作者:網絡投稿 發布時間:2022-03-17 00:00 閱讀次數:60
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壹
光模塊概述
1.1
光模塊-光通信系統的核心,構建高速信息網絡的基礎
由于現代通信都是由光纖光纜傳輸,而終端發送和接收都是電信號,所以兩端需要有光電信號的轉換裝置——光模塊。
光模塊由接收部分與發射部分組成,其中發送端把電信號轉換成光信號,通過光纖傳送后,接收端將光信號還原為電信號。光模塊作為光電轉換元器件,產品種類多,已大量應用于通信行業和數據中心行業。當前通信行業10G和數通行業100G產品種類最為齊全,是市場主力。未來通信行業25G/100G光模塊和數通行業400光模塊為下一代產品。
圖:光模塊內部結構
資料來源:IMT-2020(5G)推進組《5G承載光模塊白皮書》
1.2
從成本構成角度理解光模塊
光模塊產品所需原材料主要包括光器件、電路芯片、PCB 以及結構件等。其中,光器件占光模塊成本達到70%+,具體看光器件,以激光器為主的發射組件就占了光器件近一半的成本,以探測器為主的接收組件占比達到32%,兩者合計占光器件成本為80%。
光模塊成本構成圖(數據來源:紅塔證券)
貳
光模塊需求邏輯及市場規模
2.1
依托5G與數據中心“新基建”雙重驅動,高速光模塊市場迎來爆發式增長機遇。
運營商發力5G基站建設,2019年我國已建成超過13萬個5G基站,2020-2022年為5G主建設期,光模塊作為5G網絡的基礎構成單元,廣泛應用于無線及傳輸設備(5G前傳、中回傳、傳輸市場等),5G驅動電信市場光模塊新一輪增長。
5G網絡建設對光模塊需求(資料來源:WIND,開源證券研究所)
伴隨5G時代流量需求爆發增長,帶動全球IDC高速發展。為滿足大帶寬需求,新一代數據中心網絡架構表現為更多的橫向流量,帶來更多的互連需求。云計算巨頭(亞馬遜、谷歌、Facebook、微軟)資本開支已于2019Q2逐步回暖,隨著資本開支回暖和數據中心的代際更迭,云基礎設施建設將有望迎來上升期,打開數通光模塊需求空間。國內方面,隨著國內企業上云的加速、5G商用后移動數據流量的提升,推動國內云計算巨頭提升資本開支以提高其處理數據能力。
全球主要云計算廠商資本開支(百萬美元)及同比增速
數據來源:Bloomberg,東吳證券研究所
5G與云數據中心共振,驅動光模塊行業走向高景氣
2.2
市場規模
根據Yole最新報告,光模塊市場規模2019年達到近77 億美元,依托5G與數據中心“新基建”雙重驅動,2025年市場規模預計177億美元。
從細分市場看,數通(應用于IDC)用光模塊增長遠高于電信用光模塊(7%),實現年復合增長率20%,預計2025年實現近121億美元市場規模。
2019-2025 光模塊市場增長預測(單位:美元)
資料來源:yole
產業鏈分析
叁
光模塊產業鏈分工明確,高端光模塊國內廠商逐步突破
光模塊產業鏈公司分布
光模塊產業鏈遵循芯片(襯底-外延片-芯片)—>器件—>模塊—>客戶流程。
整體來看,受歷史原因影響,歐美日等發達國家技術起步較早,因此專注于芯片和產品的研發,擁有較大的技術優勢。中國憑借著勞動力優勢,在產業鏈的中游占據較大市場份額,我國已經成為全球光模塊制造基地,從OEM、ODM模式發展為多個全球市占率領先的光模塊品牌。
國內光模塊產業,越往上游越薄弱,技術壁壘越高。襯底幾乎壟斷在日美廠商手中(住友化學、AXTI等),芯片層面,越高速率光模塊其光芯片成本占比越高(如下圖)。國內企業具備10G及以下中低速激光器能力,25G光芯片僅源杰半導體(DFB)、索爾思(EML)等具備供貨能力,技術瓶頸較高,突破需要時間積累。
光芯片在不同級別光模塊中的高成本占比
資料來源:紅塔證券
中游光模塊市場屬于“勞動+工藝”密集型產業,由于對勞動力成本要求較高,日美廠商沒有競爭優勢,產業鏈進一步向國內集中。中游市場規模大,但行業競爭廠商眾多,且大部分公司集中于100G以下低速光模塊封裝,應用領域更多集中于電信市場,針對具備更大應用潛力的數通市場,國內只有中際旭創(300308)具備供貨能力。
下游主要為設備商(華為、中興等)、數據中心廠商(谷歌、亞馬遜、微軟、Facebook、阿里巴巴、騰訊等)、運營商等。
肆
行業技術路線
硅光技術持續發展,技術上不斷取得突破
4.1
硅光技術及其優勢
全球數據流量呈快速增長態勢,對傳輸需求逐步提升。目前,傳統光模塊主要利用III-V族半導體芯片、電路芯片、光學組件等器件封裝而成,本質上屬于“電互聯”范疇。隨著晶體管加工尺寸逐漸縮小,將逐漸面臨傳輸瓶頸。目前,對于傳統的三五族半導體光芯片,25Gbps已接近傳輸速率的瓶頸,進一步提升速率需要采用PAM4 等技術。隨著高速光模塊在數據中心的大量運用,傳統III-V 族半導體的光芯片將面臨并行傳輸、三五族磊晶成本高昂等問題。在此背景下,硅光子技術應運而生,成為III-V 族半導體之外的一大選擇。
