레이저 칩 정의
광칩은 광전 에너지 캐리어의 상호 변환을 구현하는 핵심 부품입니다. 이는 광 인터커넥트 제품에 널리 사용되며 주로 레이저 칩과 광검출기 칩으로 구분됩니다. 그 중 레이저 칩은 유도 방사선의 원리를 바탕으로 전기 에너지를 고출력, 고-단색 광선으로 변환하는 능동형 반도체 부품입니다.
광통신 시스템의 송신단에서 레이저 칩은 정보를 전달하는 핵심 광원입니다. 이들은 대체할 수 없으며 광학 칩 분야에서 중심 위치를 차지합니다. 레이저 칩은 변조 방식에 따라 직접 변조, 통합 변조, 외부 변조로 나눌 수 있습니다. 레이저 칩은 재료 시스템 측면에서 크게 인듐인화물(InP)과 갈륨비소(GaAs)로 구분된다. 또한, 발광-구조에 따라 면발광 구조와 면발광 구조-로 나눌 수 있다.
광 상호연결 시장에서 레이저 칩의 산업 체인 분포
레이저 칩은 광 상호 연결 산업 체인의 업스트림에 있으며 기술 장벽이 높고 프로세스 흐름이 복잡한 전체 산업 체인에서 중요한 링크입니다. 광통신 시스템의 "핵심"인 레이저 칩의 성능은 다운스트림 광 장치, 광 모듈, 심지어 전체 광통신 시스템의 전송 속도와 에너지 효율성을 직접적으로 결정합니다.
광통신 시스템의 핵심 캐리어인 광 상호 연결 제품은 기술 경로에 따라 하드웨어 비용 구조(BOM)에 뚜렷한 차이가 있습니다. 비실리콘 광학 광학 모듈을 예로 들면, 하드웨어 비용 구조는 주로 광학 칩, 전기 칩, 수동 광학 장치, PCB 및 기계 부품의 네 가지 주요 부문으로 구성됩니다. 실리콘 포토닉 인터커넥트 제품의 경우 BOM 구조가 구조적으로 재구성되었습니다. 원래의 개별 변조기와 다수의 수동 광학 장치가 실리콘 광자 칩(PIC)에 통합되어 있는 동시에 PCB와 기계 구성 요소가 크게 단순화되었습니다.
현재 BOM은 '실리콘 광자 칩'과 '레이저'라는 두 가지 코어에 중점을 두고 있습니다. 초기에 개발된-EML 솔루션을 사용하든 새로운 실리콘 광 경로를 사용하든 레이저 칩은 광전 신호 변환 및 신호 전송 품질에 직접적인 영향을 미치기 때문에 가치 사슬에서 중요한 위치를 차지합니다.
주요 레이저 칩 제품 유형
광전 변환의 핵심 장치인 레이저 칩은 재료 시스템, 물리적 구조 및 변조 방법의 차이를 기반으로 DFB, EML, CW, VCSEL 및 FP를 포함하여 주로 5가지 범주로 나뉘며 각각 특정 기술 장점과 응용 시나리오가 있습니다.
레이저 칩 시장 발전 배경
레이저 칩 산업의 눈에 띄는 성장은 주로 광 상호 연결 시장의 폭발적인 성장, 광 상호 연결에 실리콘 포토닉스와 같은 신기술의 급속한 적용, 최종 고객의 고성능 광 상호 연결 제품에 대한 수요 증가와 같은 유리한 요인에 기인합니다. 광학 상호 연결 솔루션의 필수 핵심 구성 요소인 레이저 칩은 이러한 추세의 직접적인 이점을 활용하여 자체 개발을 가속화합니다.
2024년 세계 레이저칩 시장 규모는 26억 달러에 달하고, 2030년에는 229억 달러로 연평균 성장률 44.1%로 성장할 것으로 예상된다. 레이저 칩 산업의 발전에는 긴 생산 능력 확장 주기, 높은 기술 장벽 및 집중된 고급 생산 능력, 단기 및 중기적으로 제한된 핵심 재료 및 장비, 불균형한 공급망 패턴 등 객관적인 한계가 있습니다. 이는 빠르게 성장하는 다운스트림 시장의 요구를 완전히 충족할 수 없습니다. 전체 시장은 공급이 부족합니다. 이는 고속 광 상호 연결에 사용되는 EML 레이저 칩과 CW 레이저 칩에서 특히 두드러집니다.
