光模塊——光纖通信系統(tǒng)的核心器件
光模塊是光纖通信系統(tǒng)的核心器件之一,其為多種模塊類別的統(tǒng)稱,包括:光接收模塊,光發(fā)送模塊,光收發(fā)一體模塊和光轉(zhuǎn)發(fā)模塊等。當(dāng)前市場中光模塊一般指代的是光收發(fā)一體模塊。
通常情況下,光模塊由光發(fā)射器件(TOSA,含激光器)、光接收器件(ROSA,含光探測器)、 驅(qū)動(dòng)電路、放大器和光(電)接口等部分組成。
光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖片來源網(wǎng)絡(luò)
光模塊主要用于實(shí)現(xiàn)電-光和光-電信號的轉(zhuǎn)換, 如下圖所示:
光模塊的光電轉(zhuǎn)換示意圖
圖片來源:億渡數(shù)據(jù)
1.在發(fā)射端,一定速率的電信號經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路處理后進(jìn)入光發(fā)射器件;
2.處理后的電信號驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號,通過光功率自動(dòng)控制電路, 輸出穩(wěn)定光信號;
3.在接收端,一定速率的光信號由光探測器處理后轉(zhuǎn)換為電信號;
4.處理后的電信號經(jīng)過放大器后輸出相應(yīng)功率的電信號。
按照不同的通信場景可以將光模塊市場劃分為以太網(wǎng)、連接器、傳輸、 Fibre Channel、無線接入、有線接入等細(xì)分市場。
其中以太網(wǎng)光模塊主要用于服務(wù)器、交換器、路由器等數(shù)通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;光連接器既 AOC(Active Optical Cables,有源光纜),用于服務(wù)器到TOR交換機(jī)的短距離連接;CWDM/DWDM 光模塊主要用于各類光傳輸設(shè)備;Fibre Channel 光模塊專用于存儲和高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。這四個(gè)細(xì)分市場主要客戶包括云計(jì)算廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商和電信運(yùn)營商等。
無線接入光模塊、有線接入光模塊分別對應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)和有線寬帶接入網(wǎng),是電信運(yùn)營商細(xì)分市場。
光模塊應(yīng)用場景和細(xì)分市場
圖片來源:國聯(lián)證券
2020 年以太網(wǎng)、CWDM/DWDM 兩個(gè)細(xì)分市場合計(jì)份額高達(dá)77%。其中以太網(wǎng)光模塊和光連接器(直連形式的一對以太網(wǎng)光模塊)這兩個(gè)細(xì)分市場以 34%的出貨量貢獻(xiàn)了 53%的市場份額。CWDM/DWDM 光模以約 1%的出貨量貢獻(xiàn)了 24%的市場份額。
數(shù)據(jù)來源:Lightcounting,芯八哥整理
2020 年有線接入光模塊市場以43%的出貨量貢獻(xiàn)了7%的市場份額,無線接入市場以20%的出貨量貢獻(xiàn)14%的市場份額。受益于數(shù)據(jù)通信流量增長,以太網(wǎng)和CWDM/DWDM光模塊從100G 向200G、400G、800G不斷迭代,成為光模塊市場增長的主要驅(qū)動(dòng)力。
數(shù)據(jù)來源:Lightcounting,芯八哥整理
數(shù)據(jù)通信需求暴增驅(qū)動(dòng)百億美元光模塊市場
根據(jù)全球光模塊行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)公司 Lightcounting 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全球光模塊市場規(guī)模在經(jīng)歷 2016-2018 年連續(xù)三年的停滯之后,于 2019 恢復(fù)增長,2020 年全球光模塊市場規(guī)模達(dá)到 81 億美元。Lightcounting 預(yù)計(jì),2026 年全球光模塊市場規(guī)模為176 億美元,2021-2026 年的復(fù)合年增長率為13.68%。其中2022-2024年全球光模塊市場規(guī)模分別為 107.65/119.56/132.62 億美元,同比增長 16.09%/11.06%/10.92%。
全球光模塊市場規(guī)模(百萬美元)
根據(jù)法國市場研究和咨詢機(jī)構(gòu) Yole 統(tǒng)計(jì),2020 年全球光模塊市場整體規(guī)模達(dá)96 億美元,較 2019 年的 77 億美元增長近 25%。Yole 預(yù)計(jì),全球光模塊市場整體規(guī)模將從 2020 年的 96 億美元增長到 2026 年的 209 億美元,2021-2026 年的復(fù)合年增長率為 14%。其中數(shù)據(jù)通信市場規(guī)模占比將由 55.2%提升到 2026 年的 77.2%,2021-2026 年的復(fù)合年增長率為 19%,成為光模塊市場增長的主要驅(qū)動(dòng)力。
2020-2026 年光模塊市場預(yù)測
數(shù)據(jù)來源:Yole
光模塊競爭激烈,國產(chǎn)廠商份額持續(xù)攀升
