400G光模塊能否走出類(lèi)似100G的成長(cháng)邏輯

  通訊運營(yíng)商(無(wú)線(xiàn)接入+有線(xiàn)傳輸網(wǎng))和數通(數據中心)是光模塊兩大重要市場(chǎng)，2020年上半年除了預期內的運營(yíng)商市場(chǎng)5G建設帶動(dòng)前中回傳需求，北美云資本開(kāi)支回升帶動(dòng)數通市場(chǎng)回暖外，超預期的是疫情帶來(lái)的數通市場(chǎng)景氣度進(jìn)一步上升?，F在時(shí)點(diǎn)展望2021年，5G+數通的需求增長(cháng)能否持續?2020年400G模塊廠(chǎng)不同程度地實(shí)現了小規模放量，那么接下來(lái)400G能否走出類(lèi)似100G的成長(cháng)邏輯呢?

  1、5G+數通的需求增長(cháng)能否持續?

  (1)5G：2021年能否增長(cháng)存在不確定性

  2020年國內5G規模建設啟動(dòng)，運營(yíng)商資本開(kāi)支同比增長(cháng)12%;其中5G投資達1803億元，由于4G投資的大幅下降，給5G提供較大資金空間。根據我們年度策略預測，以及三大運營(yíng)商基站招標統計，預計全年建設54~63萬(wàn)5G基站，無(wú)線(xiàn)側帶來(lái)光模塊市場(chǎng)增量約45~60億元。

  展望2021年，5G新建基站數量是否同比增長(cháng)存在不確定性。原因有三：1、預計至20年底，三大運營(yíng)商已有的約67~76萬(wàn)5G基站，已經(jīng)可覆蓋全國主要地級市。相比較于4G的廣覆蓋任務(wù)，5G作為高附加值網(wǎng)絡(luò )，已經(jīng)初步完成建設任務(wù)。

  2、三大運營(yíng)商+廣電，將繼續深化共建共享。共建共享給運營(yíng)商每年節省大量資本開(kāi)支，共建共享帶來(lái)格局更加集中進(jìn)一步增強了對于上游產(chǎn)業(yè)鏈議價(jià)能力。此外，700MHz頻段的利用，有望進(jìn)一步降低運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )的部署成本。

  3、2020年底，產(chǎn)業(yè)鏈將面臨進(jìn)一步降價(jià)壓力，上游環(huán)節面臨盈利進(jìn)一步被擠壓的風(fēng)險。

  (2)數通：云廠(chǎng)商資本開(kāi)支已處于短期高位，疫情邊際影響減弱

  市場(chǎng)關(guān)注到北美云服務(wù)商資本開(kāi)支持續攀升，但沒(méi)有注意到資本開(kāi)支已處于相對高位。從20Q2北美第一大云服務(wù)商亞馬遜的資本開(kāi)支與其云服務(wù)營(yíng)收比可見(jiàn)，短期資本投入已處于相對較高位置。

  雖然數通光模塊市場(chǎng)伴隨著(zhù)端口速率提升+光互聯(lián)向更小方向滲透(服務(wù)器間->板間->片間)，市場(chǎng)長(cháng)期呈現更多成長(cháng)性，但避免不了短期3~5年的周期性波動(dòng)。

  2、400G能否走出類(lèi)似100G的成長(cháng)邏輯?

  (1)500m~2km為數通市場(chǎng)需求主力

  光模塊的主力需求在500m~2km，長(cháng)期約占整體需求量超過(guò)60%，主要面對交換機互聯(lián)場(chǎng)景。而目前階段放量的產(chǎn)品主要集中在300m以下，該距離需求占整體長(cháng)期需求空間不足25%。

  (2)現有400G出貨集中在短距

  由于VCSEL芯片成本低、產(chǎn)量大，且短距離的PAM4調制可行，因此400G的AOC、SR8及SR4.2模塊相對成本壓力不高，2020年400G模塊廠(chǎng)不同程度地實(shí)現了小規模放量。

  (3)芯片問(wèn)題成為關(guān)鍵

  目前400G核心問(wèn)題不在于電芯片，而在于光芯片。100G時(shí)代，25G DFB芯片價(jià)格低、產(chǎn)量大，可滿(mǎn)足500m~ 2km主力需求，帶動(dòng)了光模塊需求量快速上升。而400G時(shí)代，由于DFB芯片難有較好的PAM4中長(cháng)距調制效果，同時(shí)高速EML芯片價(jià)格高企產(chǎn)量有限，因此放量的產(chǎn)品僅為短距離的VCSEL產(chǎn)品。400G產(chǎn)品走出100G成長(cháng)邏輯需要等待新的高性?xún)r(jià)比光調制芯片出現(較大概率是薄膜鈮酸鋰調制芯片)。

