2020我國硅光通信行業市場技術需求端分析產業格局現狀研究報告（37頁）.pptx

1、2020年深度行業分析研究報告,2,目錄,第一章：技術端看硅光：下一代技術躍升的關鍵,第二章：需求端看硅光：數通電信雙向提振 第三章：產業格局逐步形成，市場空間加速向上 第四章：玩家相繼入場，前瞻卡位5G優勢,3,技術迭代,產品創新,需求帶動,光通信發展脈絡,光纖,波分復用,分立器件光芯片/模塊,硅光,光通信發展趨勢,高速,體積小,成本低,未來能夠抓住硅光機遇的光模塊/芯片/器件公司，值得重點關注。,圖1：能夠抓住硅光機遇的光模塊/芯片/器件公司值得重點關注 光通信發展核心驅動力,資料來源：研究所整理,核心觀點：硅光是下一代技術躍升的關鍵，是光模塊/芯片/器件公司公司突圍的關鍵,技術躍升的關鍵

2、,功耗低,第一章：技術端看硅光：下一代技術躍升的關鍵,4,圖2：光通信發展進程,光通信的 開端,古代,5,烽火狼煙,1880,貝爾用光波作 載波傳話音,1951,醫用玻璃纖維,1966,提出玻璃可以制成 衰減為20dB/Km的 通信光導纖維,1970,制出20dB/Km 的光纖,80年 代初,單模光纖和量 子阱激光器問 世,85-90 年代初,單模光纖作為通 道、單模激光器 作為發射器,21世 紀,DWDM與DFB的 商業化,光通信的雛 形，利用光 進行最直接 的傳播。,光電話,損耗仍高達 1000dB/Km,限制：過量的金屬 離子和其他雜質， 包層分界面不均勻 及其所引起的折射 率不均勻。,

3、降低光纖損耗 是可行的，光 纖通信系統的 實際研究條件 得以具備,探索光通信 傳輸媒介,衰耗、造價而 無果,蓬勃發展期 高性能、高品質、高速率的光 模塊將成為主流,1.1 回溯光通信發展史，更高效率、更低成本是追求的目標,資料來源：電子發燒友、OFWEEK等,光模塊發展方 向,提高光模塊的 性能,單通道速率B,單通道速率最 大化,空分復用X M,波分復用X N,極化復用X 2,光域 技術,光纖資源比較豐 富的情況下適用,光纖資源比較緊 張的情況下適用,電域 技術,調制方式X P,通過光/電域復用提高速率,速率提升,功耗降低,體積縮小集 成度提升,成本降低,400G/800G 以及硅 光技術是發

4、展重 點。,現階段,100G 光模塊的芯片 （實際用的是 25G 光 芯片）產能擴充、模 塊封裝良率提升是主 要方向。,未來,資料來源：2018-2023年中國光模塊行業盈利現狀與投資趨勢研究報告、電子發燒友等整理,6,1.2 400G以及硅光技術是發展重點,圖3：400G以及硅光技術是發展重點,1.3 硅光子技術簡介,電 端 A,光調節器,光調節器,電 信 號,光探測器,光探測器,電 信 號,波分復 用相關 器件,解復用 耦合相 關器件,光 信 號,光 信 號,光探測器,光探測器,電 信 號,光調節器,光調節器,光 信 號,電 信 號,電 端 B,波分復 用相關 器件,解復用光 耦合相信 關

5、器件號,光源,光發送集成芯片,光接受集成芯片,光纖/波導器,光源,7,資料來源：電子說,光纖/波導器, Intel實驗室通過混合硅激光器技術的集成激光器，首次實現了基于硅光子的數據連接。硅光子技術是一種基于硅光子學 的低成本、高速的光通信技術?；诠杌r底材料，利用CMOS工藝，結合微電子為代表的集成電路及光子技術，用激光束 代替電子信息傳輸數據。 圖4：400G以及硅光技術是發展重點,1.4硅光子系統展示,硅光子架構主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動光學組件和光纖封裝完成，使用該技術的芯片中，電流從計算核 心流出，到轉換模塊通過光電效應轉換為光信號發射到電路板上鋪設的超細光纖，到另一塊

