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光通信行業(yè)研究:需求強勁+新技術(shù)推進(jìn),光器件產(chǎn)業(yè)升級遇新機遇

發(fā)布時(shí)間 :2022-09-20 瀏覽次數 : 3331

1. 光通信核心組件,產(chǎn)能逐步東移

光器件:光電信號轉換核心組件

光通信器件主要指應用在光通信領(lǐng)域,利用光電轉換效應制成的具備各種功能的光電子器件。光通 信器件是光通信產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,其性能主導著(zhù)光通信網(wǎng)絡(luò )的升級換代。光模塊工作在OSI模型的物理層,是光纖通信系統中的核心器件之一。它主要由光電子器件(光發(fā) 射器、光接收器)、功能電路和光接口等部分組成,主要作用就是實(shí)現光纖通信中的光電轉換和電 光轉換功能。

根據驅動(dòng)類(lèi)型,光通信器件可分為光有源器件和光無(wú)源器件。光有源器件是光通信系統中將電信 號轉換成光信號或將光信號轉換成電信號的關(guān)鍵器件,是光傳輸系統的心臟;光無(wú)源器件是光通 信系統中需要消耗一定的能量、具有一定功能而沒(méi)有光-電或電-光轉換功能的器件,是光傳輸系 統的關(guān)節。 不同組件在集成光器件中承擔不同任務(wù),根據器件的具體功能可分為發(fā)送接收器件、波分復用器 件、增益放大器件、開(kāi)關(guān)交換器件及系統管理器件等。



產(chǎn)業(yè)格局:芯片工藝壁壘高,下游應用分布廣泛


光器件位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈中游,上游包括光芯片、電芯片、光組件等,產(chǎn)業(yè)鏈下游是光通信設備商,最終客戶(hù)方面,傳統客戶(hù)包括了 2B 側電信市場(chǎng)的大型運營(yíng)商和數通市場(chǎng)的云計算巨頭。 光模塊產(chǎn)品所需原材料主要為光器件、電路芯片、PCB以及結構件等。其中,光器件的成本占比最高,在73%左右。光器件主要由 TOSA(以激光器為主的發(fā)射組件)、ROSA(以探測器為主的接收組件)、尾纖等組成,其中TOSA占到了光器件總成本的48%;ROSA占到 了光器件總成本的32%。

產(chǎn)業(yè)格局:垂直整合加劇,上游芯片器件資本加持明顯

全球光通信產(chǎn)業(yè)上游并購規模熱度不減,產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節龍頭的垂直整合也在進(jìn)一步加?。↖I-IV收購Finisar,博創(chuàng )科 技、劍橋科技、光庫科技并購海外資產(chǎn))。

受全產(chǎn)業(yè)升級的帶動(dòng)影響,產(chǎn) 業(yè)各環(huán)節在投融資方面均有增 長(cháng)。整體來(lái)看,2018-2020年市 場(chǎng)交易規??偭糠€步上升且主 要集中在芯片和器件的產(chǎn)業(yè)環(huán) 節。

中國市場(chǎng):2010年至今飛速發(fā)展

2001年,中國加入WTO,海外光器件廠(chǎng)商開(kāi)始將光學(xué)元件的生產(chǎn)轉移到中國。此后,國內企業(yè)開(kāi)始了學(xué)習和自 主創(chuàng )新,國內涌現了多家光器件廠(chǎng)商。據Lightcounting統計,2010-2021年間,光模塊廠(chǎng)商全球前10排名中,中國廠(chǎng)商的數量由1家升至了5家,中國 光模塊市場(chǎng)飛速發(fā)展。2010年,中國光器件供應商的銷(xiāo)售額超過(guò)5億美元,到2018年增長(cháng)至30億美元。

中國市場(chǎng):上游亟需突破,下游替代優(yōu)勢漸顯

我們認為,近年來(lái)我國光通信廠(chǎng)商快速崛起,但上游芯片端依然由 海外廠(chǎng)商主導。核心芯片自制能力是光通信行業(yè)亟待解決的問(wèn)題, 因此,近年來(lái)國內芯片國產(chǎn)化率飛速發(fā)展。 據2018年工信部發(fā)布的《中國光電子器件技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖(2018- 2022 年)》,到 2022 年,預計國內中低端光電子芯片的國產(chǎn)化 率超過(guò) 60%、高端光電子芯片國產(chǎn)化率突破 20%。

