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硅光技术未来已来 一文带你了解硅光产业发展现状与竞争格局

数据时代 通信设备需要技术突破

近年来,随着宽带中国战略的深入实施,我国4G网络基础设施不断完善,流量资费也在不断降低,再加上智能终端价格的下降,这三个因素促进了支付、视频广播等各种互联网应用,带动数据流量呈爆炸式增长。据工信部数据显示,2017年,移动互联网接入流量消费达246亿GB,比上年增长162.7%,增速较上年提高38.7个百分点。全年月户均移动互联网接入流量达到1775MB/月/户,是上年的2.3倍,12月当月户均接入流量高达2752MB/月/户。

图表1:我国人均移动流量变化情况

随着云计算、人工智能等衍生领域的技术不断进步,互联网应用将逐渐由支付、视频等消费端应用向生产端应用拓展,如人工智能在医疗、教育及工业生产等领域的垂直应用。这些垂直行业的应用一大特征就是将产生海量的数据。据Gartner等机构预测,到2020年全球通信数据产生量将达到44ZB,2024年数据产生量更是高达123GB(123ZB相当于整个世界76亿人口全年每天观看24小时的高清视频流,持续两年所产生的的数据量)。数据量的爆发对通信设施的传输与处理能力提出了巨大的挑战。

图表2:全球数据量变化情况及未来预测(单位:ZB)

硅光技术逐渐成熟 摩尔定律可否在通信领域再续传奇?

传统通信设备的光模块采用分立式,光芯片通过一系列无源耦合器件,与光纤实现对准耦合,完成光路封装。而硅光技术下的光模块基于CMOS制造工艺,在硅基底上利用蚀刻工艺可以快速加工大规模波导器件,利用外延生长等加工工艺,能够制备调制器、接收器等关键器件,最终实现将调制器、接收器以及无源光学器件等集成,其具有集成度高、成本低及传输性能更优的特点。从1985年提出波导理论开始,历时三十余年的研发,硅光技术在通信领域的应用逐渐成熟并开始小规模产业化。

图表3:硅光技术发展历程

就具体应用而言,目前硅光技术在通信设备中除了激光器外,已可实现光模块中大部分器件的制造,典型的如光波导、外调制器件及APD接收器等。不过由于产业尚处于起步阶段,业内并未出现权威的行业规范与技术标准,各主流厂商采用硅光技术设计生产元器件时采用的技术路线不尽相同,最终的技术方案还有待优化完善。

图表4:硅光技术在通信器件应用现状分析

虽然最终的技术方案尚未形成,不过这并不影响硅光技术的推广应用,本身对于一个新兴行业而言,技术规范与标准实际也是产品在扩大应用过程中逐渐形成共识的。在硅光技术的产业化应用过程中,美国一直是行业主战场,数据显示,2017年,美国硅光市场规模为0.5亿美元,预计2020年市场规模可达到3.3亿美元,复合增速高达87.6%。

图表5:美国硅光市场发展规模(单位:亿美元)

相比之下,传统分立式光模块由于技术路线比较成熟,市场化时间较长,应用较为普及,市场规模也远远大于硅光技术市场规模。据研究机构OVUM数据显示,2016年,传统光模块市场规模为67亿美元,2017年为77亿美元,市场增速接近15%。未来,受益于信息技术应用进一步深化普及,2020年行业市场规模有望达到109亿美元。

图表6:传统光模块市场规模及预测(单位:亿美元)

进一步来看,就传统光模块市场竞争格局而言,Lumentum与II-VI占据行业领先地位,我国国内企业昂纳与光迅科技具有一定的竞争实力,但昂纳属于外商独资企业,而光迅科技品主要定位在中端,在行业尖端技术领域与国外巨头相比差距仍然比较大。

图表7:传统光模块市场竞争格局分析(单位:%)

通过以上对硅光技术市场与传统光模块市场分析可以看出,虽然在规模上两者还存在差距,但是作为一种新兴的替代技术,硅光技术的出现意义在于发挥硅基的CMOS工艺的规模效应,进而复制摩尔定律,在通信设备领域再续新的传奇。毕竟摩尔定律在芯片行业创造的奇迹还是给光模块行业未来以无限的想象空间。若硅光技术通过不断完善而成为行业的主流技术,那么通过光模块成本构成可知,硅光技术的市场空间可达光模块市场的40%,潜力巨大。

图表8:传统光模块的成本构成(单位:%)

巨头纷纷布局,行业风起云涌

正是看到硅光技术在通信设备制造领域无穷的发展潜力与想象空间,传统通信设备巨头及相关行业有竞争力的企业纷纷入场布局,行业发展态势可谓风起云涌。国外的企业如Intel、Acacia及SiFotonics等行业巨头由于起步较早,均已推出多款基于硅光技术的器件产品,在行业内占据头部地位。

图表9:国外企业硅光技术布局情况分析

相比国外企业而言,国内企业进入该领域较晚,主要通过并购或者与外企合作的模式来切入,在技术研究及产品开发与国外巨头相比仍有不小的差距,目前仍处于追随者的地位。不过无论是国外企业的技术领跑还是国内企业的入场追赶,有一点是不变的,那就是硅光技术未来已来。

图表10:国内企业硅光技术布局情况分析

更多数据参考前瞻产业研究院发布的《中国通信设备行业战略规划和企业战略咨询报告

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