光通信行业(硅光)产业格局与市场情况分析课件.pptx
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1、目录目录第一章第一章:技术技术端看端看硅光:硅光:下下一代一代技术技术跃升的跃升的关关键键第二章第二章:需求需求端看端看硅光:硅光:数数通电通电信双信双向提振向提振第三章第三章:产业产业格局格局逐步形逐步形成成,市,市场空场空间加速间加速向向上上 第四章第四章:玩家玩家相继相继入场,入场,前前瞻卡瞻卡位位5 5G G优势优势第五章第五章:建议建议关注关注的标的的标的第第六六章章:风风险险提提示示1光通信发展核心驱动力技术迭代产品创新需求带动光通信发展脉络光纤波分复用分立器件光芯片/模块硅光光通信发展趋势高速体积小成本低未来能够抓住硅光机遇的光模光模块块/芯片芯片/器件公司器件公司,值得重点关注
2、。图图1:能够能够抓抓住硅住硅光光机遇机遇的的光光模模块块/芯芯片片/器器件公件公司司值得值得重重点关注点关注资料来源:东吴证券研究所整理核心观核心观点点:硅:硅光是光是下一代下一代技技术跃术跃升的升的关键,关键,是是光模块光模块/芯芯片片/器件公器件公司司公司公司突突围的关键围的关键技术技术跃升跃升的的关键关键功耗低2第一章:技术端看硅光:下一代技术跃升的关键第一章:技术端看硅光:下一代技术跃升的关键3图图2:光通光通信信发展发展进进程程光通信的 开端古代烽火狼烟1880贝尔用光波作 载波传话音1951医用玻璃纤维1966提出玻璃可以制成 衰减为20dB/Km的 通信光导纤维1970制出20
3、dB/Km 的光纤80年代初单模光纤和量 子阱激光器问 世85-90年代初单模光纤作为通 道、单模激光器 作为发射器21世 纪DWDM与DFB的商业化光通信的雏 形,利用光 进行最直接 的传播。光电话损耗仍高达1000dB/Km限制:限制:过量的金属 离子和其他杂质,包层分界面不均匀 及其所引起的折射 率不均匀。降低光降低光纤纤损耗损耗 是可行是可行的的,光 纤通信系统的 实际研究条件 得以具备探索光通信传输媒介衰耗、造价而 无果蓬勃发展期高性能、高品质、高速率的光 模块将成为主流1.1 回溯回溯光通信光通信发发展史展史,更高效更高效率率、更、更低低成本是成本是追追求的求的目标目标资料来源:电
4、子发烧友、OFWEEK等,东吴证券研究所4光模块发展方 向提高光模块的 性能单通道速率B单通道速率最大化空分复用X M波分复用X N极化复用X 2光域光域技术技术光纤资源比较丰丰富富的情况下适用光纤资源比较紧紧 张张的情况下适用电域电域技术技术调制方式X P速率提升功耗降低体积缩小集 成度提升成本降低400G/800G 以及硅以及硅光技术是发展重光技术是发展重点。点。现阶段100G 光模块的芯片(实际用的是 25G 光芯片)产能扩产能扩充充、模、模 块封装块封装良良率提升率提升是主 要方向。未来1.2 400G以以及硅及硅光光技术技术是是发展发展重点重点图图3:400G 以以及硅及硅光光技术是
5、技术是发发展重点展重点通过光/电域复用提高速率资料来源:2018-2023年中国光模块行业盈利现状与投资趋势研5 究报告、电子发烧友等,东吴证券研究所整理1.3 硅光硅光子技术子技术简介简介资料来源:电子说,东吴证券研究所电 端 A光调节器光调节器电电 信信 号号光探测器光探测器电电 信信 号号波分复波分复 用相关用相关 器件器件解复用解复用 耦合相耦合相 关器件关器件光光 信信 号号光光 信信 号号光探测器光探测器电电 信信 号号光调节器光调节器光光 信信 号号电电 信信 号号电 端 B波分复波分复 用相关用相关 器件器件解复用解复用光光耦合相耦合相信信关器关器件件号号光源光源光源光源光发送
