光芯片產(chǎn)業(yè)鏈
01 中國光器件產(chǎn)業(yè)鏈
從光器件產(chǎn)業(yè)鏈看,主要環(huán)節(jié)為“光芯片、光器件、光模塊、光設(shè)備”,最終應(yīng)用于電信市場、數(shù)據(jù)中心市場及消費電子市場。其中,光芯片處于產(chǎn)業(yè)鏈的核心位置高技術(shù)壁壘,占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈的價值制高點。
(資料來源:臺灣證券交易所官網(wǎng)、長江證券研究所)
02 中國光芯片產(chǎn)業(yè)鏈
從生產(chǎn)流程看,光芯片產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)眾多,工藝流程較為復(fù)雜,主要包括芯片設(shè)計、基板制造、磊晶成長、晶粒制造四個環(huán)節(jié):
1、芯片設(shè)計: 用芯片設(shè)計軟件根據(jù)特定的芯片功能要求制作光電線路圖;
2、基板制造: GaAs/InP 材料經(jīng)提純、 拉晶、 切割、 拋光、 研磨制成單晶體襯底即基板;
3、磊晶成長: 根據(jù)設(shè)計圖,用基板和有機金屬氣體在 MOCVD/MBE 設(shè)備里長晶,制成外延片( Wafer );
4、晶粒制造: 對外延片進行光刻等系列處理,制成電路功能完整的可封裝晶粒。
(資料來源:臺灣證券交易所官網(wǎng)、長江證券研究所)
在這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,磊晶生成的外延片質(zhì)量( Wafer )是決定光芯片性能的關(guān)鍵因素,且生成條件較為嚴(yán)苛,是光芯片制備的重要環(huán)節(jié)。目前,磊晶生長主要有 MOCVD 與 MBE 兩種方式:
(1)MOCVD (金屬有機物化學(xué)氣相沉積): 以 III 族元素 +V 族元素(或 II 族元素 +VI 族元素) 組成的有機化合物作為晶體生長原材料,以熱分解反應(yīng)方式在襯底(基板)上進行氣相外延,形成 III-V 族化合物(或 II-VI 族化合物)薄層晶體。在MOCVD工藝中,需要著重考慮系統(tǒng)密封性、流量、溫度控制等工藝環(huán)節(jié)。
(2)MBE (分子束外延) : 與 MOCVD 相比,MBE 是一種更新的晶體生長技術(shù)。其主要方 法是將半導(dǎo)體襯底放置在超高真空腔體中,和將需要生長的單晶物質(zhì)按元素的不同分別放在噴射爐中。通過加熱,元素噴射的分子流在襯底上長出晶格結(jié)構(gòu)。MBE能夠制備超薄層的半導(dǎo)體材料(可達到單原子層水平) ,技術(shù)難度較高。
03 光芯片成本占比大,提升趨勢明顯
光芯片屬于技術(shù)密集型行業(yè),具有極高的技術(shù)壁壘和復(fù)雜的工藝流程。因此,光芯片在光器件/光模塊中成本占比較大。此外,隨著芯片速率的提升,制備難度增大,成本占比或進一步提升。一般情況下,對于低速率光模塊/光器件(轉(zhuǎn)換速率小于10Gbps ),光芯片的成本占比約為 30% 左右; 而對于高速光模塊/光器件(調(diào)制速率大于25Gbps ), 芯片的成本占比約為60%左右。例如,全球數(shù)通光模塊龍頭中際旭創(chuàng) (公司主力產(chǎn)品為100G QSFP28,采用 25G 光芯片),整體光芯片及組件成本占比在50%左右。
04 產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化為主,分工初現(xiàn)
