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聚焦光模块产业链:预计未来五年行业持续景气

来源:博亿堂娱乐官方网站    发布时间:2024-02-24 11:53:54
近年来大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场加快速度进行发展。根据工信部数据,“十三五”期间(2016年-2020年),全球移动用户数将突破72亿,移动互联网用户数超过40亿,全球年数
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  近年来大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场加快速度进行发展。根据工信部数据,“十三五”期间(2016年-2020年),全球移动用户数将突破72亿,移动互联网用户数超过40亿,全球年数据流量复合年均增长率约23%。

  流量增长驱数据中心投资爆发,据CBRE统计,2017年北美数据中心投资200亿美金,同比增长接近200%。

  应用领域主要为电信市场(运营商为主)和数据通信市场(大型网络公司、企业用户)。

  其中光芯片及上游材料竞争行业壁垒较高,高端芯片主要由美国等海外厂商垄断;光器件涉及设计和制造多个环节,近几年逐步呈现出向成本优势地区迁移,中国厂商在无源器件已经占据一定份额,有源器件近几年加速趋势明显;整体设备中兴、华为、烽火等已经在全球具备差异优势。

  根据Ovum数据,2016年全球光通信器件市场规模达到96亿美元,电信市场和数据通信市场对光通信器件需求保持增长趋势,接入网市场需求趋于平稳。

  2017年底工信部发布《光电子器件技术路线图》,指出高端光通信器件落后慢慢的变成了制约我国信息产业高质量发展瓶颈,建议国家加大对光器件研发资金支持,提高核心器件国产化率,培育具有国际竞争力的光通信龙头。

  光芯片是模块中价值量最集中的环节,在光模块中成本占比30%-50%,高端产品中占比甚至能达到50%-70%。

  国外大厂占据高端光芯片90%以上市场占有率,可以说目前被美、日厂商垄断;国内光芯片厂商以10G及以下产品为主,核心技术能力亟待突破。

  目前国内具有成熟光芯片制造能力的厂商主要有光迅科技、昂纳科技、海信宽带(未上市)。

  根据要不要外加能源驱动可分为光有源器件、光无源器件;包括激光器、检测器、放大器、分路器、耦合器、连接器等多个品类,每个品类又存在繁多的型号。

  目前中国光器件厂商占据全球约15%市场占有率,无源的竞争力相比来说较高,主要厂商有光迅科技、昂纳科技、天孚通信等。

  10G以下速率光模块方面,国内厂家已完成了从芯片到模块的国产替代;10G/25G/40G/100G光模块方面,光迅科技、中际旭创、海信宽带、华工正源等国内厂家已经实现全系列新产品的覆盖,模块设计能力和封装工艺成熟;400G光模块方面,中际旭创、光迅科技、海信宽带、新易盛均已在OFC2018推出样品及解决方案。

  目前中国光模块厂商占据全球超20%市场占有率,主要厂商有中际旭创、光迅科技、新易盛、昂纳科技、海信宽带(未上市)等。

  光模块核心组件是OSA。信息网络主要以光纤作为传输介质,但目前计算、分析还必须基于电信号,光模块是实现光电转换的核心器件。

  光模块的核心组件有光适配器(Receptacle)、TOSA(光发射次模块)/ROSA(光接收次模块)或BOSA(光收发一体模块)、电芯片,另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路。

  在接收端:光纤中的光信号通过光适配器被ROSA接收并转变成电信号,并输送到计算单元进行处理。

  (1)光适配器由陶瓷插芯、开口陶瓷套筒、金属件组成,用于光纤与OSA器件的连接。

  (2)TOSA封装构件包括:LDTO-Can(发射管芯,核心为LD即激光器)、封焊管体、陶瓷插芯、陶瓷套管、适配器、调节环,用于实现电信号转化成光信号。

  (3)ROSA封装构件包括:PDTO-Can(接收管芯,核心器件为PD即光探测器)、塑封适配器、封焊管体、金属适配器、闭口套筒,用于实现光信号转化成电信号。其中,LD、PD也就是通常意义上的光芯片。

  单波长通信系统用光模块发射和接收波长分别为850nm、1310nm和1550nm三个传输窗口,其中850nm适合短距离多模传输,1310nm适合中等距离传输,1550nm适合长距离传输。

  相对于单波长的通信系统,波分复用(WDM)技术能成倍增加网络带宽,因而得到普遍的应用。

  目前固定宽带接入市场适用1G及以下、2.5G、4.25G;LTE无线G;承载和传输(城域/骨干)适用40G、100G、400G;数据中心适用40G、100G光模块。

  云计算推动超大规模数据中心加速建设。根据思科,全球超大型数据中心数量预计由2016年的338个增长至2021年的628个,2016-2021CARG13%。

  2021年全球超大型数据中心占比为53%,将有85%的公有云服务器安装于超大型数据中心,超大型数据中心将承担87%的公有云工作负载。

  内部流量占比7成,速率提升需求明显。数据中心流量可按照连接类型分为三类:

  (1)数据中心到用户,由访问云服务进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等最终用户行为产生;

  (3)数据中心内部,大多数都用在信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测,全球数据中心流量将由2016年的6819EB增长至2021年的20555EB,CAGR23%。

  由数据中心内部流量和数据中心互联流量组成的东西向流量(East-WestTraffic,横向流量)占数据中心总流量约85%。

  100G慢慢的变成了海外云计算数据中心主流。数据流量持续增长,数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展:传输速率需求升级、数量需求增长。