6、集成芯片光接受集成芯片光纤/波导器光纤/波导器Intel实验室通过混合硅激光器技术的集成激光器,首次实现了基于硅光子的数据连接。硅光子技术是一种基于硅光子学 的低成本、高速的光通信技术。基于硅基衬底材料,利用CMOS工艺,结合微电子为代表的集成电路及光子技术,用激光束 代替电子信息传输数据。图图4:400G 以以及硅及硅光光技术是技术是发发展重点展重点61.4硅硅光子系统展光子系统展示示硅光子架构主要由硅基激光器、硅基光电集成芯片、主动光学组件和光纤封装完成,使用该技术的芯片中,电流从计算核电流从计算核 心流出,到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光心流出,到转换模块通过
7、光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤纤,到另一块芯片后再转换为电信,到另一块芯片后再转换为电信号号。图图5:5:硅光子产品分为三个层次:硅光器件、硅光芯片、硅光模块硅光子产品分为三个层次:硅光器件、硅光芯片、硅光模块资料来源:21世纪电源网,东吴证券研究所71.5硅硅光技术是延光技术是延续续摩尔摩尔定定律的律的发发展方向展方向之一之一近年来,不断缩小的芯片尺寸存在物理极限,漏电流增加、散热问题大等问题难以解决,因此进入“后摩尔定律”时代。硅光技术是延续摩尔定律的发展方向之一,通过硅光集成,用光代替电进行信息传输,将大大降低集成电路的成本。图图6:6:各领域科学家及产业分析师们预测到
8、了摩尔定律的失效,硅光有望延续又一个摩尔定律各领域科学家及产业分析师们预测到了摩尔定律的失效,硅光有望延续又一个摩尔定律资料来源:Intel、华尔街日报等,东吴证券研究所摩尔定律当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔 18-24个月便增加一倍,性能 也将提升一倍。失效预测“建立在摩尔定律之上”的Intel公司采用新型晶体管逐 渐取代传统半导体晶体管,宣 布“摩尔定律”已经进入“大 叔”级别。微电子互联局限性:散热困难,泄漏电流硅光方案硅光方案81.6 选择选择硅基的硅基的优势优势摩尔定律的困境,使集成光电子将有望逐渐取代微电子。而选择硅基的原因在于其小、快、便宜的优势,与CMOS传
9、统工艺 兼容性好、光学损耗低。硅光结合了微电子为代表的集成电路超大规模、超高精度的优势,以及光子技术超高速率、超低功耗的优点。图图7 7:基于硅基衬底材料,利用基于硅基衬底材料,利用C M O S 工 艺工 艺资料来源:传感器技术,东吴证券研究所统一、可批量化 生产的公益平台硅集成光电子技术取代集成 微电子的条件硅光优势微电子集成电路:超大规模、超高精度光子技术:超高速率、超低功耗CMOS:集成性高、高速率、功耗低硅集成优势折射率大,集成密度高可直接使用微电子CMOS工艺可同时集成光器件及微电子器件价格低9第二章:需求端看硅光:数通电信双向提振第二章:需求端看硅光:数通电信双向提振102.1
10、流量流量暴增对暴增对数数据传据传输输提出挑提出挑战战,促,促生生数通硅数通硅光光需需求求近年流量暴增,对于超量数据传输提出挑战5X传输体量(数据中心内)数据中心的带宽增长对光模块性能有更强需求 更大带宽更大带宽+更远距离更远距离+更快速率更快速率 100G400G800G1.6T然而摩尔定律的失效,促生了硅光需求 更小、更快速的光模块Intel指出,全球90%的数据是近两年产生的。参考中国产业网数据,预期全球流量将持续激增,CAGR达23%。因此,数据中心带宽增加将会对光模块性能产生更高需求,考虑到摩尔定律失效限制,硅光需求将引起广泛关注。图图8 8:流量激涨促生硅光需求,硅光为数据中心带来更
11、大带宽、更远距离、更快速率优势流量激涨促生硅光需求,硅光为数据中心带来更大带宽、更远距离、更快速率优势(EB)资料来源:中国产业网、Intel等,东吴证券研究所112.2 5G性性能提升要能提升要求求刺激刺激电电信级信级硅硅光需光需求求未来5G时代,传统光模块方案可能面临瓶颈,对于硅光子技术的需求将大量增长。图图9 9:5G 基 站 及 应 用 场 景 对 于 光 模 块 数 量 和 质 量 均 提 出 更 高 要基 站 及 应 用 场 景 对 于 光 模 块 数 量 和 质 量 均 提 出 更 高 要 求求,硅光作为更好的解决方案前景无量,硅光作为更好的解决方案前景无量资料来源:Intel,