6、芯片后再轉換為電信號。 圖5:硅光子產品分為三個層次：硅光器件、硅光芯片、硅光模塊,8,資料來源：21世紀電源網,1.5硅光技術是延續摩爾定律的發展方向之一,近年來，不斷縮小的芯片尺寸存在物理極限，漏電流增加、散熱問題大等問題難以解決，因此進入“后摩爾定律”時代。 硅光技術是延續摩爾定律的發展方向之一，通過硅光集成，用光代替電進行信息傳輸，將大大降低集成電路的成本。 圖6: 各領域科學家及產業分析師們預測到了摩爾定律的失效，硅光有望延續又一個摩爾定律,摩爾定律 當價格不變時，集成電路上可 容納的元器件數目， 約每隔 18-24個月便增加一倍，性能 也將提升一倍。,失效預測 “ 建立在摩爾定律之

7、上” 的 Intel公司采用新型晶體管逐 漸取代傳統半導體晶體管，宣 布“摩爾定律”已經進入“大 叔”級別。,微電子互聯局限性： 散熱困難，泄漏電流,硅光方案,9,資料來源：Intel、華爾街日報等,1.6 選擇硅基的優勢,摩爾定律的困境，使集成光電子將有望逐漸取代微電子。而選擇硅基的原因在于其小、快、便宜的優勢，與CMOS傳統工藝 兼容性好、光學損耗低。 硅光結合了微電子為代表的集成電路超大規模、超高精度的優勢，以及光子技術超高速率、超低功耗的優點。 圖7：基于硅基襯底材料，利用CMOS工藝,統一、可批量化 生產的公益平臺,硅,集成光電子技術取代集成 微電子的條件,硅光優勢,微電子集成電路：

8、超大規模、超高精度,光子技術：超高速率、超低功耗,CMOS：集成性高、高速率、功耗低,硅集成優勢,資料來源：傳感器技術,10,折射率大，集成密度高,可直接使用微電子CMOS工藝,可同時集成光器件及微電子器件,價格低,第二章：需求端看硅光：數通電信雙向提振,11,2.1 流量暴增對數據傳輸提出挑戰，促生數通硅光需求,近年流量暴增，對于超量數據傳輸提出挑戰 5X傳輸體量（數據中心內）,（EB）,數據中心的帶寬增長對光模塊性能有更強需求 更大帶寬+更遠距離+更快速率 100G400G800G1.6T,然而摩爾定律的失效，促生了硅光需求 更小、更快速的光模塊,12,資料來源：中國產業網、Intel等,

9、Intel指出，全球90%的數據是近兩年產生的。參考中國產業網數據，預期全球流量將持續激增，CAGR達23%。 因此，數據中心帶寬增加將會對光模塊性能產生更高需求，考慮到摩爾定律失效限制，硅光需求將引起廣泛關注。 圖8：流量激漲促生硅光需求，硅光為數據中心帶來更大帶寬、更遠距離、更快速率優勢,2.2 5G性能提升要求刺激電信級硅光需求,未來5G時代，傳統光模塊方案可能面臨瓶頸，對于硅光子技術的需求將大量增長。 圖9：5G基站及應用場景對于光模塊數量和質量均提出更高要求，硅光作為更好的解決方案前景無量,5G需求增量 5G MassiveMIMO及三級架構演變CU/DU+RRU,5G需求升級 超大

10、帶寬傳輸、低時延、可靠性、能耗及費用需求,傳統銅電路面臨傳輸瓶頸 產生硅光需求,資料來源：Intel,13,2.3 硅光彌補傳統光模塊需求瓶頸,現今對于光模塊的性能要求大幅提升，如仍應用傳統光模塊將十分昂貴，且難以快速響應海量需求，硅光高密度集成度高 優點突出。 圖10：硅光光模塊高密度，大規模集成，更好地填補傳統光模塊的需求瓶頸,滿足高速遠距離傳輸的傳統光模塊將十分昂貴 且難以響應現今超大數據中心布局的海量需求,資料來源：Intel,14,2.4 國產替代需求旺盛，硅光具有重要國家安全戰略價值,資料來源：中國產業信息網,15,中國光模塊及芯片國產化率較低，在高端產品上缺口大。此外，芯片作為光

