レーザーチップの定義
光チップは、光電エネルギーキャリアの相互変換を実現する中核部品です。これらは光インターコネクト製品に広く使用されており、主にレーザーチップと光検出器チップに分けられます。その中でも、レーザー チップは、誘導放射の原理に基づいて電気エネルギーを高出力、高単色光ビームに変換する能動半導体コンポーネントです。-
光通信システムの送信端では、レーザー チップが情報を伝達する重要な光源です。それらはかけがえのないものであり、光チップの分野で中心的な位置を占めています。変調方式に応じて、レーザーチップは直接変調、統合変調、外部変調に分類できます。材料系の観点から見ると、レーザーチップは主にリン化インジウム（InP）とガリウムヒ素（GaAs）に分けられます。さらに、発光構造によれば、面発光構造と端面発光構造に分けることができます。{{4}
光インターコネクション市場におけるレーザーチップの産業チェーン流通
レーザーチップは光相互接続産業チェーンの上流に位置し、高い技術的障壁と複雑なプロセスフローを伴う産業チェーン全体の重要なリンクとなっています。光通信システムの「心臓部」であるレーザーチップの性能は、下流の光デバイス、光モジュール、さらには光通信システム全体の伝送速度とエネルギー効率を直接決定します。
光通信システムのコアキャリアである光インターコネクト製品は、テクノロジーパスに応じてハードウェアコスト構造 (BOM) に明らかな違いがあります。非シリコン光モジュールを例にとると、そのハードウェアのコスト構造には主に、光チップ、電気チップ、受動光デバイス、PCB、機械部品の 4 つの主要セグメントが含まれます。シリコンフォトニックインターコネクト製品では、BOM 構造が構造的に再構築されました。オリジナルのディスクリート変調器と多数の受動光デバイスがシリコン フォトニック チップ (PIC) に統合され、PCB と機械コンポーネントが大幅に簡素化されています。
現時点では、BOMは「シリコンフォトニックチップ」と「レーザー」の2つのコアに焦点を当てています。初期に開発された EML ソリューションを使用する場合でも、新興のシリコン光パスを使用する場合でも、レーザー チップは光電信号変換と信号伝送品質に直接影響を与えるため、バリュー チェーンの中で重要な位置を占めています。
主なレーザーチップ製品の種類
光電変換の中核デバイスであるレーザーチップは、材料系、物理構造、変調方式の違いに基づいて、主にDFB、EML、CW、VCSEL、FPなどの5つのカテゴリーに分類され、それぞれに特定の技術的利点と応用シナリオがあります。
レーザーチップ市場の発展の背景
レーザー チップ業界の大幅な成長は主に、光相互接続市場の爆発的な成長、光相互接続におけるシリコン フォトニクスなどの新興技術の急速な応用、エンド カスタマーからの高性能光相互接続製品に対する需要の高まりなどの有利な要因によるものです。{0}光相互接続ソリューションの不可欠なコアコンポーネントとして、レーザーチップはこれらのトレンドから直接恩恵を受け、それによって独自の開発を加速します。
世界のレーザーチップ市場は、2024 年に 26 億米ドルに達し、2030 年には 229 億米ドルに成長し、年平均成長率は 44.1% になると予想されています。レーザー チップ産業の発展には、長い生産能力拡張サイクル、高い技術的障壁と集中したハイエンド生産能力、短期および中期的なコア材料と設備の制限、不均衡なサプライ チェーン パターンなど、客観的な限界があります。{6}}急速に拡大する下流市場のニーズに完全には対応できません。市場全体では供給が不足している。これは、高速光相互接続に使用される EML レーザー チップと CW レーザー チップで特に顕著です。-
レーザーチップの主な応用シナリオ
レーザー チップは主に光インターコネクト製品で使用されており、端末のアプリケーション シナリオは、レーザー チップがサポートする光インターコネクト ソリューションのアプリケーション シナリオと非常に似ています。さまざまな端末アプリケーションのシナリオに従って、レーザーチップ市場はデータセンターレーザーチップ市場と通信レーザーチップ市場に分けることができます。その中で、データセンター用レーザーチップ市場は絶対的な市場地位を占めています。市場規模は2024年に16億米ドルに達し、2030年には211億米ドルに成長し、年平均成長率は53.4%になると予想されています。
データセンターのレーザー チップと通信用レーザー チップの市場には、差別化された技術環境が存在します。データセンターのレーザー チップ市場は、EML レーザー チップと CW レーザー チップの二輪駆動技術環境によって特徴づけられています。EML レーザー チップは、初期の開発ソリューションとして、400G 以上の光インターコネクト製品で広く使用されています。-近年、高集積化と低コストという利点を持つシリコン フォトニクス ソリューションが高速進化の方向となっており、高出力の CW レーザー チップが必要となっています。-
