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借消费电子东风,国产光芯片有望崛起

发表于:2019-02-12作者: 李亚东
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        摘要:在光通信设备中,光芯片→光器件→光模块→光设备是一条完整的产业链,其中光芯片是核心器件。在垂直一体化的时代,国外厂商垄断低速模块、低速芯片、高速模块和高速芯片市场,国内少有企业能与之竞争。而随着国内企业在光芯片领域的技术突破,国内光器件厂商在全球产业链各环节逐渐占据一定的份额并发力高端领域。本文主要介绍了国内光芯片领域的发展现状并对未来光芯片市场进行展望。

  我国是通信大国,在全球光通信市场具有重要地位,可是国内光器件发展却不尽如人意,在光芯片领域始终未能突破技术门槛,特别是高端光芯片,还在严重依赖进口。

  光芯片在光通信设备中拥有举足轻重的地位

  光芯片根据收发功能可分为激光器芯片和探测器芯片。其中,激光器芯片技术门槛高,是光器件中的核心元器件,处于光通信领域的金字塔塔尖。从三大光芯片应用场景DFB/EML/VCSEL 的高端激光器芯片生产企业来看(表1),国外光器件厂商特别是美国和日本光器件厂商仍然占据市场主导。

表1 全球光芯片主要生产企业

表1 全球光芯片主要生产企业

(数据来源:电子产品世界网)

  光通信设备成本中光模块占60%-80%左右,而在低速率的光模块中,光芯片的成本占比仅为30%,而在25Gb/s以上的高速率光模块中,其成本占了60%以上。光器件是光通信行业的核心竞争力,加之5G时代的到来,数据通信市场对4*25G光模块的需求不断增长,而其中的25Gb/s高速光芯片是未来光芯片的重要产品。

  国内低速光芯片取得突破,国外向高端光芯片转移

  目前在全球前十名光芯片生产厂商中,美国和日本占据了9个席位,中国仅光迅科技一家入围。而随着国产芯片份额不断增长,低速光芯片的利润空间已经很小,国外厂商凭借资本与技术优势开始向高端光芯片专转移,剥离芯片封装等毛利率低的业务。国内厂商则凭借成本优势致力于中低端市场,逐渐实现从中低端产品的封装到中低端产品的垂直一体化。而在高速光模块市场仅有部分企业取得了技术突破,但仍然未能实现量产。整体来看如表2所示,美日厂商凭借核心技术占据全球高端光器件市场,国内厂商则稳固低端市场开始并向高端芯片市场发起进攻。

表2 国内外主要光器件公司光芯片研发能力

表2 国内外主要光器件公司光芯片研发能力

(数据来源:公司公告,Ovum)

  目前国内生产光芯片的企业仅30余家,其中光迅科技、海信、华为、烽火通信等少数厂商可以生产中高端芯片,但总体供货有限,市场占比不足1%,高端芯片仍然依赖于进口。10Gb/s以及以下速率光芯片国产率能够达到80%以上,可是25Gb/s以及以上速率光芯片却未能突破,高端芯片领域仍然处于国外垄断的局面。

表3 中国光通信芯片行业主要企业

表3 中国光通信芯片行业主要企业

(资料来源:通信产业网)

  不过国内已经有多家企业和科研院所率先布局光电芯片领域,并取得了一定的成果。烽火科技旗下子公司光迅科技推出120G CXP模块和100G QSFP28SR4模块,这是在国内首次实现100G速率光模块的芯片国产化。此外海信、华工科技等都在耕耘高端光电芯片市场。

  武汉邮电科学院在光器件领域深耕多年,具有深厚的技术储备。华为海思早在2013年,通过收购比利时硅光子公司Caliopa,加入芯片战场,后来又收购了英国光子集成公司CIP,目前该公司已经掌握100G光模块技术,准备进一步攻克难关,实现量产。

  VCSEL激光器芯片切入消费电子市场,开启新一轮增长

  VCSEL激光器为垂直共振腔表面放射激光器,随着VCSEL激光系统在iPhone 8手机的应用,VCSEL激光器芯片也将迎来新一轮高增长。全球每年生产约近10亿部智能手机,如果手机厂商都以安装垂直共振激光器的手机量产,那么激光器芯片的出货量就可达到20-30亿的市场规模。BCC Research公司认为,全球VCSEL的总规模已接近8亿美元,预计到2020年该值会增长到21亿美元。

  目前,在移动端设计VCSEL芯片的公司全球仅有几家,例如:Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon、Ⅱ-Ⅵ等美国科技公司,而国内光迅科技有VCSEL商业化产品推出,在消费电子领域,国内还未有能量产的企业。

  但在国内的科研领域,中科院的长春光机所在VCSEL的研究处于世界前沿地位。吉林大学、北京邮电大学、华中科技大学、中科院半导体所等高校及科研院所均对VCSEL开展了不同层次的研究。加快产研结合,帮助国内企业攻克技术难关,达到量产要求是国内科研机构亟需解决的问题。相信中国企业未来一定能在VCSEL激光器芯片领域弯道超车,赶上消费电子市场这一大蛋糕。

  结语

  全球光器件产业已经完成了中低端器件和模块向国内转移的过程,目前我国正处于高端器件和模块国产化率快速提升期。国外光器件厂商虽然通过外延并购继续占据高端光芯片市场主导地位,但随着国内厂商在高端芯片领域的突破,下游光模块市场份额的扩大,以及VCSEL激光器芯片的弯道超车,国内光器件市场有望进一步完成全产业链国产替代。

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