半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展中, 隨著硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和 GaAs 化合物半導(dǎo)體在射頻器件領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,相應(yīng)的 IC 產(chǎn)業(yè)分工開始逐漸細(xì)化,芯片設(shè)計 — 磊晶成長 — 晶粒制作(晶圓代工)等專業(yè)廠商如雨后春筍般地出現(xiàn),如以臺積電為代表的硅基晶圓代工大廠,以及穩(wěn)懋為代表的 GaAs 晶圓代工廠商。光器件行業(yè)的發(fā)展也遵循類似的規(guī)律,目前主要有兩類光芯片制備廠商: 垂直一體化的 IDM 廠商以及第三方代工廠商:
(1)垂直一體化(IDM)廠商:負(fù)責(zé)從芯片設(shè)計到晶粒制作的全產(chǎn)業(yè)鏈制造,甚至延伸至下游的光器件與光模塊制備環(huán)節(jié)。由于光芯片工藝復(fù)雜,客戶需求多樣,產(chǎn)品線難以標(biāo)準(zhǔn)化,加之行業(yè)規(guī)模有限,目前超過 50% 的光芯片的磊晶和晶圓制作都由 Finisar 、 Lumentum 和 Avago 等垂直一體化廠商( IDM )把控。
(2)第三方代工廠商:隨著光芯片市場規(guī)模的拓展, IDM 廠商開始專注于芯片設(shè)計, 并逐漸剝離磊晶制作和晶圓代工業(yè)務(wù),交給第三方代工廠商,出現(xiàn)了以聯(lián)亞光電為代表 的專業(yè)光芯片磊晶廠,以及以 IQE 為代表的射頻器件和光芯片磊晶雙主業(yè)廠商。2017 年 9 月,VCSEL 激光器成為蘋果手機面部識別核心組件,VCSEL 光芯片正式進入消費電子市場。我們認(rèn)為,消費電子市場規(guī)模大且客戶群體對成本的敏感性高,有望進一步驅(qū)動第三方代工廠商的規(guī)模化生產(chǎn)。
在光芯片市場形成初期,市場規(guī)模相對有限。光器件廠商為了擴大市場范圍主要致力于上下游產(chǎn)業(yè)鏈的整合,形成垂直一體化的 IDM 廠商。隨著市場規(guī)模的不斷擴大,核心光芯片的生產(chǎn)線得以標(biāo)準(zhǔn)化,第三方代工廠商憑借成本優(yōu)勢迅速占領(lǐng)基板制造、磊晶成長、晶圓代工等生產(chǎn)環(huán)節(jié),而原先的 IDM 廠商則專注于芯片設(shè)計等核心環(huán)節(jié),逐漸剝離毛利率相對較低的代工環(huán)節(jié)。我們認(rèn)為,隨著光芯片市場規(guī)模的持續(xù)增大, VCSEL芯片在消費電子市場的滲透率提升,產(chǎn)業(yè)鏈有進一步分工細(xì)化的趨勢。
市場規(guī)模加速增長且“一望無際”
伴隨流量加速爆發(fā),光芯片市場規(guī)模加速增長:
(1)電信市場: 傳輸網(wǎng)擴容正當(dāng)時,接入網(wǎng)逐步向 10G PON 升級,5G基站大規(guī)模建設(shè)或帶來超 20 億美元光芯片市場空間,為 4G時代 2.8 倍。
(2)數(shù)據(jù)中心市場: 數(shù)據(jù)中心市場需求持續(xù)井噴。
(3)消費電子市場: VCSEL 芯片切入消費電子市場, 市場空間拓展10-100倍。隨著硅光集成度提升帶來價值占比提升,未來成長空間“一望無際” 。
從細(xì)分市場看,光芯片主要應(yīng)用于電信市場、數(shù)據(jù)中心市場、 以及消費電子市場。其中,電信市場主要應(yīng)用于傳輸網(wǎng)、 接入網(wǎng)以及無線基站,市場份額占比約 60%左右;數(shù)據(jù)中心市場主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)、連接數(shù)據(jù)中心間的 DCI 網(wǎng)絡(luò),市場份額占比約 30%左右;消費電子市場主要包括手機3D感應(yīng)系統(tǒng)(內(nèi)含VCSEL芯片),市場份額占比約 10%左右。
01 電信市場:有望迎來5G高增長機遇
從電信市場看: 有線方面,傳輸網(wǎng)擴容愈加緊迫,城域網(wǎng) 100G 逐漸下沉;接入網(wǎng)由 GPON/EPON 向 10G PON 升級。無線基站方面,目前正處于 4G 建設(shè)后期,需求相對疲軟。隨著 5G 基站大規(guī)模建設(shè)逐漸開啟,有望迎來 5G 高增長機遇。