  3、光芯片未來(lái)技術(shù)路徑

  (1)磷化銦

  作為重要的三五族化合物半導體之一，磷化銦(InP)具有電子遷移率高、耐輻射性能好、禁帶寬度大等優(yōu)點(diǎn)，在光子、射頻領(lǐng)域有很好的應用優(yōu)勢。隨著(zhù)數通市場(chǎng)對更高速度的數據傳輸需求，InP技術(shù)正從傳統運營(yíng)商市場(chǎng)向數通市場(chǎng)邁進(jìn)?；贗nP的半導體激光器主要有DFB、EML。其中DFB可實(shí)現25G速率，中長(cháng)距離及以下傳輸(10km);EML可實(shí)現50G速率，長(cháng)距離及以下傳輸(80km)，同時(shí)由于EML具備較好的信號質(zhì)量，可實(shí)現PAM4等調制進(jìn)一步放大傳輸帶寬，目前已有通過(guò)PAM4實(shí)現100G單通道EML芯片。由于溫控問(wèn)題，uncooled EML成為數通市場(chǎng)較好選擇，可以實(shí)現500m~2km產(chǎn)品覆蓋。但EML主要問(wèn)題在于產(chǎn)量有限，價(jià)格高企。

  目前國產(chǎn)25G EML仍待突破，處于少量驗證階段。EML難度在于在未大量出貨之前，無(wú)法預知產(chǎn)品良率，產(chǎn)品好壞無(wú)法測試，僅在使用后才可得知，這給國產(chǎn)產(chǎn)品規模應用帶來(lái)很大困難。

  (2)硅光

  硅光是實(shí)現光電集成的較好方向，且大尺寸高質(zhì)量的硅晶圓帶來(lái)了絕佳的成本優(yōu)勢。但由于硅基插入損耗高、存在溫漂問(wèn)題，同時(shí)封裝復雜度高，目前僅在2km以下市場(chǎng)得以應用，而在短距300m以下，VCSEL具備較大優(yōu)勢。目前硅光芯片所需的成熟鍺硅工藝仍需依靠美國代工，產(chǎn)業(yè)鏈上可控程度較低。

  (3)鈮酸鋰

  在美國國防部的一項關(guān)于鈮酸鋰的報告中曾經(jīng)有過(guò)這樣一段對鈮酸鋰的評價(jià)：“如果電子革命的中心是以使其成為可能的硅材料命名的，那么光子學(xué)革命的發(fā)源地則很可能就是以鈮酸鋰命名了?！?

  鈮酸鋰材料具備良好的光學(xué)特性，在通信界并不陌生，早在骨干網(wǎng)中應用有鈮酸鋰體器件。薄膜鈮酸鋰加工成芯片，是未來(lái)光調制芯片3db光口帶寬突破60GHz瓶頸的重要方向。但是由于鈮酸鋰材料加工難度大，制造工藝為其核心，量產(chǎn)技術(shù)仍需提升。

  未來(lái)隨著(zhù)薄膜鈮酸鋰制造工藝逐步成熟，鈮酸鋰薄膜芯片體積有望小型化至1~2mm，同時(shí)由于其高速率、高信號質(zhì)量、低插損等特點(diǎn)，將在數通光模塊市場(chǎng)和運營(yíng)商設備領(lǐng)域有廣闊前景。

  總之，從未來(lái)中短期來(lái)看，光模塊下游市場(chǎng)中，5G建設市場(chǎng)增長(cháng)面臨下降風(fēng)險，數通市場(chǎng)受疫情正面影響的邊際變化已減弱，光模塊市場(chǎng)未來(lái)1~2年需求增長(cháng)存在不確定性，其中400G產(chǎn)品大規模放量需要相應芯片獲得突破。未來(lái)光芯片的三條技術(shù)路線(xiàn)上，硅光具備板間/芯片間的光電集成優(yōu)勢，而通信傳輸上300m以下VCSEL具備成本優(yōu)勢，500m及以上薄膜鈮酸鋰芯片具備極大優(yōu)勢，是未來(lái)光調制芯片發(fā)展的重要方向。