12、东吴证券研究所5G需求增量需求增量5G MassiveMIMO及三级架构演变CU/DU+RRU5G需求升级需求升级超大带宽传输、低时延、可靠性、能耗及费用需求传统铜电路面临传输瓶颈 产生硅产生硅光需求光需求122.3 硅光硅光弥补传弥补传统统光模光模块块需求瓶需求瓶颈颈现今对于光模块的性能要求大幅提升,如仍应用传统光模块将十分昂贵,且难以快速响应海量需求,硅光高密度集成度高 优点突出。图图1010:硅光光模块高密度,大规模集成,更好地填补传统光模块的需求瓶颈硅光光模块高密度,大规模集成,更好地填补传统光模块的需求瓶颈资料来源:Intel,东吴证券研究所满足高速远距离传输的传统光模块将十分昂贵
13、且难以响应现今超大数据中心布局的海量需求132.4 国产国产替代需替代需求求旺旺盛盛,硅光具硅光具有有重要重要国国家安全家安全战战略价略价值值中国光模块及芯片国产化率较低,在高端产品上缺口大。此外,芯片作为光通信器件核心,也一直是中国制造的短板。然而数字化信息化大背景下,硅光技术及芯片具有重要国家安全战略价值,被给予相当政策扶持力度。图图1111:目前光模块高端产品国产化率缺口大,但具有重要国家安全战略价值,政策大力扶持:目前光模块高端产品国产化率缺口大,但具有重要国家安全战略价值,政策大力扶持资料来源:中国产业信息网,东吴证券研究所2017年中国光模块及芯片国产化国产化率率仍较低仍较低 且无
14、法跟无法跟上高上高端端光模光模块,块,尤其芯尤其芯片片需求需求政策具体措施中国光电子器 件产业技术发展 路线图(2018-2022年)工信部于2017年底正式发布,加快 建设制造强国、网络强国、数字中 国,通过新一代信息技术产业助推 形成新动能,针对光电子器件产业 发展现状和趋势,制定发展路线。中国制造2025掌握新型计算、高速互联、先进存 储、体系化安全保障等核心技术,全面突破第五代移动通信(5G)技 术、核心路由交换技术、超高速大 容量智能光传输技术、“未来网 络”核心技术和体系架构,积极推 动量子计算、神经网络等发展。142.5 硅光硅光性能超性能超越越传统传统光光模块,模块,每每3年年
15、提提升升8倍倍2015年,Intel首次验证硅光电子器件性能超越同类传统光电子器件。根据Intel的硅光子产业发展规划,产业已进入快速发展期,到2019年,硅光子技术在每秒峰值速度、能耗、成本方面分别 提升8倍、降低85%、降低84%。图图1212:Intel技术规划显示硅光子行业每技术规划显示硅光子行业每3年性能提升年性能提升8倍,性能超越传统光模块倍,性能超越传统光模块资料来源:Intel、21世纪电源网等,东吴证券研究所硅光子 技术每秒峰值速度8X能耗85%成本84%15数据中心相干5G承载高性能计算传感100G:硅光PSM4 方案可大幅节约 器件和组装成本;400G及以上速及以上速率率
16、:在器件尺寸、集 成规模和成本方 面具有优势。硅光方案的优势:相干调相干调制制以及以及合合分分 波器件波器件的的高度高度集集成成 化化,芯片尺寸较小,芯片成芯片成本本和封和封装装成成 本较低。本较低。但在功耗和性能上 整体优势并不明显。硅在片间/片上光互 连大有可为。生化传感:硅光 传感器处于研究 与初步商用阶 段。2.6 硅光硅光应用场应用场景景多多样样图图13:硅光硅光应用场景多样应用场景多样资料来源:中国信通院,东吴证券研究所 前传:硅光调制器+直流大功率激光器技 术在9095 高温极 端环境中存在用武之 地。中回传:城域短距应 用和量大的特点将有 助于推动相关的硅光 技术获得更大应用空