(資料來源:中國電信官網(wǎng)、長江證券研究所)
傳輸網(wǎng)擴容正當(dāng)時, DFB/EML 芯片需求穩(wěn)步增長
傳輸網(wǎng)主要包括骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)。電信傳輸網(wǎng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬壓力大等特點,相關(guān)設(shè)備中的光模塊一般采用 DFB / EML 芯片。自2013年起,國內(nèi)開展傳輸網(wǎng) 100G 升級,從骨干網(wǎng)向城域網(wǎng)逐漸滲透。隨著數(shù)據(jù)流量的持續(xù)爆發(fā),接入網(wǎng) 10G PON 的滲透率提升將再次對骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的升級產(chǎn)生需求。我們認(rèn)為,隨著流量持續(xù)增長,網(wǎng)絡(luò) 升級將遵循:骨干網(wǎng) → 城域網(wǎng) → 接入網(wǎng) → 骨干網(wǎng)的循環(huán)過程, 對高速光芯片形成持續(xù)而穩(wěn)定的需求。
接入網(wǎng)向 10G PON 升級, DFB 芯片需求有望提升接入網(wǎng)用于連接傳輸網(wǎng)與終端,傳輸距離較短。目前,點到多點(P2MP)的光纖接入方式PON(passive optical network )是我國運營商采用的光纖接入方式,多采用EPON 或 GPON 。隨著 4K/8K 視頻、VR/AR 等技術(shù)的發(fā)展,EPON 和 GPON 已逐漸無法適應(yīng)用戶對帶寬的需求。為實現(xiàn)網(wǎng)路的平滑升級, PON 的升級將成為關(guān)鍵因素, EPON 和 GPON 有望向 10G PON 技術(shù)升級??紤]到成本,在 GPON / EPON 方面,國內(nèi)大多采用 FP激光器。在 10G PON 時代,需要采用 DFB 激光器。目前,國內(nèi)具備自主生產(chǎn)DFB光芯片的企業(yè)較少,大量依賴于國外進口。隨著接入網(wǎng)升級的全面展開,具備10G DFB 芯片量產(chǎn)能力的光器件廠商有望充分受益于行業(yè)需求紅利。
不同接入標(biāo)準(zhǔn)與對應(yīng)的光芯片類型:
無線基站需求放緩, 5G時代芯片需求有望大幅回暖
2020年起,5G規(guī)模商用開啟,有望再次拉動對光模塊的需求,預(yù)計市場規(guī)模超45億美元,按照芯片成本占比50%估算,市場空間超20億美元。根據(jù)測算,5G基站光芯片市場規(guī)模約為4G基站 2.8 倍左右。與4G基站光模塊市場相比,5G基站的建設(shè)對光芯片的需求將持續(xù)提升
(1)從基站數(shù)量看:由于5G頻譜頻率上升,信號穿透建筑物的衰減較大,建站密度與4G基站相比將更高。預(yù)計,未來6年內(nèi)有望建設(shè) 581.4 萬個5G基站,密度是4G基站數(shù)的1.36倍。
(2)從單基站光模塊數(shù)看: 5G基站架構(gòu)從4G的 前傳—回傳 演進到 前傳—中傳—回傳,單個基站需要的光模塊數(shù)有望達 8-10 個,較4G基站有所增加。芯片方面,5G基站前傳至少為 25G QSFP 28,主要采用DBF/EML芯片。中傳回傳有望采用 10G SFP+ 光模塊,主要采用DBF/EML芯片。我們認(rèn)為,目前正處于4G 基站與5G基站建設(shè)交替期,需求階段性放緩。而隨著 5G 商用將至,對于光芯片的需求將大幅提升,相關(guān)光芯片廠商有望迎接 5G 時代的高增長機遇。
光芯片應(yīng)用于4G與5G基站的對比:
02 數(shù)據(jù)中心內(nèi)部市場的發(fā)展有望提升
VCSEL/DFB 芯片的需求