레이저 칩의 주요 응용 시나리오
레이저 칩은 주로 광 인터커넥트 제품에 사용되며 터미널 애플리케이션 시나리오는 지원하는 광 인터커넥트 솔루션의 애플리케이션 시나리오와 매우 유사합니다. 다양한 단말 응용 시나리오에 따라 레이저 칩 시장은 데이터 센터 레이저 칩 시장과 통신용 레이저 칩 시장으로 나눌 수 있습니다. 그 중 데이터센터 레이저칩 시장은 절대적인 시장 지위를 차지하고 있다. 시장 규모는 2024년 16억 달러, 2030년에는 211억 달러로 연평균 성장률 53.4%로 성장할 것으로 예상된다.
데이터센터 레이저 칩과 통신 레이저 칩 시장은 차별화된 기술 환경을 제시합니다. 데이터 센터 레이저 칩 시장은 EML 및 CW 레이저 칩의 2륜 구동 기술 환경이 특징입니다. EML 레이저 칩은 초기 개발 솔루션으로 400G 이상의 광 상호 연결 제품에 널리 사용됩니다. 최근에는 고집적도와 저비용이라는 장점을 지닌 실리콘 포토닉 솔루션이 고속-진화 방향이 되었으며, 이에 따라 고전력-CW 레이저 칩이 필요해졌습니다.
통신 분야에서는 엄격한 성능 요구 사항을 충족할 수 있는 능력으로 인해 가장자리 방출 레이저 칩이 계속해서 우위를 점하고 있습니다. 특히 DFB 레이저 칩은 5G 프런트홀 및 광섬유 액세스와 같은 단거리- 및 중거리- 시나리오에서 널리 사용됩니다. 이에 반해 EML 레이저 칩은 낮은 처프(chirp)와 높은 소광비(extinction ratio)를 통해 분산 한계를 극복하여 백본 네트워크 및 고속-광섬유 액세스와 같은 장거리, 고속-노드에서 우위를 점하고 있습니다.
EML 레이저 칩과 CW 레이저 칩이 시장 점유율을 장악하고 있으며 그 중요성은 계속 커지고 있습니다.
2024년에는 EML 레이저 칩과 CW 레이저 칩의 전체 시장 규모가 9억 7천만 달러에 달해 전체 시장의 약 38.1%를 차지할 것으로 예상된다. 앞으로도 이들 제품의 매출은 높은 성장률을 유지할 것으로 예상되며 시장점유율도 지속적으로 높아질 것으로 예상된다. 2030년까지 총 수익은 208억 달러에 달할 것으로 예상되며, 연평균 성장률은 66.6%, 시장 점유율은 90.9%에 달할 것입니다.
EML 레이저 칩
EML 레이저 칩에는 주로 50G/100G/200G 및 낮은 데이터 속도에서 높은 데이터 속도에 따른 기타 사양이 포함되며 코어는 100G에서 1.6T까지의 광 상호 연결 제품에 적응합니다. 현재 100G EML 레이저 칩은 주류 제품이며 400G 및 800G 광 모듈과 같은 주류 고속 광 상호 연결 제품에 널리 사용됩니다. 1.6T 이상의-속도 광 상호 연결 제품이 연속적으로 사용됨에 따라 적합한 레이저 칩으로 선택되는 200G EML 레이저 칩이 급속한 성장을 가져올 것입니다.
CW 레이저 칩
CW 레이저 칩의 개발은 주로 실리콘 포토닉스 기술의 적용을 통해 이익을 얻습니다. 실리콘 포토닉 솔루션에서 CW 레이저 칩은 외부/이기종 통합 광원 역할을 하며 실리콘 포토닉 변조기와 함께 사용되어 실리콘 포토닉 상호 연결 제품의 광전 신호 변환 및 변조 기능을 실현합니다. 고속-광 상호 연결 제품 중에서 실리콘 포토닉 솔루션과 CW 레이저 칩은 탁월한 비용 효율성 이점으로 인해 널리 사용됩니다.-
현재 주요 실리콘 포토닉 고속{0}}광 상호 연결 제품인 400G, 800G, 심지어 1.6T에서도 사용되는 주요 CW 레이저 칩에는 50mW, 70mW, 100mW 및 기타 전력 모델이 포함됩니다. 또한 NPO 및 CPO와 같은 신기술에 힘입어 150mW, 300mW 및 400mW 모델을 포함한 고전력 CW 레이저 칩이 차세대 광 상호 연결 제품의 상업적 개발에 점차적으로 포함되고 있습니다.{12}} 2025년부터 2030년까지 100mW 이상의 출력을 갖는 CW 레이저 칩에 대한 수요가 폭발적으로 성장할 것으로 예상됩니다. 2030년에는 출력 100mW 이상의 CW 레이저 칩 시장 규모가 66억 달러로 시장의 65.3%를 차지할 것으로 예상된다.
