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鹿死谁手未可知,已有国内外玩家竞相入场

发布时间:2022-10-24作者来源:萨科微浏览:1392


1.光模块市场:国内外掀起并购潮,产品更新换代快

1.1 市场格局未定,风云万变


光模块是光通信系统中完成光电转换的核心部件,是构建现代高速信息网络的核心技术。作为能让光和电互相转换的有源光器件,光模块在光通信产业链中虽然必不可少。该领域市场一直处于激烈竞争的红海状态。根据知名研究机构Yole指出,在2020年,份额[敏感词]的光模块厂商Finisar市占率仅为16%左右,第二名Lumentum份额为11%,CR5仅为63%,市场集中度很低,呈现你追我赶态势。


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资料来源:Odmia,华经产业研究院整理


激烈的竞争,加上强势的上游,迫使光模块厂商只能通过产品的推陈出新来维持利润。比如2000年时10G光模块盛行,而随着互联网时代的到来,10G以太网的速度着实不能满足流量爆发的时代,随着更高速率25G、40G光模块的推出,10G光模块逐渐步入价格下降通道,逐渐被更高速率的光模块所替代。


1.2 企业垂直整合,精耕细作


2015-2020这五年,整个光模块制造商竞争格局的变化体现为“头部整合”“产能东移”


“头部整合”大多发生在国外企业:II-VI收购Finisar,行业垂直整合能力得到加强,Finisar的传统优势项目在于交换机光模块。Lumentum收购Oclaro,此后又将光模块业务出售给CIG剑桥。行业头部整合背后蕴藏着行业总体产能的下降,以及中国企业竞争力的提升。


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资料来源:招商证券整理


“产能东移”现象大多发生在国内企业:2015年,市占率前10的中国企业只有1家;2020年,市占率前10的中国企业有5家。目前我国中际旭创跻身全球光模块[敏感词]梯队,中国海信、光迅科技、华工正源等企业国际国内竞争力纷纷有所提升。


目前,国内光模块企业已经在传输速率为10G、25G、40G,100G、400G[1]的产品领域实现了全产品布局,而在下一代产品800G的布局当中,已有多家国内厂商的推出速度快于海外厂商,逐步构建起了先发优势。 


[1]产业knowHow-光通信的传输速率


光通信中,我们通常所说的1.25G、2.5G、10G、25G、200G、400G……其中的“G”,并非指的激光器的光波频率“GHz”,而是调制器的调制频率“GHz”,或者说,应该是以光为载波的信号的传输速率“Gbps”。


为什么经常说我国10G以下光通信产品国产化程度高,25G以上产品依赖进口,但却又经常看到很多国内大厂有100G、200G,甚至400G的产品?


这里面的速率其实是对应的芯片、器件和模块而不同的。也就是说,光芯片的速率和光模块的速率是不一样的。对于单个激光器芯片而言,目前国内的技术水平,也仅有华为、源杰、索尔思等为数不多的企业能够量产25G水平产品。而我们通常所说的100G、200G、400G,一般是针对光模块而言,比如100G光模块方案中,可以用4块25G激光器芯片,调制4路信号以实现100G传输速率。


整体来看,行业参与者大体分四大类:


a) 光通信领域激光器芯片/器件/模块上下游一体化布局的厂商,如IIVI、Lumentum、光迅科技、海信宽带等。


b) 业务涉猎更广泛的一些厂商,如住友、三菱、Broadcom 等,激光器芯片相关业务在其整体业务中的占比不高。


c) 第三方的外延厂商,如IQE、联亚光电、全新光电等,及第三方的芯片代工厂商,如稳懋、环宇等。


d) 专业激光器芯片厂商,以IDM 模式(如源杰科技、武汉光安伦等),和外采外延片为主,重点聚焦晶圆外延环节以外的后端加工环节的厂商如武汉敏芯,光隆科技等。


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从产业链来看,光通信产业链国产化替代加速从下游向上游传导,上游芯片作为“卡脖子”环节亟待国产替代的进一步深入。下游以华为、中兴为代表的设备商已是行业领军者,而光模块领域在过去十年依托工程师红利、劳动力红利、供应链优势等因素也快速完成了国产化替代。根据Lightcounting 统计,2010 年仅一家国内厂商跻身前十之列,到了2021年,前十大之中国内厂商已占据半壁江山。


与之相较,海外光模块厂商在人力成本、供应链完善程度逐渐处于劣势,因而更多侧重于高端光器件及门槛较高的上游光芯片等环节。光芯片而言,当前高端产品仍是海外主导,国内厂商的整体实力与海外龙头仍有差距。


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但不可否认,光模块行业有望成为优质赛道。其中,以光迅科技、中际旭创、天孚通信、新易盛、剑桥科技为典型企业卡位核心赛道。


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2. 硅光技术曙光已现
百家争鸣,量产在即


2.1 硅光技术商业化回顾


视线转到火热的硅光模块细分领域,早在20 世纪中期,半导体产业刚兴起时便有人提出在硅材料上制作波导等光学结构的想法。硅光子领域的基础是硅半导体生态系统,而这个基础则决定了硅光子发展的各个里程碑处处呈现出集成电路的技术发展和影响的影子。