17、 间。162.7 数据数据中心将中心将是是硅光硅光光光模块的模块的主主要应要应用用场场景景目前全球硅光子领域投入大量的研发,但是目前市场上仍只有少量的硅光子产品问世,未来互联网公司将作为主角,为未来新一代数据中心开发具有成本效益的光子技术,目标是实现1美元/Gb。据据YoleYole预测,到预测,到20252025年硅光子市场规模将超年硅光子市场规模将超1313亿美元,其中将超过亿美元,其中将超过9 90 0%来自于数据中心应用。来自于数据中心应用。图图14:硅光子技术在数据中心领域的发展路线图资料来源:麦姆斯咨询,东吴证券研究所17在500米数据中心互联的100G QSFP28 PSM4 光
18、模块产品市场,硅光混合集成方案份额超过传统分立器件方案已达到硅光混合集成方案份额超过传统分立器件方案已达到近近80%。但由于合分波温漂及耦合效率的问题,100G CWDM4硅光方案仍存挑战。80%20%2.8 100G PSM4已经已经成成熟熟,100G CWDM4硅硅光光方方案仍存案仍存挑战挑战30%70%图图15:500m 100G QSFP28 PSM4 光模块硅光方案占比超过80%硅光混合集成方案其他资料来源:中国信通院,东吴证券研究所图图16:Intel500m数据中心互联的100G CWDM4产品获得Facebook的份额 由于合分波温漂及耦 合效率的问题,需求 占比更大的2kmC
19、WDM4 产品仍存较大挑战。暂无云服务商采用硅 光方案。英特尔其他资料来源:中国信通院,东吴证券研究所182.9 400G将将是硅是硅光光子的子的主主战战场场 硅光有望在400G中等距离取得突破。硅光具有低功耗、高集成特点,规模商业化有望显著降低成本。Intel首先突破了硅基调制器,推出PSM4、CWDM4硅光模块,良率仍待提升,未来有望在400G中等距离规模应用。图图17:光光模块模块出出货情况货情况资料来源:ovum,东吴证券研究所图图18:400G 光光模模块有块有望望在在2020年突破年突破资料来源:Intel,东吴证券研究所192.10 5G前前传为传为硅硅光子光子另另一机一机缘缘资
20、料来源:yole,东吴证券研究所 5G前传是硅光子技术的又一机缘。根据Yole预测,硅光子在数据中心以外的应用逐年提升。英特尔也已针对5G前传发布具有扩展工作温度范围的100G收发器,这款用于5G的产品是一款CWDM4QSFP28稀疏波分复用(CWDM)、四通道小型可插拔收发器,支持在-40-85摄氏度的工作温度范围内通过单模光纤实现10km链路。图图19:硅硅光分光分应应用场用场景景市场市场预预测测图图20:Intel硅硅光光100G C W D M 4 QSFP28光模光模块块(可(可扩扩展温展温度度)资料来源:Intel,东吴证券研究所20第三章:产业格局逐步形成,市场空间加速向上第三章
21、:产业格局逐步形成,市场空间加速向上213.1 全球全球硅光子硅光子技技术经术经历历50年年发发展历展历程程技术探索技术探索(1960年年2000年)年)技术突破技术突破(20200 00 0年年2 20 00808年)年)集成应用集成应用(2008 年至今)年至今)1969年美国贝尔实验室的S.E.Miller首次提出集成光学概念1972年S.Somekh和A.Yarive 提出了在同一半导体衬底上 同时集成光器件和电器件的 设想。1991 年成立了“美国光电 子产业振兴会”(OIDA)1980 年日本成立了光产业技术振兴协会(OITDA)21世纪后,以Intel为首 的企业与学术机构开始
22、重点发展硅芯片光学信 号传输技术。为了发展光电子集成电 路(OEIC),欧洲发起 了几大项目,如:PICMOS 项目、WADIMOS项目、HELIOS 项目等2008后,以Luxtera/Intel 和IBM为代表的的公司不断 推出商用级硅光子集成产 品。2014 年美国建立了“国家 光子计划”产业联盟2010 年,日本开始实施尖 端研究开发资助计划(FIRST)欧盟开始了SEQUOIA项目、IRIS 项目、PLAT4M项目硅光子技术最早 1969 年由贝尔实验室提出,50 年来大体经历了技术探索、技术突破、集成应用三个阶段。期间内,欧美一批传统集成电路和光电巨头通过并购迅速进入硅光子领域抢占
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