光模塊行業(yè)的上游主要包括光芯片、電芯片、光組件企業(yè)。光組件行業(yè)的供應(yīng)商較多,但高端光芯片和電芯片技術(shù)壁壘高,研發(fā)成本高昂,主要由境外企業(yè)壟斷。光模塊行業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈的中游,屬于技術(shù)壁壘相對較低的封裝環(huán)節(jié)。光模塊行業(yè)下游包括互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算企業(yè)、電信運(yùn)營商、數(shù)據(jù)通信和光通信設(shè)備商等。其中互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算企業(yè)、電信運(yùn)營商為光模塊最終用戶。
數(shù)據(jù)來源:公開資料,芯八哥整理
上游高端光芯片關(guān)鍵技術(shù)由少數(shù)國外廠家壟斷,下游行業(yè)市場集中度高,頭部企業(yè)議價(jià)能力很強(qiáng)。光模塊行業(yè)處在上下游擠壓之下,議價(jià)能力相對較弱,行業(yè)內(nèi)部競爭激烈。需要通過規(guī)模優(yōu)勢、技術(shù)迭代和可靠的交付能力建立相對穩(wěn)定的上下游合作關(guān)系。
Omdia發(fā)布的全球前十大光模塊廠商名單及其2021年市場份額變動(dòng)情況顯示,前十名分別為:高意集團(tuán)、中際旭創(chuàng)、朗美通、光迅科技、博通、海信寬帶多媒體、Acacia、昂納集團(tuán)、住友電工、英特爾。國內(nèi)入圍的廠商有中際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶多媒體、昂納集團(tuán),2021年市場份額均有不同程度的提升,前四大國內(nèi)光模塊廠商占據(jù)全球的26%市場份額。
數(shù)據(jù)來源:Omdia,芯八哥整理
在前十大廠商中,中際旭創(chuàng)在2021年市場份額提升幅度最大,目前占據(jù)10%市場份額,2021年中際旭創(chuàng)光通信收發(fā)模塊營收72.61億元。據(jù)中際旭創(chuàng)透露,公司2021年向云廠商數(shù)據(jù)中心提供的200G和400G產(chǎn)品的銷售量大幅增加,第四季度的市占率更是高達(dá)12%。
光迅科技目前占據(jù)近8%市場份額,2021年光迅科技傳輸產(chǎn)品及接入與數(shù)據(jù)產(chǎn)品營收64.49億元。
光模塊行業(yè)發(fā)展趨勢
1、小型化
目前的光通信市場競爭越來越激烈,通信設(shè)備要求的體積越來越小,接口板包含的接口密度越來越高。傳統(tǒng)的激光器和探測器分離的光模塊,已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代通信設(shè)備的要求。為了適應(yīng)通信設(shè)備對光器件的要求,光模塊正向高度集成的小封裝發(fā)展。高度集成的光電模塊使用戶無須處理高速模擬光電信號,縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期,減少元?dú)饧少彿N類,減少生產(chǎn)成本,因此也越來越受到設(shè)備制造商的青睞。
2、低成本、低功耗
通信設(shè)備的體積越來越小,接口板包含的接口密度越來越高,要求光電器件向低成本、低功耗的方向發(fā)展。目前光器件一般均采用混合集成工藝和氣密封裝工藝,下一步的發(fā)展將是非氣密的封裝,需要依靠無源光耦合(非X-Y-Z方向的調(diào)整)等技術(shù)進(jìn)一步提高自動(dòng)化生產(chǎn)程度,降低成本。
3、高速率
人們對信息量要求越來越多,對信息傳遞速率要求越來越快,作為現(xiàn)代信息交換、處理和傳輸主要支柱的光通信網(wǎng),一直不斷向超高頻、超高速和超大容量發(fā)展,傳輸速率越高、容量越大,傳送每個(gè)信息的成本就越來越小。
4、遠(yuǎn)距離
如今的光網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)距離越來越遠(yuǎn),這要求遠(yuǎn)程收發(fā)器來與之匹配。典型的遠(yuǎn)程收發(fā)器信號在未經(jīng)放大的條件下至少能傳輸100公里,其目的主要是省掉昂貴的光放大器,降低光通訊的成本?;趥鬏斁嚯x上的考慮,很多遠(yuǎn)程收發(fā)器都選擇了1550波段(波長范圍約為1530到1565nm)作為工作波段,因?yàn)楣獠ㄔ谠摲秶鷥?nèi)傳輸時(shí)損耗最小,而且可用的光放大器都是工作在該波段。
5、熱插拔
即無需切斷電源,模塊即可以與設(shè)備連接或斷開,由于光模塊是熱插拔式的,網(wǎng)絡(luò)管理人員無需關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)就可升級和擴(kuò)展系統(tǒng),對在線用戶不會(huì)造成什么影響。熱插拔性也簡化了總的維護(hù)工作,并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發(fā)模塊。同時(shí),由于這種熱交換性能,該模塊可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級要求,對收發(fā)成本、鏈路距離以及所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行總體規(guī)劃,而無需對系統(tǒng)板進(jìn)行全部替換。
新聞來源:芯八哥