레이저 칩 산업 발전 추진 요인 및 향후 발전 동향
. 수요는 지속적으로 증가하며 빠른 성장을 유지하고 있습니다. AI 훈련 클러스터의 개발로 인해 컴퓨팅 능력과 고속 데이터 전송에 대한 수요가 급증하고, 다운스트림 고속 광 상호 연결 제품에 대한 수요도 기하급수적으로 증가했습니다.- 광 인터커넥트 제품의 핵심 부품인 레이저 칩에 대한 시장 수요가 빠르게 증가하고 있습니다.
. EML 레이저 칩 및 CW 레이저 칩 2{1}}륜 구동. 한편, EML 레이저 칩은 높은 대역폭, 낮은 분산 및 장거리 전송 이점으로 인해 단일{3}}파장 100G/200G 속도를 달성하는 중요한 솔루션이 되었으며 400G, 800G 및 심지어 1.6T 고속 광 모듈에도 널리 사용됩니다. 한편, 새로운 실리콘 포토닉스 기술 경로에 직면하여 실리콘 포토닉 변조기와 결합된 CW 레이저 칩은 높은 통합성, 낮은 비용 잠재력 및 CPO와 같은 최첨단 아키텍처에 대한 완벽한 적응성으로 인해 차세대 광 상호 연결 제품 및 초{12}}초고속-데이터 센터 네트워크를 지원하는 핵심 핵심 장치가 되고 있습니다.
. 제품은 고성능을 향해 진화하고 있으며, 단위제품의 가치는 계속해서 높아지고 있습니다. 광 상호 연결 제품이 계속해서 더 빠른 속도로 발전하고 새로운 통합 기술이 탐구 및 적용됨에 따라 레이저 칩의 성능에 대한 요구 사항이 더욱 높아졌습니다. EML 솔루션을 예로 들면, 높은 전송률에는 일반적으로 단위 광학 상호 연결 제품당 레이저 칩의 높은 성능과 수량이 필요하므로 단위 광학 상호 연결 제품당 레이저 칩의 가치가 높아집니다.
실리콘 조명 솔루션에서는 실리콘 조명 기술이 CMOS 프로세스를 통해 변조 부분의 비용을 절감하지만, 고속-실리콘 광 엔진을 구동하고 복잡한 온칩 광 경로 손실을 효과적으로 보상하기 위해 광 모듈에는 외부 광원으로 더 높은{2}}파워, 더 높은-단색 CW 레이저 칩이 장착되어야 합니다. 또한 업계가 NPO, CPO 등 차세대 통합 기술로 발전함에 따라 레이저 칩에 대한 수요는 근본적인 변화를 겪을 것이며 전체 하드웨어 비용에서 레이저 칩의 가치는 더욱 높아질 것으로 예상됩니다.
. 공급망 다각화. AI- 기반 글로벌 컴퓨팅 인프라의 확장으로 인해 공급망의 규모, 안정성 및 적시성이 크게 요구되어 고품질 레이저 칩 제조업체에 전략적 기회가 창출되었습니다.- 결정적으로, 첨단 기술 역량(에피택셜 성장, 고정밀 격자 식각 포함)과 운영 효율성 및 신속한 대응 능력의 이점을 갖춘 제조업체는 엄격한 요구 사항을 더 잘 충족하고, 국제 핵심 공급망에 참여하고, 다양한 글로벌 공급망 네트워크를 구축하고, 상당한 국제 시장 점유율을 확보할 수 있습니다. 점점 더 많은 레이저 칩 제조업체가 다운스트림 광 인터커넥트 제조업체 또는 최종 고객 근처에 생산 기지를 배치하여 세계화 전략을 구현하고 있으며 이를 통해 보다 탄력적이고 다각화된 글로벌 공급망 네트워크를 구축하고 있다는 점은 특히 주목할 만합니다.
