram uma solução importante para atingir taxas de comprimento de onda único de 100G/200G devido à alta largura de banda, baixa dispersão e vantagens de transmissão de longa-distância, e são amplamente usados em módulos ópticos de alta-velocidade de 400G, 800G e até 1,6T. Por outro lado, diante do caminho emergente da tecnologia fotônica de silício, os chips laser CW combinados com moduladores fotônicos de silício estão gradualmente se tornando um dispositivo central essencial que dá suporte à próxima geração de produtos de interconexão óptica e redes de data centers de ultra-alta-velocidade devido à sua alta integração, potencial de baixo-custo e perfeita adaptabilidade a arquiteturas-de ponta, como CPO.
. Os produtos evoluem para um desempenho mais elevado e o valor dos produtos unitários continua a aumentar. À medida que os produtos de interconexão óptica continuam a evoluir para velocidades mais altas e novas tecnologias de integração são exploradas e aplicadas, requisitos mais elevados são impostos ao desempenho dos chips laser. Tomando as soluções EML como exemplo, altas taxas de transmissão geralmente exigem alto desempenho e quantidade de chips de laser por unidade de produto de interconexão óptica, aumentando o valor dos chips de laser por unidade de produto de interconexão óptica.
Na solução de luz de silício, embora a tecnologia de luz de silício reduza o custo da parte de modulação por meio do processo CMOS, para acionar um mecanismo de luz de silício de maior-velocidade e compensar efetivamente perdas complexas no-chip de caminho óptico, o módulo óptico deve ser equipado com um chip de laser CW monocromático-de maior-potência e maior potência como fonte de luz externa. Além disso, à medida que a indústria evolui para tecnologias de integração de próxima{5}}geração, como NPO e CPO, a demanda por chips laser sofrerá mudanças fundamentais, e espera-se que o valor dos chips laser no custo geral de hardware aumente ainda mais.
. Diversificação da cadeia de abastecimento. A expansão da infraestrutura de computação global-orientada por IA impôs demandas significativas à escala, estabilidade e pontualidade da cadeia de suprimentos, criando oportunidades estratégicas para fabricantes de chips a laser de alta-qualidade. Crucialmente, os fabricantes com capacidades técnicas avançadas (incluindo crescimento epitaxial, gravação de grades de alta{5}}precisão) e vantagens em eficiência operacional e capacidades de resposta rápida podem atender melhor aos requisitos rigorosos, juntar-se à cadeia de fornecimento central internacional, construir uma rede de cadeia de fornecimento global diversificada e ganhar uma participação considerável no mercado internacional. É particularmente digno de nota que cada vez mais fabricantes de chips laser estão a implementar estratégias de globalização, localizando as suas bases de produção perto de fabricantes de interligações ópticas a jusante ou de clientes finais, construindo assim uma rede de cadeia de abastecimento global mais resiliente e diversificada.
Estrutura de custos do chip laser
A estrutura de custos dos chips laser é dominada pelos custos de fabricação, custos de mão de obra direta e custos de material. Os custos dos materiais incluem principalmente substratos, alvos de ouro, gases e produtos químicos especiais, etc., dependendo dos diferentes produtos, e geralmente representam 10% a 20% do custo total. Atualmente, os materiais de substrato dos chips laser são principalmente InP e GaAs. Entre eles, os preços do InP continuaram a subir nos últimos anos devido ao aumento dos preços dos materiais e outros efeitos. Devido ao processo de produção relativamente simples de GaAs, o preço diminuiu gradualmente com a otimização do processo e a iteração da tecnologia.
Barreiras de competição de chips laser
.Conhecimento-de produção. A produção de chips a laser é altamente dependente de processos centrais avançados, como crescimento epitaxial, gravação de grade de alta{3}}precisão e design complexo de modulação de alta-velocidade. Tendo em vista a escassez de fundições com capacidades-completas de produção de processos, a maioria dos fornecedores de chips a laser deveria operar no modelo IDM, que impõe requisitos extremamente altos ao controle absoluto dos fornecedores sobre todo o processo de produção e à capacidade de acumular profundo conhecimento-da indústria. Além disso, a rápida iteração de produtos de interconexão óptica downstream impulsionou a inovação tecnológica contínua no nível do chip. Portanto, os fabricantes precisam ter tecnologia proprietária para promover rapidamente P&D para produção em massa, otimizar continuamente os parâmetros do processo e manter rendimentos altos e estáveis para garantir a confiabilidade do produto.
.Confiança e cooperação do cliente. O mercado de interconexão óptica é caracterizado por um processo de certificação extremamente rigoroso e demorado. Os elevados custos de mudança causados pelas principais soluções de interconexão óptica e pelos provedores de serviços em nuvem criam barreiras intransponíveis para novos participantes. No entanto, para os fornecedores que entram com sucesso, estas características promovem relacionamentos que são altamente robustos e raramente mudam. Ao estabelecer parcerias confiáveis de longo-prazo com líderes do setor, os fabricantes de chips a laser podem integrar-se profundamente à cadeia de fornecimento global e obter insights iniciais críticos à medida que a IA e as arquiteturas de data center continuam a evoluir.
. Capacidades de pesquisa e desenvolvimento. A tecnologia do setor de interconexão óptica está iterando rapidamente, o que exige que os fabricantes de chips a laser tenham um layout-prospectivo e recursos sistemáticos de pesquisa e desenvolvimento. As empresas líderes geralmente planejam com antecedência a pesquisa e o desenvolvimento de tecnologias essenciais para continuar a atender às necessidades de atualizações de produtos posteriores. Os fabricantes de chips a laser com capacidades de P&D sistemáticas e voltadas para o futuro podem não apenas manter o ritmo líder de iterações tecnológicas, mas também formar barreiras técnicas que são difíceis de replicar no setor e continuar a liderar em desempenho e confiabilidade de produtos.
. Capacidades de gerenciamento da cadeia de suprimentos. A natureza dinâmica do mercado de interconexão óptica impõe exigências extremamente altas no gerenciamento da cadeia de suprimentos e na agilidade operacional. Os fabricantes precisam ter a capacidade de expandir a produção com flexibilidade, otimizar a alocação de recursos e atender aos rigorosos ciclos de entrega dos clientes. Um sistema de cadeia de abastecimento maduro e robusto é crucial para resolver os riscos associados à rápida iteração do mercado e às flutuações violentas dos pedidos. Ao construir uma rede de fornecimento sólida e manter a estabilidade da capacidade de produção, os fabricantes de chips laser podem obter economias de escala, atender a requisitos rigorosos de entrega e manter vantagens de custos sustentáveis em um mercado global ferozmente competitivo.
Para obter mais pesquisas e análises do setor, consulte o site oficial do Sihan Industrial Research Institute. Ao mesmo tempo, o Sihan Industrial Research Institute também fornece relatórios de pesquisa do setor, relatórios de estudos de viabilidade (aprovação e arquivamento de projetos, empréstimos bancários, decisões de investimento, reuniões de grupo), planejamento industrial, planejamento de parques, planos de negócios (financiamento de capital, investimento e joint ventures, tomada de decisão-interna), pesquisas especiais, projeto arquitetônico, relatórios de investimento no exterior e outras soluções de serviços de consultoria relacionadas.