數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接距離相對短,以850nm的VCSEL和 1310nm的DFB芯片為主。其中,100G AOC和100G SR4 主要以VCSEL芯片為主,100G PSM4和100G CWDM4主要以 DFB 芯片為主。
隨著數(shù)據(jù)中心承載的功能逐漸增加,數(shù)據(jù)中心內(nèi)部傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(接入層、中層的匯聚層)逐漸難以適應(yīng)內(nèi)部流量集中的趨勢,帶寬壓力持續(xù)增大,新型分布式數(shù)據(jù)中心葉脊式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)隨之興起。
葉脊拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是兩層結(jié)構(gòu),包括脊交換機和葉交換機,數(shù)據(jù)中心與外部的連接可以通過(邊緣)脊交換機或(邊緣)葉交換機實現(xiàn)。在該結(jié)構(gòu)下,每臺脊交換機與每臺葉交換機之間都要進行連接。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層相比,葉脊網(wǎng)絡(luò)擴大了接入層、匯聚層與主機之間的連接數(shù)。因此,在數(shù)據(jù)傳輸?shù)男实玫教嵘耐瑫r,對于光模塊的需求也大大增加。
2020年光芯片市場空間測算:
核心假設(shè):
1、新架構(gòu)為 1:1 收斂比的二層脊葉型數(shù)據(jù)中心;
2、數(shù)據(jù)中心使用 10G 和 100G 兩種端口;
3、單臺葉交換機下連兩個機柜共 20 臺服務(wù)器,
單臺脊交換機下連 10 臺葉交換機。
在此假設(shè)下,100萬服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心需要400萬個 10G 光模塊,40萬個100G光模塊。根據(jù)Ovum,到2020年全球新增100個數(shù)據(jù)中心(100 萬臺服務(wù)器),則市場空間高達120億美元。我們假設(shè) VCSEL 芯片在光模塊中的成本占比約35%,則2020年VCSEL芯片在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的市場規(guī)模約為42億美元。
數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI 網(wǎng)絡(luò))市場規(guī)模發(fā)展將帶來DFB / EML 芯片需求
隨著流量爆發(fā)引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化,驅(qū)動數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)市場呈高速發(fā)展趨勢。目前,由于不同地區(qū)數(shù)據(jù)中心之間的信息需要通過電信骨干網(wǎng)相連,因此傳輸時延和傳輸成本無形之中大大增加。隨著數(shù)據(jù)中心流量的爆發(fā),骨干網(wǎng)的帶寬成為限制數(shù)據(jù)互訪流量爆發(fā)的瓶頸。在此背景下,DCI 網(wǎng)絡(luò)在不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心之間重新建立新的傳輸通道,將極大地提升數(shù)據(jù)中心之間的傳輸效率,同時減少骨干網(wǎng)的傳輸壓力。DCI 網(wǎng)絡(luò)需要滿足兩點:
(1)要求網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用DC間一跳直達的全互
聯(lián)、扁平化網(wǎng)絡(luò),滿足低時延要求。
