硅光即硅基光電子,是以硅和硅基為襯底材料(如SiGe/Si、SOI等),并利用CMOS工藝對(duì)光電子器件進(jìn)行開發(fā)和集成的新技術(shù)。
算力時(shí)代,數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模的穩(wěn)定增長(zhǎng),直接推動(dòng)底層光模組向集成化、低成本、低能耗方向發(fā)展,硅光模塊因高集成度、高傳輸速率和較大成本下降潛力三大優(yōu)勢(shì),迎來了重要發(fā)展機(jī)遇。
為了幫助對(duì)硅光技術(shù)感興趣的行業(yè)人士深入淺出的了解硅光芯片行業(yè)的發(fā)展演進(jìn)及國內(nèi)外硅光產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn),集微咨詢重磅發(fā)布《全球硅光芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)化研究報(bào)告》(以下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》)。
《報(bào)告》共分七個(gè)章節(jié),通過將硅光子產(chǎn)品拆解為硅光器件、硅光芯片、硅光模塊三個(gè)層次,從技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展驅(qū)動(dòng)力、產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀幾個(gè)角度進(jìn)行分析,全景化展示了產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r、熱點(diǎn)趨勢(shì)與未來演變。
首先,《報(bào)告》介紹了光模塊行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。目前光模塊市場(chǎng)規(guī)模最大的場(chǎng)景是數(shù)據(jù)中心,800G光模塊已進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入驗(yàn)證和批量出貨狀態(tài),1.6T產(chǎn)品也已實(shí)現(xiàn)研發(fā)突破。其中,傳統(tǒng)光模塊占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo),硅基材料的硅光模塊逐漸進(jìn)入市場(chǎng)開始商用化。
傳統(tǒng)光模塊將III-V族半導(dǎo)體芯片、高速電路硅芯片、被動(dòng)光學(xué)組件及光纖封裝到一起,主要成本來自III-V族光芯片和系統(tǒng)封裝。III-V族InP/GaAs等材質(zhì)的光芯片在25Gbps時(shí)的傳輸速率時(shí)已趨于傳輸極限,直接限制了光通信系統(tǒng)的傳輸效率。相比來看,硅光模塊可突破傳統(tǒng)單通道光芯片的傳輸瓶頸,在未來高速傳輸時(shí)代具有較大優(yōu)勢(shì)。相較傳統(tǒng)分立光模塊,硅光模塊還擁有成本低、功耗低、兼容CMOS工藝、集成度高的優(yōu)勢(shì)。
《報(bào)告》還回顧了硅光子技術(shù)的發(fā)展歷程。從1969年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出集成光學(xué)開始,到21世紀(jì),Intel等企業(yè)開始進(jìn)入硅光領(lǐng)域協(xié)助突破發(fā)展,硅光子技術(shù)開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破階段。2008年后,Luxtera、Intel等公司開始推出商用硅光集成產(chǎn)品,硅光芯片開始正式進(jìn)入市場(chǎng)化階段。
硅光技術(shù)的發(fā)展整體可分為四個(gè)階段。第一階段,通過硅基材料制造光通信的底層器件,逐步取代光分立器件;第二階段,集成技術(shù)從混合集成逐漸向單片集成發(fā)展,將各類器件通過不同組合實(shí)現(xiàn)不同功能的單片集成,這也是目前硅光子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀;未來,第三階段,預(yù)計(jì)將通過光電一體技術(shù)融合,實(shí)現(xiàn)光電全集成融合;第四階段,器件分解為多個(gè)硅單元排列組合,矩陣化表征類,通過編程自定義全功能,實(shí)現(xiàn)可編程芯片。
從硅光器件、硅光芯片到硅光模塊,硅光子產(chǎn)品可分為三個(gè)層次。
其中,硅光模塊主要由硅光器件、驅(qū)動(dòng)電路和光接口組成。硅光模塊按功能可分為接收模塊,發(fā)送模塊,收發(fā)一體模塊等類型。相較傳統(tǒng)光模塊,具有傳輸速率大、集成度高、傳輸損耗低等優(yōu)勢(shì),在通信互聯(lián)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來,硅光模塊市場(chǎng)前景廣闊。
《報(bào)告》從多組數(shù)據(jù)給出了對(duì)硅光行業(yè)的市場(chǎng)分析。預(yù)計(jì)硅光芯片全球市場(chǎng)規(guī)模將從2021年的1.52億美元增長(zhǎng)至2027年的9.7億美元,復(fù)合增長(zhǎng)率約為36%。增長(zhǎng)最快的應(yīng)用領(lǐng)域是共封裝引擎和光互聯(lián),2021-2027年復(fù)合增長(zhǎng)率分別為302%、259%。
2016至2025年全球硅光模塊市場(chǎng)規(guī)模將從2.02億美元增長(zhǎng)至37.28億美元,復(fù)合增長(zhǎng)率約為38%。其中200G和400G硅光模塊復(fù)合增長(zhǎng)率約為96%。
目前400G硅光模塊的商用還存在一定的遲滯。在未來800G等更高速率的光模塊,硅光技術(shù)將具有更大的優(yōu)勢(shì)。