2. 下游應用驅動(dòng)強勁,數通市場(chǎng)景氣向上

下游應用驅動(dòng)市場(chǎng)加速擴張

據 Lightcounting 預測,光模塊的市場(chǎng)規模在未來(lái) 5 年將以 CAGR14%保持增長(cháng),2026 年預計達到 176億美元。受益于數據中心建設、5G 網(wǎng)絡(luò )深入布局,中國光模塊市場(chǎng)也有望進(jìn)一步增長(cháng),Yole 預 測,2022年中國光模塊市場(chǎng)規模有望達 33 億美元,同比增長(cháng) 22%。 電信側市場(chǎng),CWDM/DWDM未來(lái)將成為主要驅動(dòng)力,據源杰科技招股書(shū)援引Lightcounting,預計 2025年電信市場(chǎng)規模將達33.55億美元。

光通信器件應用:5G承載&固網(wǎng)接入&數通

按下游應用領(lǐng)域劃分,光通信器件主要應用于電信市場(chǎng)和數據通信(無(wú)線(xiàn)+固網(wǎng)接入)市場(chǎng)。據 Lightcounting預測,2020-2026年,數通市場(chǎng)將由53億美元增長(cháng)至151億美元,CAGR達19%;電信 市場(chǎng)將由43億美元增長(cháng)至58億美元,CAGR為5%,數據通信市場(chǎng)的增長(cháng)將成為光模塊市場(chǎng)的主要驅動(dòng) 力。 在電信市場(chǎng),根據速率和傳輸距離不同,網(wǎng)絡(luò )主要分為接入網(wǎng),城域網(wǎng)以及骨干網(wǎng),其中接入網(wǎng)包括 固網(wǎng)接入以及無(wú)線(xiàn)接入。

光模塊應用場(chǎng)景:5G承載&固網(wǎng)接入&數通

5G承載網(wǎng)絡(luò )一般分為城域接入層、城域 匯聚層、城域核心層/省內干線(xiàn),實(shí)現 5G業(yè)務(wù)的前傳和中回傳功能,其中各層 設備之間主要依賴(lài)光模塊實(shí)現互連。

“寬帶中國”推動(dòng)光纖網(wǎng)絡(luò )建設。FTTx 光纖接入是全球光模塊用量最多的場(chǎng)景之一,而 我國是 FTTx 市場(chǎng)的主要推動(dòng)者。受制于電通信電子器件的帶寬限制、損耗較大、功耗 較高等,運營(yíng)商逐步替換銅線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )為光纖網(wǎng)絡(luò )。PON 技術(shù)是實(shí)現 FTTx 的 最佳技術(shù)方案 之一,當前主流的 EPON/GPON 技術(shù)采用 1.25G/2.5G 光芯片,并 向 10G 光芯片過(guò)渡 。

數據中心架構中,服務(wù)器間的連接、交換機間的連接、服務(wù)器與交換機間的連接都需要光 模塊、光纖跳線(xiàn)等傳輸載體來(lái)實(shí)現數據的互通。 隨著(zhù)云計算、大數據、超高清視頻、人工智能、5G行業(yè)應用等快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)頻率 和接入手段不斷增加,網(wǎng)絡(luò )數據流量迅猛增長(cháng),對數據中心互連提出更高挑戰。

數通市場(chǎng):東數西算政策加碼,云計算景氣向上

2022年云產(chǎn)業(yè)鏈需求將維持景氣增長(cháng),且云產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展+流量增長(cháng)為賽道長(cháng)期趨 勢,結合不同環(huán)節產(chǎn)業(yè)特征及表現,建議重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò )設備、上游重要零部件等 板塊。22Q1,北美主要云廠(chǎng)商(亞馬遜、谷歌、微軟、META)合計資本開(kāi)支同 比+29%、環(huán)比持平;根據Dell'Oro Group預計,2022年全球數據中心capex將 同比+17%,其中超大規模數據中心資本開(kāi)支預計同比+30%;BMC芯片廠(chǎng)商信 驊22年4月?tīng)I收繼續同比+61%,連續8個(gè)月同比增幅超過(guò)30%。

