400G光模塊能否走出類似100G的成長邏輯

  通訊運營商(無線接入+有線傳輸網(wǎng))和數(shù)通(數(shù)據(jù)中心)是光模塊兩大重要市場，2020年上半年除了預(yù)期內(nèi)的運營商市場5G建設(shè)帶動前中回傳需求，北美云資本開支回升帶動數(shù)通市場回暖外，超預(yù)期的是疫情帶來的數(shù)通市場景氣度進(jìn)一步上升?，F(xiàn)在時點展望2021年，5G+數(shù)通的需求增長能否持續(xù)?2020年400G模塊廠不同程度地實現(xiàn)了小規(guī)模放量，那么接下來400G能否走出類似100G的成長邏輯呢?

  1、5G+數(shù)通的需求增長能否持續(xù)?

  (1)5G：2021年能否增長存在不確定性

  2020年國內(nèi)5G規(guī)模建設(shè)啟動，運營商資本開支同比增長12%;其中5G投資達(dá)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(jù)我們年度策略預(yù)測，以及三大運營商基站招標(biāo)統(tǒng)計，預(yù)計全年建設(shè)54~63萬5G基站，無線側(cè)帶來光模塊市場增量約45~60億元。

  展望2021年，5G新建基站數(shù)量是否同比增長存在不確定性。原因有三：1、預(yù)計至20年底，三大運營商已有的約67~76萬5G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(shè)任務(wù)。

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

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

  (2)數(shù)通：云廠商資本開支已處于短期高位，疫情邊際影響減弱

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

  雖然數(shù)通光模塊市場伴隨著端口速率提升+光互聯(lián)向更小方向滲透(服務(wù)器間->板間->片間)，市場長期呈現(xiàn)更多成長性，但避免不了短期3~5年的周期性波動。

  2、400G能否走出類似100G的成長邏輯?

  (1)500m~2km為數(shù)通市場需求主力

  光模塊的主力需求在500m~2km，長期約占整體需求量超過60%，主要面對交換機互聯(lián)場景。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期需求空間不足25%。

  (2)現(xiàn)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(diào)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模塊廠不同程度地實現(xiàn)了小規(guī)模放量。

  (3)芯片問題成為關(guān)鍵

  目前400G核心問題不在于電芯片，而在于光芯片。100G時代，25G DFB芯片價格低、產(chǎn)量大，可滿足500m~ 2km主力需求，帶動了光模塊需求量快速上升。而400G時代，由于DFB芯片難有較好的PAM4中長距調(diào)制效果，同時高速EML芯片價格高企產(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成長邏輯需要等待新的高性價比光調(diào)制芯片出現(xiàn)(較大概率是薄膜鈮酸鋰調(diào)制芯片)。

  3、光芯片未來技術(shù)路徑

  (1)磷化銦

  作為重要的三五族化合物半導(dǎo)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，在光子、射頻領(lǐng)域有很好的應(yīng)用優(yōu)勢。隨著數(shù)通市場對更高速度的數(shù)據(jù)傳輸需求，InP技術(shù)正從傳統(tǒng)運營商市場向數(shù)通市場邁進(jìn)。基于InP的半導(dǎo)體激光器主要有DFB、EML。其中DFB可實現(xiàn)25G速率，中長距離及以下傳輸(10km);EML可實現(xiàn)50G速率，長距離及以下傳輸(80km)，同時由于EML具備較好的信號質(zhì)量，可實現(xiàn)PAM4等調(diào)制進(jìn)一步放大傳輸帶寬，目前已有通過PAM4實現(xiàn)100G單通道EML芯片。由于溫控問題，uncooled EML成為數(shù)通市場較好選擇，可以實現(xiàn)500m~2km產(chǎn)品覆蓋。但EML主要問題在于產(chǎn)量有限，價格高企。

  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，無法預(yù)知產(chǎn)品良率，產(chǎn)品好壞無法測試，僅在使用后才可得知，這給國產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)模應(yīng)用帶來很大困難。

  (2)硅光

  硅光是實現(xiàn)光電集成的較好方向，且大尺寸高質(zhì)量的硅晶圓帶來了絕佳的成本優(yōu)勢。但由于硅基插入損耗高、存在溫漂問題，同時封裝復(fù)雜度高，目前僅在2km以下市場得以應(yīng)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)有過這樣一段對鈮酸鋰的評價：“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(yīng)用有鈮酸鋰體器件。薄膜鈮酸鋰加工成芯片，是未來光調(diào)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。

  未來隨著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，同時由于其高速率、高信號質(zhì)量、低插損等特點，將在數(shù)通光模塊市場和運營商設(shè)備領(lǐng)域有廣闊前景。

  總之，從未來中短期來看，光模塊下游市場中，5G建設(shè)市場增長面臨下降風(fēng)險，數(shù)通市場受疫情正面影響的邊際變化已減弱，光模塊市場未來1~2年需求增長存在不確定性，其中400G產(chǎn)品大規(guī)模放量需要相應(yīng)芯片獲得突破。未來光芯片的三條技術(shù)路線上，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，是未來光調(diào)制芯片發(fā)展的重要方向。