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光模塊處于光通信行業(yè)的中游環(huán)節(jié)，是光設(shè)備與光纖連接的核心器件。
受益于5G和數(shù)據(jù)中心雙引擎驅(qū)動以及海外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求的恢復(fù)，光模塊行業(yè)景氣度近年來重回上升通道。
據(jù)Yole預(yù)測，2025年，數(shù)通及電信市場光模塊規(guī)模合計達178億美元，較2019年年復(fù)合增長率15%。數(shù)通、電信光模塊市場規(guī)模將分別增至121億美元、56億美元，較2019年年復(fù)合增長20%、7%，數(shù)通市場為光模塊發(fā)展主要驅(qū)動力。
2019-2023年，數(shù)通商采購光模塊金額實現(xiàn)年復(fù)合增長率約為20%，成為未來光模塊市場增長的主要驅(qū)動力。
光模塊是光通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。
它是一種以激光作為載體，以光纖作為傳輸媒介的有源光器件，核心功能是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。目前，傳統(tǒng)光模塊主要采用III-V族半導(dǎo)體芯片、高速電路硅芯片、光學(xué)組件等器件封裝而成，本質(zhì)上屬于“電互聯(lián)”。而隨著晶體管加工尺寸的逐漸縮小，電互聯(lián)將逐漸面臨傳輸瓶頸，硅光技術(shù)應(yīng)運而生。
硅光子技術(shù)是基于硅和硅基襯底材料(如SiGe/Si、SOI等)，利用現(xiàn)有CMOS工藝進行光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)。其核心理念是“以光代電”，即采用激光束代替電子信號傳輸數(shù)據(jù)，將光學(xué)器件與電子元件整合至一個獨立的微芯片中。硅光具有低功耗、高集成和高速率的特點，是后摩爾時代的關(guān)鍵技術(shù)選擇。當(dāng)前雖然硅光方案的模塊無法完全取代傳統(tǒng)方案，但供應(yīng)份額勢必大幅提升，相應(yīng)市場規(guī)?？善?，且給了新進入者一定的彎道超車機會。
當(dāng)前光模塊成本高昂已成為阻礙光通信發(fā)展的關(guān)鍵問題。
在100G短距CWDM4和100G中長距相干光模塊中，硅光成本優(yōu)勢不大。而在400G以上速率的場景中，傳統(tǒng)DML和EML成本較高，硅光模塊存在較好的機會，成本優(yōu)勢明顯。目前，硅光產(chǎn)品最主要的應(yīng)用依然是數(shù)據(jù)中心，100G數(shù)通硅光光模塊方案已經(jīng)成熟進入穩(wěn)步出貨階段，400G開始從2020年的小批量進入到2021年的大批量，硅光模塊彈性可期。根據(jù)Intel的硅光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，硅光模塊產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入快速發(fā)展期，2022年，硅光子技術(shù)在每秒峰值速度、能耗、成本方面將全面超越傳統(tǒng)光模塊。市場研究公司LightCounting數(shù)據(jù)顯示，硅光技術(shù)改變光器件行業(yè)的轉(zhuǎn)折點已到來，2025年硅光模塊的市場規(guī)模將接接近60億美元，份額將從2018-2019年的14%增長到2025年的45%，未來5年，該市場將實現(xiàn)兩位數(shù)增長。
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與傳統(tǒng)模塊產(chǎn)業(yè)鏈對比光模塊產(chǎn)業(yè)鏈存在上下游的資源壁壘，解決上游芯片供應(yīng)與取得下游大客戶訂單是贏得競爭的關(guān)鍵。傳統(tǒng)光模塊產(chǎn)業(yè)鏈主要由光電芯片-光器件-光模塊-數(shù)據(jù)交換設(shè)備廠商四個環(huán)節(jié)。上游為光芯片及無源光器件，下游需求的兩大來源是數(shù)通市場和電信市場。傳統(tǒng)光模塊采用分立式結(jié)構(gòu)，光器件部件多，封裝工序復(fù)雜且需要較多人工成本。相對傳統(tǒng)的分立式器件，硅光模塊將多路激光器，調(diào)制器和多路探測器等光/電芯片都集成在硅光芯片上，體積大幅減小，有效降低材料成本、芯片成本、封裝成本，同時也能有效控制功耗。傳統(tǒng)光模塊產(chǎn)業(yè)鏈：硅光光模塊與傳統(tǒng)光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的主要區(qū)別在于光芯片部分，其是高度集成的單芯片，而不是傳統(tǒng)的分離多器件的組合。其余產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)大致相同，不過硅光模塊的高度集成會減少部分配套器件的使用，這一趨勢在后續(xù)“On-Board”封裝方案中體現(xiàn)將更明顯。
硅光模塊芯片
光模塊尤其是高速光模塊在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本中占比達到50%～60%,光模塊的選擇和成本將直接影響網(wǎng)絡(luò)總體建設(shè)成本，光模塊成本高昂已成為阻礙光通信發(fā)展的關(guān)鍵問題。而在光模塊成本中，40%為光芯片成本，其中20%左右是激光器成本，若激光器成本節(jié)約3/4，可降低15%的整體成本，同時降低部分人工和組件成本，若在100G短距PSM4中，引入硅光技術(shù)，調(diào)制器和無源光路可高度集成，可使用1個25G激光器實現(xiàn)4路獨立信號的調(diào)制和傳輸，顯著節(jié)約芯片成本。就芯片環(huán)節(jié)看，分為晶圓制造、設(shè)計、代工、封裝測試等環(huán)節(jié)，基本可復(fù)用電子集成電路產(chǎn)業(yè)鏈。硅光芯片內(nèi)的功能部件主要通過光子介質(zhì)傳輸信息，連接速度更快，因此更適合數(shù)據(jù)中心和中長距離相干通信等應(yīng)用場景。關(guān)于硅芯片上的光源主要有兩種主流的方案，通過外置激光器導(dǎo)入光源（Luxtera）和通過激光器粘合在硅芯片上（Intel），兩種方案均已有成熟商用產(chǎn)品。其中在400G光模塊場景中，Intel在成功推出100G光模塊的基礎(chǔ)上，繼續(xù)使用在硅晶圓上粘合InP光源的方式推出了400GQSFP-DDDR4光模塊。我國在光模塊產(chǎn)業(yè)鏈中，上游核心芯片和器件一直比較弱，尤其是25Gb/s以上的高速高端芯片領(lǐng)域國產(chǎn)化率極低。
在目前的硅光技術(shù)中，依然呈現(xiàn)出這種態(tài)勢，國產(chǎn)廠商更多依靠封裝能力與歐美芯片廠商合作，來切入產(chǎn)業(yè)鏈，后期通過技術(shù)積累提升自研芯片技術(shù)是重要發(fā)展方向。
硅光模塊市場格局
硅光領(lǐng)域前景廣闊，傳統(tǒng)通信設(shè)備巨頭及相關(guān)行業(yè)有競爭力的企業(yè)紛紛入場布局。
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