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光芯片技術受限,光模塊成產業突圍突破口

光模塊由光器件、功能電路和光接口等組成,是實現光纖通信系統中光電轉換和電光轉換的重要光電子器件。從產業鏈位置上看,光模塊產業鏈地位相當重要,其處於光通信產業鏈的中游環節,上游是光芯片和光器件,下游是包括數據通信、電信通信以及新興產業通訊在內的三大應用市場。

圖1光模塊結構示意圖

資料來源:OFweek維科網產業研究中心

光模塊產業的發展與通信技術的升級迭代息息相關。光模塊第一代產品誕生於20世紀末期(1995-2000),這一時期,第一代移動通信走向尾聲,第二代移動通信即將崛起,在此期間最早出現的是1X9封裝形式的固定光模塊,隨後向熱插拔、小型化方向演進,形成了支持熱插拔的GBIC和小型化的SFF兩種主流光模塊。2000年以來,通信技術從2G逐步向3G、4G以及5G過渡,數據通信也逐漸向更高速率、更大容量等方向演變,光模塊技術也隨之不斷提升,以SFP、QSFP、QSFP-DD/OSFP等封裝形式為代表的光模塊成為主流產品。未來,隨着下游應用市場對更高速率、更小尺寸、更加智能、更大集成等場景的追求,光模塊產品也將進一步升級迭代,以硅光技術為支撐的第三代光電共封裝形式(CPO)的光模塊將會成為主流,800G高速光模塊將會取代傳統光模塊。

光模塊產業鏈條脈絡清晰,上游環節從上至下依次為光/電芯片、光器件,下游環節則是直接應用的光網絡/通信設備,最終應用環節包括數通市場、電信市場和新興市場。

從光模塊的組成部分看,芯片成本(包括光芯片和電芯片)在光模塊成本中占比最高,約為41%,其次是光器件37%,其他則是結構件、低值易耗品以及PCBA等。

圖2 光模塊產業鏈圖示

資料來源:OFweek維科網產業研究中心

光電芯片環節是光模塊產業鏈上的核心價值所在,但大多數市場份額卻掌握在國外廠商的手中。主要是因為我國光通信產業起步落後於人,加上當時對芯片研發投入也不高,很多核心技術便被以Lumentum、II-VI、Broadcom、住友電工、三菱等為代表的美日企業所掌控,尤其在25Gb/s速率及以上的高速率光電芯片領域缺乏具備話事權的國內廠商。目前,國內廠商中擁有光芯片生產能力的企業包括光迅科技、海信寬帶等少數幾家企業,幾乎都集中在中低速率的自給自足方面,高速率光芯片國產替代進程緩慢。

光器件市場國產替代方面相比芯片環節要好,據統計,截止目前,我國光器件的國產化率有接近40%的水平,光器件市場競爭相對充分,國內頭部企業則包括光迅科技、中際旭創、新易盛等,與國外的老牌巨頭相比具有一定的競爭力,但總體來看,由於芯片領域的受限,光器件產品的絕大部分利潤仍被國際巨頭蠶食。


數通市場快速發展為光模塊帶來巨量市場空間

下游應用市場有三個,目前來看,數通市場應用占比最大,其次是電信市場,但從未來應用潛力來看,新興市場(包括消費電子、自動駕駛、工業自動化等場景)的潛力最大,其次是數通市場,電信市場的應用潛力更多的取決於通信技術的升級迭代,比如從5G向6G以及更高代際通信技術的升級,耗時較長,短期內難以實現。

而從當下看,數通市場潛力依然巨大。一是超大規模數據中心正成為建設方向,當前正是數據爆炸的時代,數據存儲、傳輸的需求相比以往倍速增長,數據中心建設成為國家戰略之一,2022年2月,「東數西算」工程全面啟動,我國也正式開啟大規模建設大型/超大規模數據中心的戰略步伐。二是數據中心的升級改造需求巨大。傳統數據中心向新型數據中心的升級,核心就是將傳統數據中心的三層網絡架構升級為葉脊兩層網絡架構,將極大提升對光模塊的需求量。

在下游強勁需求的帶動下,我國光模塊行業日漸壯大,市場規模從2015年的225億元增長至2021年的441億元,年均複合增長率超過11%。從全球來看,中國光模塊在全球的占比也在不斷提高,從2015年的48%提升至2021年60%,成為全球最大的光模塊市場。

