2022年光通信芯片行業(yè)市場現(xiàn)狀及未來前景分析

1、2022年光通信芯片行業(yè)市場現(xiàn)狀及未來前景分析光通信市場可分為接入、傳輸網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心，當(dāng)前三大市場均朝高景 氣領(lǐng)域切換。我們認(rèn)為，行業(yè)下游的高景氣，可以使在接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)中 心、傳輸骨干網(wǎng)芯片產(chǎn)品全面布局的仕佳光子持續(xù)受益。1. AWG 芯片：數(shù)通 200G/400G 升級，未來有望量價(jià)齊升AWG 芯片（陣列波導(dǎo)光柵）是廣泛應(yīng)用于骨干網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心合波、分 波的無源芯片（器件）。數(shù)據(jù)中心模塊市場 100G 向 200G/400G 升級， AWG 用量有望快速擴(kuò)張。數(shù)據(jù)中心市場，Lightcounting 預(yù)測全球前五 大云廠商 200G/400G 市場規(guī)模將實(shí)現(xiàn)快速增長，2022 年 200G

2、模塊市場 規(guī)模超過 6 億美元； 400G 模塊市場規(guī)模超過 10 億美元。AWG 芯片作 為合分波組件應(yīng)用到模塊中始于 2015 年，原有的模塊合分波方案為濾 波片+Z-block 方案或光纖陣列方案，雖然性能較好，但在數(shù)據(jù)中心商溫 級封裝、對準(zhǔn)、成本等方面存在劣勢。目前，公司作為全球可批量供應(yīng) 數(shù)據(jù)中心平面型 AWG 芯片主要供應(yīng)商，是少數(shù)已經(jīng)進(jìn)入 Intel、索爾思、 華工正源等主流數(shù)據(jù)中心模塊的供應(yīng)廠商，有望直接受益于高速率模塊 需求的高速增長。數(shù)據(jù)中心 CWDM4 傳輸技術(shù)早期主要為濾波片+Zblock 方案。隨著數(shù)據(jù) 中心傳輸速率不斷提高，對于傳輸距離大于 500 米的應(yīng)用場景，為

3、了節(jié) 約光纖成本，電信網(wǎng)中的 CWDM 技術(shù)被引入數(shù)據(jù)中心，通過波分復(fù)用/ 解復(fù)用器，在一根光纖中傳輸 1271nm、1291nm、1311nm、1331nm 四 個(gè)間隔 20nm 的波長。最早采用的 CWDM4 組件是基于薄膜濾波片 TFF 的 Z-block 技術(shù)。該方案的原理是將 TFF 濾波片分兩組粘貼在一個(gè)斜方 棱鏡上。實(shí)踐中，為了對齊光路，需要用到多個(gè)準(zhǔn)直器，而且光路對準(zhǔn) 直光束十分敏感，需要對每個(gè)準(zhǔn)直器獨(dú)立調(diào)節(jié)，組裝工藝較為復(fù)雜。圖：Z-Block+濾波片合分波原理示意圖AWG 因?yàn)闃O具性價(jià)比、尺寸、封裝優(yōu)勢有望成為主流高速模塊合分波 方案。2015 年起，為了簡化封裝工藝，以減

4、小尺寸和降低成本，人們延 續(xù)電信領(lǐng)域的應(yīng)用，開發(fā)了可用于數(shù)據(jù)中心的小尺寸 CWDM4 AWG 芯 片。AWG 是在電信網(wǎng)中早已成熟應(yīng)用且用于復(fù)用/解復(fù)用 DWDM 光信 號，信道間隔通常為200G或者100G（對應(yīng)波長間隔1.6nm或者0.8nm）， 應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心中，波長間隔增加至 20nm，技術(shù)難度降低了，但對成 本、尺寸的要求要更加嚴(yán)格。主要優(yōu)勢有三點(diǎn)。一是性價(jià)比。從成本角 度考慮，100G AWG均價(jià)約為87元（參考仕佳光子招股書），而200G AWG 并沒有 2 個(gè) 100G 的價(jià)格，而是在 100G 基礎(chǔ)上略有提升，因此從模塊 BOM 表的角度是極具性價(jià)比的。二是尺寸和封裝優(yōu)勢，目

5、前主流的 CWDM4 AWG 芯片，尺寸可以控制在 2mm10mm 以內(nèi)，適應(yīng)于更高 速率下更小 Form Factor 的需求，而濾波片和 Z-block 相對而言器件尺寸 較大。另外在光路對準(zhǔn)上，接收端 AWG 可以直接通過 90 度轉(zhuǎn)折入射光 探測器陣列，省去波導(dǎo)陣列與光線陣列的耦合，簡化組裝工藝，在數(shù)據(jù) 中心普遍采用 COB封裝的場景更具優(yōu)勢。三是適合大規(guī)模生產(chǎn)。AWG 芯片是 PLC 平面光路技術(shù)工藝的一種主要應(yīng)用，通過不同的襯底和波導(dǎo)材料使用半導(dǎo)體工藝如光刻、刻蝕、生長等形成晶圓后進(jìn)行切割，一個(gè) 6 寸的晶圓上可以做數(shù)百只 CWDM AWG 芯片，具備明顯規(guī)模效應(yīng)和成 本優(yōu)勢。應(yīng)用