數通市場(chǎng):技術(shù)迭代升級,800G等高速模塊未來(lái)將成主流

LightCounting 最新數據顯示,以太網(wǎng)光模塊的銷(xiāo)售額在 2021 年達到 46 億美元,同比增長(cháng) 25%。未 來(lái)隨著(zhù) AI、元宇宙等新技術(shù)不斷發(fā)展,以及網(wǎng)絡(luò )流量長(cháng)期保持持續增長(cháng),以太網(wǎng)光模塊銷(xiāo)售額也將保 持較快增長(cháng)并不斷迭代升級。 根據 Omdia 預測 ,未來(lái)幾年隨著(zhù)帶寬需求的不斷提升,雖然 100、200、400 Gbit/s 光模塊仍將保有 最大的市場(chǎng)占有量,但是 800 Gbit/s 光模塊將在 2023 年實(shí)現商用,在 2025 年實(shí)現規模部署。

3. 新技術(shù)日益完善,產(chǎn)業(yè)發(fā)力升級

產(chǎn)業(yè)升級趨勢:相干技術(shù)市場(chǎng)下沉

數據中心光互聯(lián)方案可根據其傳輸距離來(lái)選擇兩種支撐技術(shù),一種是直接探測技術(shù),另一種是相干探測 技術(shù)。相干探測憑借著(zhù)高容量、高信噪比等優(yōu)勢在城域網(wǎng)內的長(cháng)距離 DCI 互聯(lián)中得到廣泛應用,而直 接探測的應用場(chǎng)景更適合相對短距離互聯(lián)。 相干光模塊一開(kāi)始適用于傳輸距離大于 1000km 的骨干網(wǎng),后來(lái)逐步下沉至傳輸距離為 100km 至 1000km 的城域網(wǎng),小于 100km 距離的邊緣接入網(wǎng),以及 80km 至 120km 的數據中心互聯(lián)領(lǐng)域(DCI )。在數通領(lǐng)域,相干技術(shù)已成為數據中心互聯(lián)的主流方案。

產(chǎn)業(yè)升級趨勢:硅光方案性能優(yōu)越

通信用光電子正從分離器件向集成化方向加速發(fā)展。傳統通信用光器件主要基于 III-V 族半導體材料研制,近年來(lái)在尺 寸、成本、功耗以及“與電芯片一體化”等方面面臨挑戰。硅基光電子集成技術(shù)(簡(jiǎn) 稱(chēng)“硅光技術(shù)”)是光子集成的 重要方向。其基于硅材料,并借鑒大規模集成電路工藝中已成熟的 CMOS 工藝進(jìn)行光器件制造,具有低成 本、低功耗 、微小尺寸和“與集成電路工藝一體化”的優(yōu)勢。

硅基光芯片這一 概念最早在上個(gè)世紀 90 年代初被提出,誕生伊始主要瞄準在芯片內部以光互連取代電互連。然而,受 工藝和設計上的限制,在早期很長(cháng) 一段時(shí)間內該技術(shù)并沒(méi)有獲得足夠的關(guān)注和投入。直到 2004 年,Intel 研制出第一 款 1Gb/s 速率的硅光調制器之后,人們才看到硅芯片中 “光進(jìn)銅退”的可能性。其后,在 IBM、康奈爾大學(xué)、貝爾實(shí) 驗室、 MIT 等單位共同推動(dòng)下,硅光芯片工作速率在 2013 年左右達到了 50Gb/s,首次超越當時(shí)主流的光電子器件。

產(chǎn)業(yè)升級趨勢:硅光發(fā)展取得突破,放量可期

雖然鑒于良率和損耗問(wèn)題,硅光模塊方案的整體優(yōu)勢尚不明顯,但在超 400G 的短距場(chǎng)景、相干光 場(chǎng)景中,硅光模塊的低成本優(yōu)勢或許會(huì )使得其成為數據中心網(wǎng)絡(luò )向 400G 升級的主流產(chǎn)品。

根據中際旭創(chuàng )援引 Lightcounting 的預測,全球硅光模塊市場(chǎng)將在 2026 年達到近 80 億美元,有望 占到一半的市場(chǎng)份額,與傳統可插拔光模塊平分市場(chǎng)。2021 年至 2026 年硅光模塊整體累計規模將 接近 300 億美元。