硅光子基于集成电路技术的特点使它很早便进入了一些集成电路大公司的视野。在21世纪初,IBM、Intel、Sun Microsystems(后并入Oracle)、NTT/NEC 等公司便设立独立硅光子部门并投入大量资源。和资源有限的学术界不同,这些公司本来就处于集成电路生态系统的领导地位,能利用更多工艺和配套的资源,以独立或与学术界合作的形式为很多重要的结果做出了巨大的贡献,包括高速调制器、锗探测器、低损光波导和混合集成的结果。但硅光技术商用化的道路并非一帆风顺。


半导体工艺对硅光子而言,具有举足轻重的作用;但由于硅半导体产业的规模十分庞大,绝大多数Foundry注重规模效应,很难在一个新技术并未有明确产品化验证和市场规模之时给予资源支持,所以除了少数如IBM/Intel利用公司内部资源进行工艺开发,最初的工艺只能在资源有限、设备落后的学校和研究机构的实验室进行。所幸以欧洲[敏感词]集成电路工艺研发机构imec为代表的一些具有比较前沿半导体工艺能力的机构,开始投入资源进行专门开发为硅光子优化的工艺,并做出了很多优秀的结果。此外,硅光模块商用化也离不开工艺的进步,大多数工艺开发机构逐渐把硅波导的工艺控制在厚度为220~400nm(尤其是220nm)的绝缘衬底上的硅(SOI)平台上,这种标准化对之后硅光子的商业化发展具有极其重要的意义。


硅光技术的真正产品化是在2010年之后,突出表现为一系列通信系统公司对硅光子初创公司的高价收购。以Intel、Luxtera、Acacia、光迅、Rockley 等企业为代表先后推出芯片级、模块级产品,并逐步实现小批量商用出货。芯片技术需要长时间的迭代试错,随着产业链多年的研发,硅光技术积累达到质变的水平,硅光技术站上规模商用起跑线。


在这期间,有更多的初创公司出现,这些公司大多把目光瞄准了异军突起的数据中心市场,各个领域的“玩家”都想在这里分一杯羹。


2.2 硅光模块赛道玩家众多,各方优势尽显


根据Yole数据,硅光技术在各大市场的应用统计数据中,在2019年有超过四分之三的收入来源于数据中心光模块。而从预测结果来看,到了2025年,数据中心收入占比更是达到了90%以上。这必然吸引了众多厂商“抢食”,不同领域的企业竞相入局。不论是芯片企业还是互联网公司亦或是系统设备商,各自都有优势。


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2.3 欧美先发制人,IDM模式受青睐


在硅光圈里,欧美日起步早、积累多,是市场的主导者。这些国家的研究机构和先进企业通过不断积累核心技术和生产工艺,逐步实现产业闭环,建立起了极高的行业壁垒。如英特尔和加州大学芭芭拉分校在硅光领域已经实现了完成十多年的产研合作,在很多关键性的问题取得重大突破,欧洲也开展了一系列项目来拓展硅光技术的深度与广度,目前已经取得一定成效。


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从市场格局来看,美国是硅光子领域起步最早,也是发展[敏感词]的国家,1991年美国便成立了“美国光电子产业振兴会”,以引导资本和各方力量进入光电子领域。2014年,又建立了“国家光子计划”产业联盟,明确将支持发展光学与光子基础研究与早期应用研究计划开发。


欧洲和日本也在跟进,另外,新加坡的IME也是较早建立硅光子工艺的平台之一,为行业的发展做出了不小的贡献。如今,在Intel、Cisco、国家信息光电子创新中心等领军企业的持续大力投入之下,硅光产业链不断完善,技术标准相继形成,已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动的良性循环。


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来源:国信证券经济研究所


相对传统的分立式器件,硅光模块将多路激光器,调制器和多路探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上,相比传统分立式器件,传统工艺需要依次封装电芯片、光芯片、透镜、对准组件、光纤端面等器件,硅光体积大幅减小,材料成本、芯片成本、封装成本均有望进一步优化,同时,硅光技术可以通过晶圆测试等方法进行批量测试,测试效率显著提升。


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基于硅光芯片制作的光模块内部结构


硅光领域前景广阔,传统通信设备巨头及相关行业有竞争力企业纷纷入场布局。Luxtera、Kotura 等先行者不断推动技术和产业链的发展,形成了硅光芯片代工厂(Global Foundries、意法半导体、AIM 等)、激光芯片代工厂(联亚电子等)、芯片设计和封装(Luxtera、Kotura 等)较为成熟的Fabless 产业链模式,也有Intel 为代表的IDM模式,除激光芯片外,设计、硅基芯片加工、封测均自己完成)。整体来看,大多玩家倾向走“IDM”模式路线。


为何众多厂商青睐IDM模式,答案就在光芯片上。




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