11、通信器件核心，也一直是中國制造的短板。 然而數字化信息化大背景下，硅光技術及芯片具有重要國家安全戰略價值，被給予相當政策扶持力度。 圖11：目前光模塊高端產品國產化率缺口大，但具有重要國家安全戰略價值，政策大力扶持,2017年中國光模塊及芯片國產化率仍較低 且無法跟上高端光模塊，尤其芯片需求,2.5 硅光性能超越傳統光模塊，每3年提升8倍,2015年，Intel首次驗證硅光電子器件性能超越同類傳統光電子器件。 根據Intel的硅光子產業發展規劃，產業已進入快速發展期，到2019年，硅光子技術在每秒峰值速度、能耗、成本方面分別 提升8倍、降低85%、降低84%。 圖12：Intel技術規劃顯示硅

12、光子行業每3年性能提升8倍，性能超越傳統光模塊,硅光子 技術,每秒峰值速度 8X,能耗 85%,成本 84%,16,資料來源：Intel、21世紀電源網等,數據中心,相干,5G承載,高性能計算,傳感,資料來源：中國信通院,17, 100G：硅光PSM4 方案可大幅節約 器件和組裝成本；, 400G及以上速率： 在器件尺寸、集 成規模和成本方 面具有優勢。, 硅光方案的優勢： 相干調制以及合分 波器件的高度集成 化，芯片尺寸較小， 芯片成本和封裝成 本較低。 但在功耗和性能上 整體優勢并不明顯。, 前傳：硅光調制器+ 直流大功率激光器技 術在9095 高溫極 端環境中存在用武之 地。 中回傳：城

13、域短距應 用和量大的特點將有 助于推動相關的硅光 技術獲得更大應用空 間。, 硅在片間/片上光互 連大有可為。, 生化傳感：硅光 傳感器處于研究 與初步商用階 段。,2.6 硅光應用場景多樣,圖13:硅光應用場景多樣,2.7 數據中心將是硅光光模塊的主要應用場景,目前全球硅光子領域投入大量的研發，但是目前市場上仍只有少量的硅光子產品問世，未來互聯網公司將作為主角， 為未來新一代數據中心開發具有成本效益的光子技術，目標是實現1美元/Gb。 據Yole預測，到2025年硅光子市場規模將超13億美元，其中將超過90%來自于數據中心應用。 圖14：硅光子技術在數據中心領域的發展路線圖,資料來源：麥姆斯

14、咨詢,18,19,在500米數據中心互聯的100G QSFP28 PSM4 光模塊產品市場，硅光混合集成方案份額超過傳統分立器件方案已達到近80%。 但由于合分波溫漂及耦合效率的問題，100G CWDM4硅光方案仍存挑戰。,80%,20%,2.8 100G PSM4已經成熟，100G CWDM4硅光方案仍存挑戰,30%,70%,圖15：500m 100G QSFP28 PSM4 光模塊硅光方案占比超過80%,硅光混合集成方案其他 資料來源：中國信通院,圖16：Intel500m數據中心互聯的100G CWDM4產品獲得Facebook的份額,英特爾其他 資料來源：中國信通院, 由于合分波溫漂及

15、耦 合效率的問題，需求 占比更大的2km CWDM4 產品仍存較大 挑戰。, 暫無云服務商采用硅 光方案。,20,2.9 400G將是硅光子的主戰場, 硅光有望在400G中等距離取得突破。硅光具有低功耗、高集成特點，規模商業化有望顯著降低成本。 Intel首先突破了硅基調制器，推出PSM4、CWDM4硅光模塊，良率仍待提升，未來有望在400G中等距離 規模應用。,圖17：光模塊出貨情況,資料來源：ovum,圖18：400G光模塊有望在2020年突破,資料來源：Intel,2.105G前傳為硅光子另一機緣,資料來源：yole,5G前傳是硅光子技術的又一機緣。根據Yole預測，硅光子在數據中心以外

16、的應用逐年提升。 英特爾也已針對5G前傳發布具有擴展工作溫度范圍的100G收發器，這款用于5G的產品是一款CWDM4 QSFP28稀疏波分復用（CWDM）、四通道小型可插拔收發器，支持在-40-85攝氏度的工作溫度范圍內通 過單模光纖實現10km鏈路。 圖19：硅光分應用場景市場預測圖20：Intel硅光100G CWDM4 QSFP28光模塊（可擴展溫度）,21,資料來源：Intel,第三章：產業格局逐步形成，市場空間加速向上,22,3.1 全球硅光子技術經歷50年發展歷程,技術探索 （1960年2000年）,技術突破 （2000年2008年）,集成應用 （2008 年至今）,1969年美國