產(chǎn)業(yè)升級趨勢:光電共封裝技術(shù)助力高速模塊升級

光電共封裝(CPO)指的是交換 ASIC 芯片和硅光引擎(光學(xué)器件)在同一高速主板上協(xié)同封裝,從 而降低信號衰減、降低系統功耗、降低成本和實(shí)現高度集成。 根據中際旭創(chuàng )援引 Lightcounting ,CPO 技術(shù)最大的應用場(chǎng)景可能不在交換 ASIC 領(lǐng)域,而是在 HPC 和 AI 簇領(lǐng)域的CPU、GPU 以及 TPU 市場(chǎng)。到 2026 年,HPC 和 AI 簇預計成為 CPO 光器件最 大的市場(chǎng)。CPO 出貨量預計將從 800G 和 1.6T 端口開(kāi)始,于 2024 至 2025 年開(kāi)始商用,2026 至 2027 年開(kāi)始規模上量,主要應用于超大型云服務(wù)商的數通短距場(chǎng)景??刹灏卧O備將在未來(lái)5年甚至更 長(cháng)時(shí)間內繼續主導市場(chǎng),而在2027年,CPO端口將占總800G和1.6T端口的近30%。

產(chǎn)業(yè)升級趨勢:薄膜鈮酸鋰調制器成長(cháng)可期

體材料鈮酸鋰調制器幾十年來(lái)雖然在高速骨干網(wǎng)的傳輸調 制中起到關(guān)鍵作用,但在傳輸速率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵參數 上遭遇瓶頸,而且體積較大,不利于集成。新一代薄膜鈮 酸鋰調制器芯片技術(shù)通過(guò)最新的微納工藝,制備出的薄膜 鈮酸鋰調制器具有高性能、低成本、小尺寸、可批量化生 產(chǎn)、且與CMOS工藝兼容等 優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)高速光互連極具 競爭力的解決方案。

4. 重點(diǎn)公司分析

華工科技:校企改革龍頭,垂直整合優(yōu)勢漸顯

華工正源是華工科技的光通信業(yè)務(wù)子公司,其解決方案覆蓋傳輸網(wǎng)、接入網(wǎng)、數據中心和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)。華工正源自2021年 實(shí)現400G全系列批量交付后,產(chǎn)品迅速向高端領(lǐng)域迭代。截至2022年4月1日,數據中心光模塊已進(jìn)入6家知名互聯(lián)網(wǎng) 企業(yè)。公司從芯片到器件、模塊、子系統的垂直整合優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯。推出自主研制的400G硅光芯片,800G硅光芯 片樣品也將推出。

中際旭創(chuàng ):光模塊國際龍頭,海外市場(chǎng)出貨高增

保持營(yíng)收穩定增長(cháng)的同時(shí),中際旭創(chuàng )的全球排名也得以穩固。在Lightcounting 2021年發(fā)布的光模塊廠(chǎng)商排名中, 中際旭創(chuàng )位居全球第二,根據Omdia數據,中際旭創(chuàng )2021年市場(chǎng)占比約為10%,其中第四季度的市占率高達12%。 在前十大廠(chǎng)商中,中際旭創(chuàng )在2021年市場(chǎng)份額提升得最多,主要原因為公司向云廠(chǎng)商數據中心提供的200G和400G 產(chǎn)品的銷(xiāo)售量大幅增加。

新易盛:致力垂直整合,硅光+相干技術(shù)持續投入

公司產(chǎn)品涵蓋5G前傳、中傳、回傳的25G、50G、100G、200G系列光模塊產(chǎn)品并實(shí)現批量交付,可批量交付運用 于數據中心市場(chǎng)的100G、200G、400G高速光模塊、目前已成功推出800G光模塊產(chǎn)品系列組合、基于硅光解決方 案的400G光模塊產(chǎn)品及400G ZR/ZR+相干光模塊。根據訊石光通訊網(wǎng),2022年光通信領(lǐng)域國際性盛會(huì )OFC上,新 易盛演示了下一代800G光模塊產(chǎn)品,產(chǎn)品基于薄膜鈮酸鋰 (TFLN) 調制器技術(shù),具有更低功耗。 公司致力于圍繞主業(yè)實(shí)施垂直整合,收購了境外參股公司Alpine Optoelectronics, Inc。通過(guò)本次收購

天孚通信:平臺化無(wú)源光器件領(lǐng)導者,發(fā)力車(chē)載雷達等新領(lǐng)域

公司定位光器件整體解決方案提供商,自成立以來(lái)始終專(zhuān)注于高速光器件 產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售,產(chǎn)品形態(tài)包括多種材料工藝的無(wú)源器件和多種 技術(shù)平臺的有源封裝,為全球光網(wǎng)絡(luò )提供優(yōu)質(zhì)連接,產(chǎn)品應用領(lǐng)域包括骨 干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)及全球數據中心。公司無(wú)源器件及ODM有 源封裝下游主要客戶(hù)覆蓋光纖連接、光收發(fā)模塊和激光雷達等廠(chǎng)商。

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