在硅光子技術中,芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。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。硅光子技術主要有以下優勢:
集成度高。硅光子技術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。與傳統方案相比,硅光子技術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。
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。傳統的GaAs /InP 襯底因晶圓材料生長受限,生產成本較高。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。
4.2
硅光技術發展趨勢及市場規模
從發展歷程看,硅光集成技術將遵循由光子集成→光電集成的發展過程,待技術成熟后指向芯片內部光互聯。目前,通信領域的硅光模塊屬于光子集成范疇,從制造工藝看可分為兩類:單片集成與混合集成。目前已量產的硅光模塊中,基于硅襯底的混合集成是主要方式。
硅光集成技術發展趨勢示意圖
資料來源:《光子集成研究進展》,長江證券研究所
從市場規模上看,硅光模塊市場規模增長較快。據Yole預測,硅光模塊在2018年-2024年間的復合年增長率將達到44.5%,有望從2018年的4.55億美元增長到2024年的40億美元,2024年占整體市場規模21%。
資料來源:Yole、招商證券
4.3
硅光子市場國內外布局情況
國內
?Intel(IDM模式):數據中心硅光模塊500m距離批量供貨;產品有100GPSM4產品、100GCWDM4產品;
?CISCO:收購硅光子企業Acacia(Fabless模式,硅光相干模塊已向電信客戶量產出貨)。
國外
?中際旭創:400G硅光芯片及相干技術在研;100G產品無硅光技術;
?光迅科技:研發100G硅光芯片通過測試并投產;
?亨通光電:通過英國亨通洛克利(Rockley)布局硅光模塊,開發出 100G AOC、100G PSM4、100G CWDM4 硅光模塊,并逐步形成量產,同時正加快推進400G硅光模塊的研發產業化;
?博創科技:400G QSFP-DD 數據通信硅光模塊解決方案DR4(500m)和DR4+ (2km)。另博創科技、源杰半導體、Sicoya等成立合資公司布局硅光模塊,三者分別提供封裝集成能力、激光器芯片、硅光芯片。
4.4
硅光技術尚未成熟,行業技術格局穩定
由于傳統的EML/DML信號調制方式已接近帶寬極限,對硅光來說是一次彎道超車的機會,但:硅光技術尚未成熟,行業技術格局仍將保持穩定。主要表現為:
硅光產品良率較低、傳輸損耗較大,硅光方案成本優勢不明顯。由于InP和GaAs(III-V族材料)晶圓尺寸較小,材料成本高,加工成本較高,業內人士希望通過大尺寸、加工技術成熟的硅晶圓替代InP和GaAs,但是由于硅是間接帶隙材料,硅發光效率極低,若采用硅光技術來制作光模塊,光源成為一個難點。另外從生產成本、材料本身的特性考慮,硅光難以取代現有III-V族技術,尤其是在長距傳輸中。
未來硅光可能在相干光通信和400G光模塊(短距超高速傳輸)中有部分應用。比如100G硅光模塊在PSM4(500m)和400G硅光模塊在DR4(500m)場景下有成本競爭優勢。
伍
行業競爭
5.1
從產品角度,400G光模塊成為市場競爭主力產品
從產品角度看,目前100G光模塊對傳統10G、25G光模塊進行加速迭代,成為當前主力產品,未來仍將持續擴大,即使未來400G作為下一代主流產品推向市場,隨著整體市場的增量和迭代周期的存在,100G產品的需求量仍將持續擴大并維持一段時間。
各類別數通光模塊全球出貨量(個)分析
資料來源:LightCounting
另外,超大規模數據中心建設引領光模塊進入400G 時代,從現有技術規格來看,400G 光模塊主要分為OSFP(25G PAM4*8;更適合電信;)、QSFP-DD(50G NRZ*8;適合短距數據中心)、CFP8 三種方案。當前400G模塊的需求來源是云廠商,對于其超大數據中心而言,并不要求長距離傳輸,對能耗指標和尺寸要求較高,QSFP-DD為數據中心400G光模塊首選。