6、趨勢上，AWG 在傳統(tǒng)模塊接收端站穩(wěn)陣腳，硅光模塊下應(yīng)用將更 加廣泛。結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，發(fā)射端，AWG 和濾波片方案都有應(yīng)用，而 由于濾波片在性能上更優(yōu)，且組裝上兩種方案的 TOSA生產(chǎn)流程沒有大 區(qū)別，因此早期濾波片方案更多。但數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需要結(jié)合到成本和性 能的衡量，由于 AWG 性能也大致滿足，且成本較低，在傳統(tǒng)方案中占 比有一定提升。接收端，AWG 方案具備極佳的成本優(yōu)勢和前述的封裝 優(yōu)勢。損耗高的缺點(diǎn)可以通過設(shè)置多模波導(dǎo)輸出來克服，因此已經(jīng)完全 符合接收端性能要求。另外，隨著硅光模塊趨勢出現(xiàn)，發(fā)射端一般實(shí)現(xiàn) MUX 的集成，而接收端采 AWG DeMux+探測器的形式已經(jīng)成為絕對主 流

7、，在可見的未來，AWG 在模塊中的應(yīng)用將更加廣泛。整體競爭格局良好，數(shù)據(jù)中心模塊領(lǐng)域仕佳光子身位領(lǐng)先。傳統(tǒng) DWDM 合分波場景的主要玩家有光迅科技、博創(chuàng)科技、仕佳光子等。由于光迅 (Ignis)、博創(chuàng)（原 Kaiam 英國 PLC 芯片）踏足該領(lǐng)域較早，仕佳光子在 該領(lǐng)域處于追趕地位。但在數(shù)據(jù)中心 AWG 應(yīng)用領(lǐng)域，仕佳光子是國內(nèi) 較早開發(fā)的主要供應(yīng)商，而且早期通過與 Intel 等主要數(shù)通模塊聯(lián)合開發(fā)， 通過推廣效應(yīng)逐漸進(jìn)入更多光模塊廠商認(rèn)證中，如 AOI、華工正源等。 目前看先發(fā)優(yōu)勢、認(rèn)證優(yōu)勢已經(jīng)十分明顯。該領(lǐng)域其他競爭對手還包括 天孚通信、共芯光子、安捷康光通、永鼎光電子等。數(shù)通 AW

8、G 空間測算：全球約 15 億元，2022 年增長較快。我們參考 LC 對 100G CWDM4、LWDM4、200G FR4、400G FR4/FR8 市場用量，并 考慮 100G CWDM4 收發(fā)端 MUX 和 DEMUX 大致每個(gè)模塊里面合分波 成本為 25 美金，測算下來全球市場空間約在 2.4 億美元，約合 15 億元。 實(shí)際上，100G LWDM、200G、400G 單價(jià)或?qū)⒏?，因此市場空間或?qū)?更大。公司作為數(shù)通模塊 AWG 主要供應(yīng)商，2021 年上半年報(bào)表可見 100G 逐 漸升級為 200G應(yīng)用浪潮，環(huán)比改善趨勢明顯。公司 2020 年 AWG 業(yè)務(wù) 營收規(guī)模超過1億，主

9、要為2018年100G AWG導(dǎo)入Intel等大客戶以來， 2019、2020 年開始逐漸放量。2021 年起，海外云廠商 200G/400G 模塊 快速增長，100G 模塊需求有所下滑，因此上半年 100G AWG 營收同比 有所下滑。但三季度以來，200G AWG 出貨量快速增長，帶動整體單季 度毛利率上升。我們預(yù)計(jì) 2022 年公司在 200G/400G AWG 業(yè)務(wù)帶動下， 利潤水平有望環(huán)比持續(xù)提升。2. DFB 激光器芯片：高毛利廣空間，國產(chǎn)替代下加快導(dǎo)入DFB 激光器是光模塊里重要的激光直調(diào)和發(fā)射元件。DFB 是應(yīng)用最為廣 泛的激光器，目前主要速率有 2.5G、10G、25G，廣泛

10、應(yīng)用在無線、固網(wǎng) 接入、城域傳輸?shù)阮I(lǐng)域。DFB 激光器毛利率較高，根據(jù)公司披露的 DFB 業(yè)務(wù)毛利率，可以達(dá)到 50%以上，且速率越高，襯底材料所占的成本將 越低，毛利率水平可達(dá)到 60%以上。高速率激光器芯片被海外壟斷，國產(chǎn)替代需求迫切。由于海外企業(yè)發(fā)展 較早，產(chǎn)業(yè)鏈完備，海外主流速率已經(jīng)達(dá)到 25G Baud，高端芯片如 56G Baud 或 100G PAM4 應(yīng)用只有海外少數(shù)廠商如 Lumentum、Broadcom、三 菱等可以提供，國內(nèi)水平 25G 基本可以自給，但更高端應(yīng)用場景的 50G EML 或 100G PAM4 應(yīng)用仍需突破。根據(jù) 2018-2022 年國家光電子路線發(fā)