(2)要求網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具備高密度100GE端口,及面
向1T、2T的平臺平滑演進能力。
DCI網(wǎng)絡(luò)主要采用WDM系統(tǒng) (包括 CWDM 和 DWDM ),按距離可分為同一城市內(nèi)互聯(lián)和城市間互聯(lián)。前者對應(yīng)的傳輸距離一般在40公里以內(nèi),主要用到 DFB 芯片;后者對應(yīng)的傳輸距離一般在為幾百公里,主要用到 EML 芯片。隨著 DCI 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步推進,高速光芯片的需求有望快速增長。
03 消費電子市場規(guī)模有望極大拓展
VCSEL 成為 3D 感應(yīng)核心組件
2017年9月,蘋果新款手機 iPhone X 配備的面部識別功能引起廣泛關(guān)注。3D感應(yīng)技術(shù)是面部識別的核心,其目的是創(chuàng)建一種非接觸、非破壞性方式來數(shù)字化捕捉對象的技術(shù),從而精確記錄被捕捉對象的形狀、距離等參數(shù)。VCSEL激光憑借其線寬窄、功耗低等特點,成為3D感應(yīng)系統(tǒng)的首選紅外光源,VCSEL芯片也成為3D感應(yīng)系統(tǒng)的核心組件。
除了智能手機,3D感應(yīng)系統(tǒng)正向其多類消費電子產(chǎn)品逐漸滲透。iPad 、Mac 、AR 眼鏡等消費電子產(chǎn)品都有用到3D感應(yīng)系統(tǒng)。我們認(rèn)為,隨著VCSEL在多種消費電子產(chǎn)品的滲透率逐步增大,VCSEL芯片的市場規(guī)模有望進一步拓展。
與光通信領(lǐng)域的 VCSEL 激光器相比,應(yīng)用于 3D 感應(yīng)的 VCSEL 芯片在技術(shù)難度方面較低。由于消費電子客戶群體對價格較為敏感,我們認(rèn)為消費電子 VCSEL 芯片的競爭 核心是規(guī)模擴展后的成本之爭。從市場需求看,小米、 OPPO 、vivo 等手機廠商均已開始切入這一領(lǐng)域,擴大 VCSEL 生產(chǎn)規(guī)模將是大勢所趨。我們看好國內(nèi)光器件龍頭廠商 通過擴展 VCSEL 的產(chǎn)能切入該領(lǐng)域。
硅光時代將至
硅光子技術(shù)是基于硅材料,利用現(xiàn)有 CMOS 工藝進行光器件開發(fā)與集成的新一代通信技術(shù)。硅光子技術(shù)的核心理念是“以光代電”,將光學(xué)器件與電子元件整合到一個獨立的微芯片中,利用激光作為信息傳導(dǎo)介質(zhì),提升芯片間的連接速度。我們認(rèn)為,隨著流量的持續(xù)爆發(fā),芯片層面的“光進銅退”將是大勢所趨,硅光子技術(shù)有望實現(xiàn)規(guī)模商用化。
01 芯片集成度有望大幅提升
在硅光子技術(shù)中,芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。從結(jié)構(gòu)上看,硅光芯片包括光源、調(diào)制器、波導(dǎo)、探測器等有源芯片及婺源芯片。硅光芯片將多個光器件集成在同一硅基襯底上,一改以往器件分立的局面,芯片集中度大幅提升。硅光子技術(shù)主要有以下三大優(yōu)勢:
(1)集成度高。硅光子技術(shù)以硅作為集成芯片的襯底。硅基材料成本低且延展性好,可以利用成熟的硅 CMOS 工藝制作光器件。與傳統(tǒng)方案相比,硅光子技術(shù)具有更高的集成度及更多的嵌入式功能,有利于提升芯片的集成度。
(2)成本下降潛力大。在光器件和光模塊中,光芯片的成本占比較高。傳統(tǒng)的GaAs / InP襯底因晶圓材料生長受限,生產(chǎn)成本較高。近年來,隨著傳輸速率的進一步提升, 需要更大的三五族晶圓,芯片的成本支出將進一步提升。與三五族半導(dǎo)體相比,硅基材料成本較低且可以大尺寸制造,芯片成本得以大幅降低。