整體來看,硅光技術(shù)最主要的應(yīng)用是收發(fā)器,用于長(zhǎng)距離傳輸和數(shù)據(jù)中心。同時(shí),受到光收發(fā)器的研發(fā)驅(qū)動(dòng),硅光技術(shù)在5G收發(fā)器、光纖陀螺、免疫分析、消費(fèi)者健康等場(chǎng)景的應(yīng)用也開始受到市場(chǎng)關(guān)注。
用于數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)和共封裝光學(xué)產(chǎn)品正處于開發(fā)階段,預(yù)計(jì)CPO(共封裝光學(xué))將在2025年后在HPC場(chǎng)景得到應(yīng)用。隨著產(chǎn)業(yè)鏈分工垂直化和硅光技術(shù)的發(fā)展,硅光技術(shù)在激光雷達(dá)、生物傳感、光子計(jì)算等領(lǐng)域也會(huì)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的突破和落地。
《報(bào)告》還從上、中、下游對(duì)硅光產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了詳細(xì)分析。與電芯片相似,硅光芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上游為晶圓、設(shè)備材料、EDA軟件等企業(yè);中游可分為硅光設(shè)計(jì)、制造、模塊集成三個(gè)環(huán)節(jié),其中部分公司如Intel、ST等為IDM企業(yè),可實(shí)現(xiàn)從硅光芯片設(shè)計(jì)、制造到模塊集成的全流程;下游則主要包括通信設(shè)備市場(chǎng)、電信市場(chǎng)和數(shù)通市場(chǎng)(數(shù)據(jù)中心通信市場(chǎng))。隨著硅光市場(chǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,傳統(tǒng)光模塊廠商也在通過自研/并購切入硅光設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
從設(shè)計(jì)、制造、封裝以及硅光器件來看,硅光技術(shù)整體仍有較大提升空間,產(chǎn)品性能及成熟度有待提升,同時(shí)下游客戶驗(yàn)證也需要時(shí)間。因此硅光產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司還需找準(zhǔn)定位,進(jìn)行模式突破。
《報(bào)告》還分析了全球硅光行業(yè)的主要參與企業(yè),對(duì)國內(nèi)外硅光產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了對(duì)比,并分析了國內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)遇。
目前,國際公司在技術(shù)和市場(chǎng)上擁有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。英特爾以58%的市場(chǎng)份額占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位,思科作為市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者也在通過收購Lightwire、Luxtera及Acacia等公司積極布局硅光領(lǐng)域。
國內(nèi)企業(yè)如中際旭創(chuàng)、新易盛、亨通光電等。目前正積極推動(dòng)硅光產(chǎn)品的研發(fā),并積極與外部合作(如亨通與Rockley),但硅光產(chǎn)品的批量生產(chǎn)和市場(chǎng)突破仍需進(jìn)一步努力。
從產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)分領(lǐng)域來看,上游的硅光設(shè)計(jì)軟件基本被國外壟斷,國內(nèi)廠商主要在研究和商業(yè)化探索階段,與國外相比成熟度仍存在差距;制造環(huán)節(jié)來看,硅光不需要成熟制程,因此國內(nèi)有希望與國外齊頭并進(jìn);在封測(cè)環(huán)節(jié),國內(nèi)封測(cè)有機(jī)會(huì)占據(jù)主導(dǎo)位置。
集微咨詢(JW Insights)認(rèn)為由于硅光芯片技術(shù)壁壘較高,研發(fā)周期長(zhǎng),企業(yè)需提前布局,積累足夠的技術(shù)儲(chǔ)備,并提前布局商用落地業(yè)務(wù)線,才能在行業(yè)需求放量時(shí)占有一席之地并進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模。另外,下游公司對(duì)硅光芯片依賴度較大,使得越來越多的光模塊公司開始進(jìn)入硅光芯片領(lǐng)域,通過收購等方式加速硅光技術(shù)及產(chǎn)品布局,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)垂直整合。
《報(bào)告》分析指出,整體來看,國內(nèi)硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇難得,除硅光設(shè)計(jì)軟件存在較大差距,其他從設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)都有機(jī)會(huì)和國外齊頭并進(jìn)。我國擁有全球最大的光通信市場(chǎng),但國產(chǎn)光通信器件占比較低,光模塊芯片的國產(chǎn)化備受關(guān)注。目前,我國光模塊公司正通過并購/自研加快布局上游芯片領(lǐng)域,提高自給率。
《全球硅光芯片行業(yè)產(chǎn)業(yè)化研究報(bào)告》已在愛集微官網(wǎng)與APP正式上線,歡迎登錄愛集微官網(wǎng)、愛集微APP,首頁點(diǎn)擊“集微報(bào)告”欄目,即可進(jìn)行訂購。