圖3 近年來光模塊市場規模變動圖

資料來源:OFweek維科網產業研究中心


產能持續擴張,國產光模塊廠商已占據全球半壁江山

2022年,Lightcounting發布了全球TOP10光器件廠商,有四家中國廠商躋身前十,分別是中際旭創(第二)、光迅科技(第八)、新易盛(第九)和華工正源(第十),而在Lightcounting發布的2021年光模塊全球排名中,國產廠商包括中際旭創(第二)、華為(第三)、海信寬帶(第五)、新易盛(第七)、光迅科技(第八)、在內的5家企業在列。可見,在光器件、光模塊領域,國產廠商競爭力在近幾年取得了跨越式進步,尤其在高端光模塊領域,以中際旭創等為首的國產廠商正在開疆拓土,在世界競爭中逐漸占據優勢。

根據我們的統計,截至2021年底,光迅科技、海信寬帶、華工正源、中際旭創、新易盛等頭部企業產能排名靠前,尤其在400G及以上的高端光模塊領域,海信寬帶、中際旭創、新易盛等具有明顯的領先優勢。

圖4 光模塊企業產能排行

資料來源:OFweek維科網產業研究中心

2022年9月,聯特科技成功實現創業板IPO,公司擬公開發行股票募資近6億元,以推動公司「高速光模塊及5G通信光模塊建設項目」「聯特科技研發中心建設項目」,預計達產後公司將新增179萬支光模塊產能。其中將募集的1.56億元用於400G/800G高速光收發模塊開發、100G/200G/400G長距離相干光模塊開發等。在高速率光模塊方面,公司曾於今年率先發布800G光模塊樣品,並完成向客戶送樣測試。

2022年5月,光迅科技申請非公開發行股票事項獲得證監會同意,公司預計募集不超過15.73億元,用於「高端光通信器件生產建設項目」和「高端光電子器件研發中心建設項目」。據悉,此次募投的光通信器件項目建設期為2.5年,投產後將形成年產數通光模塊70萬隻,具體包括10GComboPON光模塊、25G/50GPON光模塊、相干光模塊(400GCFP2DCO、400GZRQDD/ZR+QDD)、400G單模/多模光模塊等。

2021年11月,中際旭創公告完成26.9億元的定增,此次定增資金將用於蘇州旭創光模塊業務總部暨研發中心建設項目、蘇州旭創高端光模塊生產基地項目、銅陵旭創高端光模塊生產基地項目、成都儲翰生產基地技術改造項目等,達產後,預計公司每年新增175萬支高端光模塊的生產能力。

2021年7月,通宇通訊定增落地,用於擴大公司光模塊產能,預計至項目第五年將擴充169.4萬隻高速率光模塊,主要補充200G、400G等高速率光模塊的生產能力。同時,該批資金還將拿出1.4億元重點投入800G和相干光模塊產品。

2021年6月,新易盛四川子公司投資建設的高速率光模塊生產線項目開工,項目內容包括新增工業土地43.85畝,新建建築面積共計127051.78㎡,新建高速率光模塊生產線項目,項目達產後,將形成年產高速率光模塊285萬隻的生產能力。該項目總投資18.43億元。項目預計在2022年底可建成投產。


國產頭部企業發力800G光模塊搶占制高點

目前來看,100G和200G光模塊仍是市場主流,400G光模塊隨着產能釋放、產量飆升,正在搶占現有市場。但未來超大規模數據中心和數據中心之間光互聯則需要更多的800G光模塊和相干光模塊,而這種光模塊目前都處於研發或者試生產階段,大批量量產大概率在2023年能夠實現。但國內的光模塊頭部企業已經「等不及了」,為了在未來巨大的數通市場中占據先發優勢,頭部企業們紛紛試水更高速率光模塊。

中際旭創在2021年年底曾向市場透露「公司800G和相干光模塊均已實現小批量銷售」,並於2022年5月向外宣稱,「公司800G硅光芯片及800G硅光模塊已研發成功,並已在今年一季度向海外部分客戶送測」。海信寬帶在2021年9月的光博會上推出全系列800G QSFP-DD數據中心應用光模塊。光迅科技在2022年OFC上隆重推出了800G QSFP-DD 2x400G FR4和DR8光模塊。華工正源在2022年3月的OFC大會上也發布了其最新研發的可插拔800G OSFP SR8\2*FR4和QSFP-DD DR8光模塊產品。聯特科技在2022年9月14日向市場透露,公司800G光模塊樣品已經開始向客戶送樣測試。新易盛在2022年9月16日回答投資者提問時稱「公司已具備批量生產800G光模塊的能力且實現了批量出貨,未來800G產品的銷量將取決於市場及客戶的需求情況」。

作者:維科網產業研究中心光通訊研究員 Bron

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