17、貝爾實驗室的 S.E.Miller首次提出集成光 學概念 1972年S.Somekh和A.Yarive 提出了在同一半導體襯底上 同時集成光器件和電器件的 設想。 1991 年成立了“美國光電 子產業振興會”（OIDA） 1980 年日本成立了光產業 技術振興協會（OITDA）,21世紀后，以Intel為首 的企業與學術機構開始 重點發展硅芯片光學信 號傳輸技術。 為了發展光電子集成電 路（OEIC），歐洲發起 了幾大項目，如： PICMOS 項目、WADIMOS 項目、HELIOS 項目等,2008后，以Luxtera/Intel 和IBM為代表的的公司不斷 推出商用級硅光子集成產 品。 2

18、014 年美國建立了“國家 光子計劃”產業聯盟 2010 年，日本開始實施尖 端研究開發資助計劃 （FIRST） 歐盟開始了SEQUOIA項目、 IRIS 項目、 PLAT4M項目,資料來源：Intel、21世紀電源網等,23,硅光子技術最早 1969 年由貝爾實驗室提出，50 年來大體經歷了技術探索、技術突破、集成應用三個階段。 期間內，歐美一批傳統集成電路和光電巨頭通過并購迅速進入硅光子領域搶占高地，以傳統半導體強國為主導的全球硅 光子產業格局悄然成形。 圖21：硅光子技術經歷50年發展，進入集成應用階段,3.2 硅光子技術產業鏈正在逐步形成中,從事硅 光子技 術投資 與開發 的公司,R&

19、D/MPW,無晶圓,系統,設備,鑄造,資料來源：國家工業信息安全發展研究中心,24,截止2015年，全球范圍內從事硅光子技術投資與開發的公司主要約35家左右，intel等多家公司均努力突破硅光技術。 圖22：硅光技術產業鏈逐漸清晰，全球主要從事硅光子公司整體分為五類,國際上硅光產業鏈已經逐漸成熟，從基礎研發到商業應用的各個環節均有代表性的企業。其中以Intel、Acacia、 Luxtera、Cisco、Inphi為代表的美國企業占據了硅光芯片和模塊出貨量的絕大部分，成為業內領頭羊。 圖23：硅光子產業公司格局變遷,25,資料來源：Intel、21世紀電源網等,3.3 硅光子領頭羊逐步領跑,3

20、.4 技術突破不斷，順利進入商用階段,數據來源：中國產業信息網,數據來源：前瞻產業研究院,26,圖25：近三年硅光技術主要進展情況,硅光技術進入商用階段，產業鏈逐步成熟，芯片工藝瓶頸持續突破。目前來看，光模塊主要應用于電信、數通 以及消費類三大領域，尤其以電信和數通市場為主，消費領域仍處于早期研發和起步階段。,圖24：主要公司布局,3.5 硅光封裝與功耗技術瓶頸,硅光子技術進展,設計痛點,架構不完善、體積和性能平衡等難題,三大主流設計方案,前端集成、混合集成和后端集成,前端集成：面積利用率不高、 SOI 襯底光 / 電不兼容、靈活性 低和波導掩埋等，在工藝上的成 本超高。,后端集成在制造方面難

21、度 很大，尤其是波導制備。,混合集成，雖然工藝靈活， 但成本較高，設計難度大。,硅光技術封裝及激光功耗技術難題仍待進一步解決，具備規模應用條件，成本及性能優勢還有提升空間。 圖26：硅光技術現狀與展望,0.45 ,成本： 硅光集成工藝具備規模應用條件，性價 比方面仍有提升空間,性能： 硅波導與光纖耦合效率較低,硅光技術 技術難點,硅光芯片良率更低 傳統III-V半導體芯片（90%）,9 ,27,數據來源：華強微電子,硅基光波導直徑,單模光纖,3.6 未來五年硅光子市場規模將持續攀升,數據來源： Ovum、訊石光通訊網等,28,數據來源： Yole,SiPh收發器已經占據整體收發器市場收入的四分