通信分野では、主に厳しい性能要件を満たす能力により、エッジ発光レーザー チップが引き続き主流となっています。{0}具体的には、DFB レーザー チップは、5G フロントホールや光ファイバー アクセスなどの短距離および中距離のシナリオで広く使用されています。-それどころか、EML レーザー チップは、その低いチャープと高い消光比によって分散限界を克服し、バックボーン ネットワークや高速ファイバー アクセスなどの長距離高速ノードで支配的な地位を占めています。-
EML レーザー チップと CW レーザー チップが市場シェアを独占しており、その重要性は高まり続けています
2024 年には、EML レーザー チップと CW レーザー チップの合計市場規模は 9 億 7,000 万米ドルに達し、市場の約 38.1% を占めると予想されます。将来的にも、これらの製品の収益は高い成長率を維持し、市場シェアは拡大し続けると予想されます。 2030 年までに、総収益は 208 億米ドルに達し、年間複合成長率は 66.6%、市場シェアは 90.9% に達すると予想されます。
EMLレーザーチップ
EMLレーザーチップには主に、低速から高速までのデータレートに応じて50G/100G/200Gなどの仕様があり、コアは100Gから1.6Tまでの光インターコネクト製品に適応します。現在、100G EML レーザー チップが主流の製品であり、400G や 800G 光モジュールなどの主流の高速光相互接続製品で広く使用されています。- 1.6T 以上の速度の光インターコネクト製品が次々と使用されるようになり、それに適合するレーザー チップの選択肢として 200G EML レーザー チップが急速な成長を遂げることになります。
CWレーザーチップ
CW レーザー チップの開発は、主にシリコン フォトニクス技術の応用から恩恵を受けています。シリコンフォトニックソリューションでは、CWレーザーチップは外部/異種統合光源として機能し、シリコンフォトニック変調器と組み合わせて使用され、シリコンフォトニック相互接続製品の光電信号変換および変調機能を実現します。高速光相互接続製品の中でも、シリコン フォトニック ソリューションと CW レーザー チップは、優れた費用対効果の利点により広く使用されています。-
現在の主要な 400G、800G、さらには 1.6T のシリコン フォトニック高速光インターコネクト製品では、50mW、70mW、100mW などの出力モデルが使用される主な CW レーザー チップが使用されています。{0}さらに、NPO や CPO などの新興技術の推進により、150mW、300mW、400mW モデルを含む高出力 CW レーザー チップが、次世代光インターコネクト製品の商業開発に徐々に組み込まれています。- 2025 年から 2030 年にかけて、出力 100mW を超える CW レーザー チップの需要は爆発的に増加すると予想されます。 2030年までに、出力100mWを超えるCWレーザーチップの市場規模は66億米ドルに達し、市場の65.3%を占めると予想されています。
レーザーチップ産業の発展の推進要因と将来の発展傾向
。需要は増加し続け、急速な成長を維持しています。 AI トレーニング クラスタの開発により、コンピューティング能力と高速データ伝送の需要が急増し、ダウンストリーム高速光インターコネクト製品の需要が急激に増加しています。-光インターコネクト製品の中核コンポーネントとして、レーザーチップの市場需要は急速に高まっています。
。 EML レーザー チップと CW レーザー チップの二輪駆動。-一方で、EML レーザー チップは、高帯域幅、低分散、長距離伝送の利点により、単一波長 100G/200G レートを達成するための重要なソリューションとなっています。{{6}{6}}一方、新たなシリコン フォトニクス テクノロジーへの移行に直面し、シリコン フォトニクス変調器と組み合わせた CW レーザー チップは、その高度な統合、低コストの可能性、CPO などの最先端のアーキテクチャへの完全な適応性により、次世代の光相互接続製品と超高速データセンター ネットワークをサポートする重要なコア デバイスとなりつつあります。--
。製品は高性能化に向けて進化し、ユニット製品の価値は高まり続けています。光インターコネクト製品が高速化を目指して進化し続け、新しい統合技術が研究され適用されるにつれて、レーザーチップのパフォーマンスに対する要件がより高くなります。 EMLソリューションを例に挙げると、高い伝送速度には通常、光インターコネクション製品単位当たりのレーザーチップの高性能と量が必要となり、光インターコネクション製品単位当たりのレーザーチップの価値が高まります。