11、展規(guī)劃，國內(nèi)需要重點(diǎn)突破的激光器速率類型提出國產(chǎn)化要求?？紤]到 國內(nèi)占光通信模塊全球產(chǎn)值 60%以上，高速率光芯片的突破迫在眉睫。光芯片市場 2025 年約 11 億美元，市場天花板還很高，增長是主旋律。 測量假設(shè)如下：1.中國光模塊市場采用 LC 預(yù)測；2.考慮模塊平均毛利率 為 25%；3.考慮光芯片平均成本占比 25%。測算得 2020 年 6.7 億美元迅 速增長到 2025 年 11 億美元,CAGR 將達(dá)到 17.4%。考慮目前國內(nèi)主流激 光器專業(yè)廠商收入僅 1-2 億元，國內(nèi)發(fā)展環(huán)境依然是發(fā)展大于競爭。圖：我國光芯片市場測算 2025 年達(dá)到 11 億美元光模塊芯片認(rèn)證屬于層次認(rèn)

12、證，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)需要下游模塊廠商在終端客戶 認(rèn)證通過。認(rèn)證的環(huán)節(jié)與產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)是相似的，光芯片廠商需要通過下 游模塊/OSA 廠商的認(rèn)證，模塊廠商將光芯片組裝成模塊后再交由下游 客戶如華為、中興的設(shè)備商進(jìn)行認(rèn)證。因此，在正常情況下，一款芯片 從認(rèn)證到量產(chǎn)需要較長的時(shí)間。公司 DFB 芯片進(jìn)展迅速，中低速率已經(jīng)批量出貨，高速率正在進(jìn)行驗(yàn) 證。具體認(rèn)證過程而言，一般存在兩個(gè)認(rèn)證：客戶認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證?？?戶認(rèn)證要求較為苛刻，需要全方位的老化、測試等多輪可靠性驗(yàn)證，一 般時(shí)間較長。產(chǎn)品認(rèn)證相對簡單，一般通過客戶認(rèn)證后即可進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn) 證，獲得供應(yīng)商代碼，時(shí)間相對較短。公司自 2015 年起便開始激光器 的研發(fā)

13、，目前 2.5G/10G DFB 芯片已經(jīng)通過客戶認(rèn)證和產(chǎn)品認(rèn)證，根據(jù) 客戶需求進(jìn)行出貨。而 25G、硅光用 CW DFB 芯片目前在客戶可靠性認(rèn) 證過程中。根據(jù)公司公告，2021 年 Q3 DFB 激光器出貨量和營收已經(jīng)超 過 2021 年上半年。我們認(rèn)為，隨著國內(nèi) 10G PON 領(lǐng)域持續(xù)建設(shè)，以及 國內(nèi) 5G 建設(shè)持續(xù)回暖，公司已通過驗(yàn)證的產(chǎn)品有望環(huán)比持續(xù)起量，帶 動公司毛利率進(jìn)一步增長。3. 光分路器芯片：細(xì)分賽道龍頭，受益全球?qū)拵ЫㄔO(shè)PLC 光分路器芯片可應(yīng)用于光纖到戶建設(shè)中，公司是該細(xì)分領(lǐng)域龍頭。 PLC 分路器在網(wǎng)絡(luò)中，可以將一根光纖中傳輸?shù)墓庑盘柊醇榷ǖ墓β时?例分給多個(gè)光纖，

14、或者進(jìn)行多個(gè)光纖耦合到一個(gè)光纖，實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)?耦合、分支、分配。公司目前銷售的 PLC 分路器相關(guān)產(chǎn)品有 PLC 芯片 晶圓、芯片、器件，在該領(lǐng)域業(yè)務(wù)開展已久。根據(jù) ElectroniCast 數(shù)據(jù)， 2017、2018 年全球 PLC 銷量分別為 3280、3348 萬只，公司兩年芯片出 貨量為 1488.74、1805.35 萬片，市占率超過 40%，全球市場占有率第一。接入側(cè)，全球?qū)拵ЫㄔO(shè)高景氣，帶動 PLC 分路器穩(wěn)步增長。目前，全 球?qū)拵ЫㄔO(shè)按區(qū)域分可為海外和國內(nèi)。海外如歐美在互聯(lián)網(wǎng)泡沫期間進(jìn) 行大規(guī)模寬帶建設(shè)，但當(dāng)前光纖入戶滲透率還比較低，2021 年我們觀察 主要?dú)W美發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體均有寬帶投入提速的計(jì)劃。而南美、東南亞等發(fā)展 中國家地區(qū)寬帶建設(shè)滲透率也在不斷提升，整體而言海外增速較快。國 內(nèi)光纖鋪設(shè)比較成熟，目前正從 FTTH 升級到 FTTR，即國內(nèi)的光纖到 房間，在房間內(nèi)，需要采用室內(nèi)分路