  根据全球光器件龙头OCLARO,2016年起,Amazon、Google等北美一线云服务提供商服务器端口开始由10G向25G升级,叶、脊交换机端口由40G向100G升级,预计2018年开始部署200/400G产品。

  国内厂商方面,阿里云宣传2018将成为100G光模块大规模应用元年,预计2019年进行400G光模块的升级。

  数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升,多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升,预计将逐渐被单模光纤代替。

  另外,光纤链路成本由光模块和光纤两部分所组成,PSM4光纤使用量是CWDM4的4倍,当链路的距离较长时PSM4方案成本更高。

  Intel提出了100G硅光方案,但前期主要是PSM4,在转向CWDM4的过程中产品良率方面还存在比较大障碍,硅光在100G的影响有限。

  400G逐渐成熟,2019年有望规模应用美数据中心高速化和大型化的发展趋势,光模块采购也将向高端化演变。

  根据LightCounting,大型网络公司需求明确,预计2018年下半年开始应用。

  400G研发进展顺利,龙头公司保持领先。OFC2018期间,多个光模块厂商展示了400G设计或者样品。其中:QSFP-DD展出厂商有中际旭创、新易盛、昂纳科技、Finisar、AOI等11家,OSFP展出厂商有中际旭创、海信宽带、Mellanox等3家,中际旭创是同时具备OSFP和QSFP-DD的核心厂商。

  根据HeavyReading对于46家主流光模块厂商的市场调研,目前已有32%的受访公司表示已经少量出货400G光模块,另有14%的受访公司表示将在未来半年或一年内出货400G光模块。

  硅光器件具有低功耗、高集成优势。硅光主要只指在硅基上制作光通信器件,在工程场景下,大部分无源器件都可以用硅作为材料,但是激光器、放大器仍旧需要基于III-V族半导体。

  1) 成本低:硅基材料成本低,可利用CMOS在集成电路领域的投资、设施和工艺,大幅度提高光器件制造工艺水平,逐步降低成本;

  3) 集成度高:硅基材料及技术能提供光子和电子的统一制造平台,为芯片级光电集成提供途径,进一步减小系统设备的成本和尺寸。

  Intel基于未来全光计算考虑,成为硅光发展的重要推动力,2016年提出100G光模块产品,硅光郑重进入产业化应用阶段。

  目前,硅光模块影响力较大的厂商有intel、mellanox、Luxtera、TeraXion等,国内光迅科技、中国电科也在开展硅光研究和产业化。

  针对硅光模块的替代影响,目前业界普遍看法是:100G方面,硅光子技术对PSM4产品有一定影响;到400G,硅光在中等距离(500M)应用具有非常明显优势,短距将以VCSEL为主,长距离需要采用EML。

  行业并购活跃,整合高端芯片器件能力。Avago、NeoPhotonics等国际厂商通过并购完善技术与业务拓展,巩固上游高端光芯片能力,把控光模块产业丰厚利润点。

  国内光迅科技、昂纳科技、海信宽带等通过自研和并购等方式,也具备了一定光芯片能力。

  全球化协作凸显,光模块制造向国内转移。由于中国具有成熟的代工体系以及人力成本的相对优势,Finisar、AAOI等国外厂商均在中国设有工厂。

  国内厂商方面,以中际旭创、新易盛为代表的公司扩大产能,较低的制造成本成为差异化优势之一。

  新易盛募投光模块生产线项目稳步推进,完成后可使产能从2016年的413万只/每年提高到643万只/每年;中际旭创通过增发股份募集资金扩大产能,完成后将新增年产光模块共计530万只的生产能力,另外投资铜陵项目预计2018下半年逐步启动生产。

  云计算数据中心建设对无源器件也有拉动作用,一方面数量有明显增长,另外对产品专业集成、快速适配要求提升。

  昂纳科技、天孚通信、太辰光均针对数据中心推出无源线缆、透镜、波分复用/解复用等产品。

  国家政策支持信息光电子发展。2017年底工信部发布《中国光电子器件产业技术发展路线年)》,指出核心、高端光电子器件落后慢慢的变成了制约我国信息产业高质量发展瓶颈。

  目前25Gb/s的高速率光芯片国产化率仅3%左右,供应主要依赖美国、日本厂商。

  政策要求在2022年中低端光电子芯片的国产化率超过60%,高端光电子芯片国产化率突破20%。

  光芯片是限制光模块供货能力的重要的因素,下游大客户对产品快速交付能力要求高,拥有自主芯片厂商能保证产品供货速率。毛利率方面,由于光芯片占据模块约30~70%左右成本,上下游垂直一体化的厂商能获取更高的毛利率。

  海外Finisar、Lumentum等具备完整的芯片+模块能力;目前国内具备光芯片能力的厂商主要有光迅科技、昂纳科技、海信宽带。

  云计算数据中心下游客户高度集中,已进入主流客户供应体系光模块厂商具备相当销售规模,可以轻松又有效分摊研发成本,确保毛利率水平。

  国外AAOI在40G周期服务北美主流客户,最新100G产品也具有一马当先的优势;国内典型公司如中际旭创,与谷歌合作顺畅能力获得认可,2018年已经扩展获取亚马逊、facebook等主流云计算厂商订单。

  另外昂纳科技、光迅科技、海信宽带也与网络公司或者通信设施厂商具有一定良好合作基础,博创科技为关联方KAIAM提供OSA。

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