シリコン光ソリューションでは、シリコン光技術により CMOS プロセスを通じて変調部分のコストが削減されますが、より高速なシリコン光エンジンを駆動し、複雑なオンチップ光路損失を効果的に補償するには、光モジュールに外部光源として高出力、高出力の単色 CW レーザー チップを搭載する必要があります。{{0}{1}{2}さらに、業界が NPO や CPO などの次世代統合テクノロジーに進化するにつれて、レーザー チップの需要は根本的に変化し、ハードウェア全体のコストに占めるレーザー チップの価値はさらに増加すると予想されます。{5}
。サプライチェーンの多様化。 AI-主導のグローバル コンピューティング インフラストラクチャの拡大により、サプライ チェーンの規模、安定性、適時性が大幅に要求され、高品質のレーザー チップ メーカーに戦略的な機会が生まれています。-重要なことは、高度な技術能力（エピタキシャル成長、高精度回折格子エッチングなど）と運用効率と迅速な対応能力の利点を備えたメーカーは、厳しい要件をより適切に満たし、国際的な中核サプライ チェーンに参加し、多様なグローバル サプライ チェーン ネットワークを構築し、かなりの国際市場シェアを獲得できるということです。-特に注目に値するのは、ますます多くのレーザーチップメーカーが下流の光インターコネクトメーカーや最終顧客の近くに生産拠点を置くことでグローバル化戦略を実行し、それによってより回復力のある多様化したグローバルサプライチェーンネットワークを構築していることです。
レーザーチップのコスト構造
レーザーチップのコスト構造は、製造コスト、直接人件費、および材料費によって支配されます。材料費には主に基板、金ターゲット、特殊ガス、薬品などが含まれており、製品によって異なりますが、通常総コストの10%～20%を占めます。現在、レーザーチップの基板材料は主にInPとGaAsです。このうちInP価格は、材料価格の高騰などの影響でここ数年上昇が続いている。 GaAs の製造プロセスは比較的単純であるため、プロセスの最適化と技術の反復により、価格は徐々に低下してきました。
レーザーチップの競争障壁
.制作ノウハウ-。レーザー チップの製造は、エピタキシャル成長、高精度グレーティング エッチング、高速変調の複雑な設計などの高度なコア プロセスに大きく依存しています。-完全なプロセス生産能力を備えたファウンドリが不足していることを考慮すると、ほとんどのレーザー チップ サプライヤーは IDM モデルで運用する必要があります。これにより、サプライヤーによる生産プロセス全体の絶対的な制御と深い業界ノウハウの蓄積能力が非常に高く求められます。-さらに、ダウンストリーム光インターコネクト製品の急速な反復により、チップ レベルでの継続的な技術革新が推進されました。したがって、メーカーは、研究開発から量産までを迅速に推進し、プロセスパラメータを継続的に最適化し、安定した高歩留まりを維持して製品の信頼性を確保するための独自のテクノロジーを備えている必要があります。
.顧客の信頼と協力。光相互接続市場は、非常に厳格で長期間にわたる認証プロセスを特徴としています。主要な光相互接続ソリューションやクラウド サービス プロバイダーによって引き起こされる高額なスイッチング コストは、新規参入者にとって乗り越えられない障壁となっています。ただし、参入に成功したサプライヤーにとって、これらの特性により、非常に強固でほとんど変化しない関係が促進されます。 -業界リーダーと長期的な信頼できるパートナーシップを確立することで、レーザー チップ メーカーはグローバル サプライ チェーンに深く統合し、AI やデータセンター アーキテクチャが進化し続ける中で重要な早期洞察を得ることができます。
。研究開発能力。光相互接続業界の技術は急速に進歩しているため、上流のレーザー チップ メーカーには将来を見据えたレイアウトと体系的な研究開発能力が必要です。{2}}大手企業は通常、下流の製品アップグレードのニーズに応え続けるために、コア技術の研究開発を事前に計画しています。このような体系的かつ将来を見据えた研究開発能力を持つレーザー チップ メーカーは、技術革新の最先端のペースを維持できるだけでなく、業界で再現するのが難しい技術的障壁を形成し、製品の性能と信頼性において引き続きリードすることができます。{4}
。サプライチェーン管理機能。光相互接続市場のダイナミックな性質により、サプライチェーン管理と運用の機敏性に対して非常に高い要求が課されます。メーカーは、柔軟に生産を拡大し、リソース割り当てを最適化し、顧客の厳格な納品サイクルに対応できる能力を備えている必要があります。市場の急速な反復や激しい注文変動に伴うリスクを解決するには、成熟した堅牢なサプライチェーン システムが不可欠です。強固な供給ネットワークを構築し、生産能力の安定性を維持することで、レーザーチップメーカーは規模の経済を達成し、厳しい納期要件を満たし、競争の激しい世界市場で持続可能なコスト優位性を維持することができます。
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