(3)波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異。硅的禁帶寬度為1.12eV,對應(yīng)的光波長為1.1 μm。因此,硅對于 1.1—1.6μm的通信波段(典型波長 1.31μm/1.55μm)是透明的,具有優(yōu)異的波導(dǎo)傳輸特性。此外,硅的折射率高達3.42,與二氧化硅可形成較大的折射率差,確保硅波導(dǎo)可以具有較小的波導(dǎo)彎曲半徑。
硅光子技術(shù)取得了高速發(fā)展,技術(shù)持續(xù)突破。不過,硅光子技術(shù)仍面臨以下兩大問題:
(1)芯片良率低,成本優(yōu)勢不明顯: 目前,傳統(tǒng)三五族半導(dǎo)體芯片的良率在 90% 以上,而硅光芯片需要將 III-V 族半導(dǎo)體鍵合在硅基襯底上。由于硅光集成的工藝尚未成熟, 在激光耦合等步驟上的良率較低,導(dǎo)致硅光模塊成本難以進一步提升。
(2)硅波導(dǎo)與光纖的耦合效率低,性能優(yōu)勢不明顯。硅基光波導(dǎo)的尺寸在0.4 — 0.5 μm量級,遠(yuǎn)小于單模光纖尺寸 (纖芯直徑約8 — 10 μm)。尺寸上的差別將導(dǎo)致模場的失配,需要利用硅基波導(dǎo)光柵進行耦合,在耦合過程中將產(chǎn)生損耗。
02 硅光市場逐步形成,產(chǎn)業(yè)鏈逐漸清晰
近年來,硅光技術(shù)持續(xù)發(fā)展,以 Luxtera 、Intel 及 IBM 為代表的公司不斷推出商用級硅光集成產(chǎn)品。2018年,全球硅光芯片及其封裝器件市場將接近 2 億美元,且整體市場有望保持高速增長。其中,數(shù)據(jù)中心應(yīng)用占比將超過 90% 。預(yù)計2015 — 2025 年,硅光芯片及其分裝器件市場的年均復(fù)合增長率高達45% ,市場規(guī)模有望大幅提升。
硅光子的市場規(guī)模(億美元)快速增長
硅光集成模塊收入占比(%)逐漸提升
隨著市場逐步打開,硅光子芯片市場呈現(xiàn)逐步分化的狀態(tài)。自2015年起,隨著市場逐步打開,更多的廠商開始進入硅光子芯片市場。目前投入研發(fā)的公司不僅包括 Mellanox、Luxtera、Acacia、Finisar、Avago 等光通信公司,Intel 、IBM 、思科、IMEC 以及華為等廠商也加入了這一領(lǐng)域的競爭。隨著廠商逐漸增多,從上游的原材料供應(yīng)商,到中游的硅光子器件、芯片、集成廠商,再到下游的數(shù)據(jù)中心、電信等客戶紛紛入場, 硅光子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈正逐步形成。
光芯片市場發(fā)展格局
01 制約芯片速率提升難點
激光器開啟與關(guān)閉的頻率
芯片的傳輸速率取決于發(fā)送光信號的頻率, 即激光器開啟與關(guān)閉的頻率。這一頻率與驅(qū) 動電路及相應(yīng)的電路組件所決定。當(dāng)傳輸速率為 10Gbps 時,單個信號的對應(yīng)的時間為 0.1ns;而當(dāng)傳輸速率提高至 25Gbps 時,單個信號的對應(yīng)時間僅 0.04ns。高速光芯片的設(shè)計需要在提高傳輸速率的同時確保信號的質(zhì)量。制約芯片調(diào)制速率的因 素主要有以下兩點:
(1)寄生效應(yīng)。芯片產(chǎn)生的 0/1 信號,本質(zhì)上是驅(qū)動電路中的調(diào)制電流在“無電流 /有電 流”之間快速切換。電流的快速變化將產(chǎn)生由電感和電容引起的阻抗,產(chǎn)生寄生效應(yīng)。由于電路中的電流無法產(chǎn)生突變,因此電流高速變化產(chǎn)生的激光信號不是理想的矩形,而是帶有一定上升沿或下降沿延時的梯形信號。傳輸速率越高,電流的變化越快,寄生效應(yīng)就越強。
(2)弛豫振蕩 (阻尼振蕩)。馳豫振蕩是激光輸出由不穩(wěn)定趨向穩(wěn)定的過程,這一過程一直存在。不過,在提升傳輸速率的同時需要同步增大調(diào)制電流,而弛豫振蕩的角頻率和阻尼速率隨工作電流的增加而增大。因此,馳豫振蕩限制了調(diào)制速率的上限。