22、之一，Ovum預計這一比例到2024年將增至近40%。2018年SiPh市場價值已 超過10億美元，SiPh市場發展的主要驅動力是數據中心內部連接市場的增長。 Yole預測，2018-2024年硅光子年復合增長率為44.5%，從2018年的4.55億美元，將增長到2024年的超40億美元。 光通信界正在向400G及800G以上進階。 圖27：SiPh收發器市場規模，400G-800G進階到來圖28：硅光子市場規模,旭創科技ECOC2019演示業界首款400G QSFP-DD ER4-Lite光通信模塊,2019年阿里巴巴首發硅光400G DR4光模塊,第四章：玩家相繼入場，前瞻卡位5G優勢,2

23、9,4.1玩家紛紛入場，各方優勢盡顯,芯片企業,互聯網公司,系統設備商,硅光技術是光學技術和半導體技術的結 合，隨著光學和ASIC逐步走向共同封裝， 需要更近的設計關系。 硅光技術的半導體屬性越來越強，在整 個產業鏈中電子公司的地位越來越重要。,通過并購與合作積極布局硅光研發，呈現 出下游客戶切入中上游制造過程的趨勢。 切入硅光模塊，與自身原有的產品相結合 將會降 低整個設備的成本，做到成本可 控。,國內企業以并購或合作模式為主切入，目前仍處于追隨者的地位。,30,圖29：玩家入場，優勢盡顯,數據來源：中國信通院,31,4.2 海外巨頭：intel布局最早，持續投入，領先的硅光子巨頭,布局最早

24、,唯一芯片上的集成激光 最長距離 2KM,成本優勢 最高的端口 密度,研發投入長達 16年,英特爾預計其連接業務（包括硅光學）的總市場機會將從現在的40億美元增長到2022年估計的110億美元 總目標市場。 自2016年推出其首款100G硅光產品以來，英特爾已經加大生產到以超過一百萬個每年的運行速度供貨其 100G數據中心產品。 圖30:英特爾布局最早，持續投入,數據來源：英特爾,4.3 海外巨頭：思科收購acacia，研發優勢造就低耗高速精品,26億美元收購,光學、芯片和 軟件優勢,低功耗連貫數字信號處理 器、硅光子集成電路的集 成光學互連模塊優勢,內容供應商,通信服務供 應商,提升,降低,

25、如虎添翼,性能 和 成本,運營成本,隨著不同應用場景的網絡設備需求更新，具有大帶寬、低延遲、低功耗、干擾小屬性的硅光子技術受到 重視。 ACACIA作為高速一致性互連產品的領先供應商，完美契合思科作為網絡解決方案供應商的戰略發展路徑。 公司的產品能提升網絡通訊品質，加強性能和傳輸量且降低成本；然而思科不僅僅看中這一產品優勢壁 壘，更加受矚目的是強大的技術團隊。 圖31：思科收購ACACIA 業界首款400G的模塊,數據來源：億歐、ACACIA官網、思科官網 32,33,4.4 海外巨頭：SiFotonics,核心 技術,Ge/Si Avalanche Photodiodes,Ge/Si PIN

26、 Photodiodes,Ge/Si PIN/APD Arrays,SOI-based photonics integrated circuits,Optical HDMI SERDES,10G Transceiver ICs-TIAs and Laser Driver,產品,APD,PD,TO/ROSA,Driver/ Amplifi er,SerDes,ICR,成就 世界領先硅基集成光通 信元件供貨商之一 世界第一款基于CMOS技 術應用光通訊10Gbps單 片光接收器集成芯片,作為國際硅光子器件與集成技術的開創者與領導者之一，為下一代高速光互聯提供高性能、低成本硅光解決方案，包括鍺硅探

27、測器、硅光集成芯片及器件等。 CMOS工藝的硅基光電產品及相關集成電路芯片的設計與開發，通過技術創新為客戶提供高性價比的光電器件。 可廣泛應用于傳統光通信市場、數據中心、FTTx、HDMI遠傳等帶寬需求量快速增長的市場。 圖32：SiFotonics產品與核心技術成就公司競爭基礎,數據來源：SiFotonics官網,34,4.5 博創科技：聯合布局+定增，硅光新星快速崛起,博創科技 29%,Sicoya GmbH 51% 擬募資不超8億（54%，4.3 億將用于硅光收發模塊技改 項目）,山西源杰半 導體技術有 限公司 10%,其他方 10%,博創、Sicoya、陜西源杰等合資的公司斯科雅（嘉興