從部署時間上來看,北美數據中心2020年進入100G/400G過渡階段,國內數據中心部署進度落后1到2年。云巨頭部署400G網絡后,400G相關產業鏈才會進入規模化部署階段:對光模塊、光纖連接器、高速PCB板等逐一升級。
5.2
從公司角度,產業鏈向國內轉移,改變光模塊產業鏈格局
資料來源:Yole
從細分領域電信市場看,海外廠商主要有Finisar、Lumentum、II-VI、Acacia、Oclaro等國際知名企業,其占據高端光模塊市場;國內廠商聚焦在無線接入、FTTH及城域100G以下速率產品;如光迅科技、新易盛、華工正源等。
從細分領域數通市場看,根據2019年全球光模塊市場銷售情況及對光模塊公司下游客戶的分析,目前國內外數通領域(應用于IDC)具備高速光模塊供貨能力企業有中際旭創(300308)、海外AAOI(應用光電)和Finisar(菲尼薩)。
陸
把握光模塊行業景氣周期,行業投資邏輯梳理
第一
高端產品線布局
光模塊的小型化、低成本以及高速率是產品迭代的主要方向,高端產品布局是企業盈利的重要一環。針對未來高速增長的數通光模塊市場,400G產品是光模塊廠商競爭核心點,也是行業內占據利潤制高點的產品。按照云計算廠商部署400G數據中心規劃,光模塊作為400G網絡相關產業鏈,未來5年銷售額205%速度增長,2023年占據市場份額25%。以國內數通光模塊龍頭中際旭創為例,目前具備400G單模量產能力,主要做技術含量、利潤率均高的光模塊,而且具有較高的規模效應和產品良率,毛利率保持行業領先。
第二
成本控制能力
下游客戶主要關注產品成本、性能,即性價比,尤其是云計算廠商:Facebook、AWS、微軟等,其更新換代相較電信會更快,所以同等性能下成本尤為重要。從另一個角度看,伴隨下一代更高速率產品的量產,低速率產品價格必然會下降(行業均價:未來逐步將至1美元/G,甚至更低)。以100G產品為例,目前國內售價120美金-150美金,未來會持續下降,為保證一定利潤空間,必須具備成本控制能力,比如培養供應鏈實現核心原材料降本、國產替代降本、產品設計降本、基于工藝優勢提升產品良率降低制造成本、人力降本、規模化生產后降本等等。
第三
工藝/技術壁壘
光模塊屬于工藝密集型行業,涵蓋核心光學工藝、電路設計、器件及模塊封裝工藝等要素,Know-How高。尤其高端光模塊,技術壁壘很高,企業需要持續加大研發投入,關注公司具備的涉及光、電層面的工藝。目前為實現光模塊產品更低成本、更高速率、更高集成度,相較于傳統光模塊廠商分立器件組裝,硅光技術的光模塊逐步發展起來,但硅光產品良率低、傳輸損耗大,未來400G硅光模塊預計在DR4(500m)短距場景下有成本競爭優勢,因此硅光技術布局也可以作為關注點之一(比如博創科技(300548)、源杰半導體),但其短期內不會因硅光技術變革對光模塊行業格局產生影響。另外,工藝Know-How依賴團隊,關注團隊產品設計層面、工程方面的人員配置。
第四
客戶資源優勢
進入下游頭部客戶供應鏈體系是產品具備市場競爭力的最優體現。云數據中心是100G、400G光模塊產品主要的需求方,目前能規模供貨云數據中心的有中際旭創(供貨Google、AWS等)、AAOI(供貨Facebook、微軟、AWS、Cisco等)、Finisar(供貨Cisco、華為等),可關注行業內其它具備數通光模塊供貨能力的企業,在高速增長的市場驅動下,有望快速形成全球營收規模。
第五
量產能力
光模塊市場需求遠大于供給,未來5年屬于產業周期上升期,企業需要抓住行業機遇,具備產線、足夠產能、快速落地能力等,行業內頭部下游客戶也會對供應商有最低產能要求;另外,從產品設計、進一步優化、送樣客戶測試、小批量供貨至最終量產,不確定較大,需關注企業產品具體進展。
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不是國企。
武漢聯特科技成立于2011年,坐落在武漢-中國光谷,是專業從事研究、設計、生產和銷售光收發模塊的制造商。自成立以來,聯特科技一直專注10G/25G/40G/100G光通信收發模塊的開發,產品全面,包括:AOC, SFP+,QSFP+, XFP, QSFP28,CFP等。近年來,聯特科技以穩定的質量,真誠的服務,貼身的定制開發贏得了越來越多包括部分大型電信設備商客戶的信任,為數據中心、長途傳輸、無線網絡和固網接入等領域提供數以百萬計的光模塊產品,營業額年復合增長率超過50%。在波分光模塊、光數據連接器全球市場上有可觀的占有率,是光器件領域發展快的供應商之一,不斷吸引著行業精英慕名前來加盟。
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