除此之外,限制傳輸速率的因素還包括信號的色散等難點。為進一步提升傳輸速率,目前通常采用 PAM4 技術(shù)(四階脈沖幅度調(diào)制),單通道傳輸速率可從 25G 提升至 50G 。
02 光芯片種類多升級快,市場處于充分競爭狀態(tài)
從市場集中度看,光芯片廠商眾多,市場集中度較低,整個市場正處于充分競爭狀態(tài)。其中,F(xiàn)inisar 作為北美光器件的龍頭廠商,占據(jù)全球 14.8% 的市場份額,國內(nèi)龍頭光迅科技市場份額占比為 5.6% 。
國內(nèi)外主要光器件公司光芯片研發(fā)能力
光芯片與光器件產(chǎn)品種類多且升級更新快, 在市場規(guī)模既定的情況下單個產(chǎn)品的市場空間有限。與此同時,不同產(chǎn)品的細(xì)分使廠商不斷尋求差異化競爭,在某一細(xì) 分領(lǐng)域精耕細(xì)作,這也是市場集中度難以提升的一大因素。
光芯片的國產(chǎn)化之路
01 國產(chǎn)替代進程加速
國內(nèi)高速光芯片國產(chǎn)化率較低,已成為我國光器件的“阿喀琉斯之踵”。目前,高速光芯片核心技術(shù)主要掌握在美日廠商手中。2018年1月,工信部頒布《光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖,將光芯片國產(chǎn)化上升為國家戰(zhàn)略。而中美貿(mào)易摩擦與中興禁售事件或?qū)⒋偈刮覈哟罅Χ确龀指咚俟庑酒瑖a(chǎn)化進程有望進一步提速。
近幾年,中國光通信市場快速發(fā)展,目前國內(nèi)光通信器件市場占全25左右的市場份額。整體上,國內(nèi)光器件廠商以中小企業(yè)為主,產(chǎn)品主要集中在無源器件、低速光收發(fā)模塊等領(lǐng)域。國內(nèi)廠商憑借成本優(yōu)勢在組裝和代工方面占優(yōu),在產(chǎn)品研發(fā)與創(chuàng)新方面則相對薄弱。光芯片產(chǎn)品方面,國內(nèi)產(chǎn)品主要集中在10Gb/s 及以下的低速光模塊。根據(jù)《中國光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展線路圖( 2018-2022 ),目前小于 10Gb/s 的光芯片國產(chǎn)化率達到80% ,10Gb/s 速率的光芯片國產(chǎn)化率接近50% ,而 25Gb/s 及以上的速率的光芯片則高度依賴出口,國產(chǎn)化率僅 3% 。
中國光器件在全球市場份額占比約 25%
光模塊與光芯片國產(chǎn)化率預(yù)測
02 DFB/EML 芯片:國外廠商主導(dǎo),
國內(nèi)廠商開始蓄力
安捷倫是 ICT 巨人惠普分離出來的子公司。20 世紀(jì) 90 年代中期,安捷倫與昂飛合作,為昂飛公司制造生物芯片外圍掃描配套設(shè)備。1999 年安捷倫自主開發(fā)生物分析系統(tǒng)及產(chǎn)品,與昂飛公司由供應(yīng)商關(guān)系變成了直接競爭對手。而安捷倫自主開發(fā)的生物芯片產(chǎn)品利用惠普在打印技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢,制造出新一代生物芯片產(chǎn)品。
安捷倫公司重視產(chǎn)品和技術(shù)的融合,使得原安捷倫的員工主動學(xué)習(xí)不同背景的技術(shù),不斷進行新產(chǎn)品的創(chuàng)造。目前,安捷倫生命科學(xué)事業(yè)部產(chǎn)品包括:微陣列生物芯片、微流控體生物芯片、氣相色譜、質(zhì)譜分析、試劑。而其主打產(chǎn)品:基于噴墨技術(shù)的生物芯片以其可定制性強、成本較低,給用戶提供了新特征的產(chǎn)品選擇,因此順利成為了昂飛這個龍頭企業(yè)強有力的競爭對手。安捷倫是 ICT 產(chǎn)業(yè)成功實現(xiàn)產(chǎn)品融合跨越的典型案例。它證明了已存的大企業(yè)雖然在新興技術(shù)孕育期缺乏先驅(qū)者優(yōu)勢,仍可依托自身豐富的內(nèi)部資源,發(fā)揮自身技術(shù)與資源互補優(yōu)勢,突破產(chǎn)品融合創(chuàng)新,快速進入到新興產(chǎn)業(yè)的融合型價值鏈中來。