레이저 칩 원가 구조
레이저 칩의 비용 구조는 제조 비용, 직접 인건비, 재료 비용이 지배합니다. 재료비는 제품에 따라 주로 기판, 금 타겟, 특수 가스 및 화학 물질 등을 포함하며 일반적으로 전체 비용의 10~20%를 차지합니다. 현재 레이저 칩의 기판 재료는 주로 InP와 GaAs입니다. 이 중 InP 가격은 소재 가격 상승 등의 영향으로 지난 몇 년간 지속적으로 상승해왔다. GaAs는 상대적으로 단순한 생산 공정으로 인해 공정 최적화 및 기술 반복으로 가격이 점차 하락했습니다.
레이저 칩 경쟁 장벽
.생산 노하우-방법. 레이저 칩 생산은 에피택셜 성장, 고정밀 격자 에칭, 고속 변조의 복잡한 설계와 같은 고급 핵심 프로세스에 크게 의존합니다.- 전체 공정 생산 능력을 갖춘 파운드리의 부족을 고려하여-대부분의 레이저 칩 공급업체는 전체 생산 공정에 대한 공급업체의 절대적인 통제와 심층적인 산업 노하우 축적 능력에 대해 매우 높은 요구 사항을 적용하는 IDM 모델로 운영해야 합니다.- 또한 다운스트림 광 인터커넥트 제품의 빠른 반복으로 인해 칩 수준에서 지속적인 기술 혁신이 이루어졌습니다. 따라서 제조업체는 R&D를 대량 생산으로 신속하게 추진하고 공정 매개변수를 지속적으로 최적화하며 안정적이고 높은 수율을 유지하여 제품 신뢰성을 보장할 수 있는 독점 기술을 보유해야 합니다.
.고객의 신뢰와 협력. 광 상호 연결 시장은 매우 엄격하고 긴 인증 프로세스가 특징입니다. 선도적인 광 상호 연결 솔루션과 클라우드 서비스 제공업체로 인해 발생하는 높은 전환 비용은 신규 진입자에게 극복할 수 없는 장벽을 설정합니다. 그러나 성공적으로 진입한 공급업체의 경우 이러한 특성은 매우 견고하고 거의 변하지 않는 관계를 조성합니다. 레이저 칩 제조업체는 -업계 선두업체와 장기적이고 신뢰할 수 있는 파트너십을 구축하여 글로벌 공급망에 깊이 통합하고 AI 및 데이터 센터 아키텍처가 계속 발전함에 따라 중요한 초기 통찰력을 얻을 수 있습니다.
. 연구 및 개발 능력. 광 상호 연결 산업의 기술은 빠르게 반복되고 있으며, 이로 인해 업스트림 레이저 칩 제조업체는 미래 지향적인- 레이아웃과 체계적인 연구 및 개발 역량을 갖추어야 합니다. 선도적인 기업은 일반적으로 다운스트림 제품 업그레이드 요구 사항을 지속적으로 충족하기 위해 핵심 기술의 연구 및 개발을 미리 계획합니다. 이러한 체계적이고 미래지향적인-R&D 역량을 갖춘 레이저 칩 제조업체는 선도적인 기술 반복 속도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 업계에서 복제하기 어려운 기술적 장벽을 형성하고 제품 성능과 신뢰성을 지속적으로 선도할 수 있습니다.
. 공급망 관리 기능. 광 상호 연결 시장의 역동적인 특성으로 인해 공급망 관리 및 운영 민첩성에 대한 요구가 매우 높습니다. 제조업체는 유연하게 생산을 확장하고, 자원 할당을 최적화하고, 고객의 엄격한 배송 주기를 충족할 수 있는 능력을 갖추어야 합니다. 성숙하고 강력한 공급망 시스템은 빠른 시장 반복 및 급격한 주문 변동과 관련된 위험을 해결하는 데 중요합니다. 견고한 공급 네트워크를 구축하고 생산 능력 안정성을 유지함으로써 레이저 칩 제조업체는 규모의 경제를 달성하고, 엄격한 배송 요구 사항을 충족하며, 치열한 경쟁이 벌어지는 글로벌 시장에서 지속 가능한 비용 이점을 유지할 수 있습니다.
더 많은 업계 조사 및 분석을 원하시면 시한산업연구원 공식 홈페이지를 참고하시기 바랍니다. 동시에 시한 산업 연구소는 산업 연구 보고서, 타당성 조사 보고서(프로젝트 승인 및 제출, 은행 대출, 투자 결정, 그룹 회의), 산업 계획, 공원 계획, 사업 계획(자본 조달, 투자 및 합작 투자, 내부 의사 결정{1}}), 특별 조사, 건축 설계, 해외 투자 보고서 및 기타 관련 컨설팅 서비스 솔루션도 제공합니다.