28、）技術有限公司（暫定），注冊資本1500萬美元，投資總額4500萬 美元，主營硅光芯片；三者分別提供硅光芯片、激光器芯片和封裝集成能力，博創科技硅光模塊量產能力得到保證。 定增項目達產后，有望年產245萬只硅光收發模塊 2020年初，推出400G數據通信硅光模塊，目前博創科技400G DR4硅光模塊已經開始在客戶端進行送樣測試，預計2020年 內將實現量產。 圖33：博創科技作為硅光新星快速崛起,數據來源：博創科技公告及官網, 研究所,4.6 中際旭創：擴大產能+增加研發投入，提前布局硅光產品,中際旭創通過對外投資及兼并收購進一步擴大產能，為生產硅光產品提前布局。 中際旭創增加研發投入，為硅光

29、產品進行技術儲備。,數據來源：公司公告, 研究所,0,100,200,300,400,500,600,0,5,000,10,000,15,000,20,000,25,000,30,000,35,000,圖34:增資擴產+兼并收購，進一步擴大產能圖35:中際旭創增加研發投入，進行技術儲備 40,000,2016年2017年2018年 研發投入金額（萬元，左軸）研發人員數量（人，右軸） 數據來源：中際旭創2018年度報告, 研究所,35,4.7 天孚通信致力高端光器件，深入研究硅光子應用,作為蘇州廣電通信產業聯盟協會企業，天孚通信在硅光領域早有布局，并多次參與硅基光電子學主題研討會。 2019年，

30、天孚通信攜六大重點產品亮相美國光纖通訊博覽會OFC，其中用于相干傳輸器件和硅光子應用的帶保偏光纖隔離器， 可以基于客戶的要求提供PER25dB的產品，針對更高要求的客戶甚至可以提供平均PER30dB的批量供應產品。 圖36:天孚通信多次深入探討硅基光電子學對光通信產業機遇,36,資料來源：公司官網,4.8 光迅科技的武郵基因成就國內光器件龍頭位置,武漢郵電部 固體器件研 究所,武 郵,武漢電信器 件有限公司 （WTD）,丹麥IPX 公司,重組 合并,收購, 主營業務 向上游拓 展 增加光模 塊業務 規模與技 術實現突 破, 切入核心 芯片技術 進軍高端 無源芯片 市場,與法方公司合 資成立阿爾

31、瑪 伊科技公司,的鼻祖,能力,出貨 8000萬 芯片/年,芯片自 給率95%,兩個“唯一”,國內唯一量產10G 以下DFB、APD芯片 的廠商,國內唯一具備自主研發 全系列PLC芯片并規模 生產的廠商,作為中國光器件龍頭，光迅科技是國內稀缺的有能力對光器件進行系統性、戰略性研究與開發的高新技術企業，可以實現光 芯片器件光模塊全產業鏈布局。 自2011年以來公司研發投入占比在行業中較高，最終關鍵核心技術取得重大突破，多款芯片產品通過性能驗證和進入量產準 備，強化前沿布局，提升了產品綜合競爭力。 圖37:增資擴產+兼并收購，進一步擴大產能 中國光通信,數據來源：光迅科技官網,37,4.9 亨通光電自2017年開始布局硅光,2017年12月，亨通洛克利合資公司簽約完成，原Rockley Photonics公司專注于應用下一代數據通信網絡的硅光子技術研發， 是前三強硅光設計公司，主研發及芯片測試。 亨通洛克利業務包括硅光子半導體芯片供給及硅光模塊生產，主要有三款目標產品100G AOC,100G PSM4,100G CWDM4。 面對即將到來的5G時代，亨通洛克利有望以400G硅光產品切入光模塊市場。 圖38:亨通光電與英國洛克利硅光子公司共同投資硅光模塊圖39:亨通洛克利目標產品,資料來源：公司公告,資料來源：公司公告,38,