03 VSEL 芯片:安卓需求優(yōu)勢,
國內(nèi)有望打造3D感應(yīng)供應(yīng)鏈
VCSEL 芯片是 3D 感應(yīng)系統(tǒng)的重要組成部分。目前,國內(nèi)在 DOE 衍射光柵、圖像傳感器這兩部分尚無潛在廠商。此外,對于 TX 發(fā)射組模、 RX接收組模和可見光攝像頭是彼此獨立的,這些器件在空間上的相對穩(wěn)定性非常重要,這對于 3D 感應(yīng)系統(tǒng)的組裝提出了更高的要求。我們認(rèn)為,在安卓手機大規(guī)模部署 3D 感應(yīng)的背景下,國內(nèi)有望打造 3D 感應(yīng)供應(yīng)鏈,形成 3D 感應(yīng)系統(tǒng)核心競爭力。從國外廠商看,蘋果自 2010 年起先后收購多家公司布局 3D 感應(yīng)。經(jīng)過8年時間形成 3D 感應(yīng)系統(tǒng)供應(yīng)鏈,是移動端 3D 感應(yīng)技術(shù)的核心競爭力。布局整個供應(yīng)鏈需要長期的技術(shù)積淀,先發(fā)企業(yè)依舊占據(jù)著明顯的優(yōu)勢。
3D感應(yīng)系統(tǒng)重要組件:
04 政策加碼,光芯片國產(chǎn)化上升為國家戰(zhàn)略
2018年1月,工信部發(fā)布了《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018-2022年)》 (以下簡稱《光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》),全面量化了核心光芯片的發(fā)展規(guī)劃,全面提速DFB 、EML 、VCSEL 等核心芯片的國產(chǎn)化進程。根據(jù)規(guī)劃,截止2020年:
(1)25G 級以上 VCSEL 芯片及器件: 國產(chǎn)化率將從
目前的 0% 提升至 10% — 20% 左右
(2)25G 及以上的 DFB 芯片: 國產(chǎn)化率將超過
30%
(3)10G / 25G EML 芯片: 國產(chǎn)化率將分 別達到
50% 和 30%
《光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》將光芯片的發(fā)展提升至國家戰(zhàn)略層面,未來幾年光芯片國產(chǎn)化率穩(wěn)步提升的確定性高。
05 中美貿(mào)易摩擦提速國產(chǎn)替代
中美貿(mào)易摩擦反映了中美局勢的動蕩,中興禁售事件更是凸顯了我國高端芯片技術(shù)的不足。芯片技術(shù)的獲取并非一朝一夕,國內(nèi)高速光芯片技術(shù)缺失的局面短期內(nèi)不會改變。不過中興禁售事件或?qū)⒋偈刮覈M一步重視核心芯片缺失的現(xiàn)狀,加大高端芯片的政策扶持力度。預(yù)計高速芯片國產(chǎn)化進程有望在《光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展線路圖》 的規(guī)劃上進
總體而言,隨著5G驅(qū)動電信網(wǎng)絡(luò)新建擴容,數(shù)據(jù)中心需求持續(xù)高增長,消費電子新藍(lán)海開啟;光芯片市場規(guī)模有望持續(xù)高增長且空間“一望無際” 。同時《光器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展線路圖》將光芯片上升為國家戰(zhàn)略,疊加“中興禁售事件” ,光芯片國產(chǎn)化進程有望進一步提速,國內(nèi)相關(guān)龍頭廠商有望迎來歷史性發(fā)展機遇。
責(zé)任編輯:haq
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