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光通信设备:光通信是以光信号为信息载体,以光纤作为传输介质,通过电光转换,以光信号进行传输信息的系统。

光通信设备

时间:2023-11-29 热度:61 题材:380
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光通信是以光信号为信息载体,以光纤作为传输介质,通过电光转换,以光信号进行传输信息的系统。

题材基本面介绍:

光通信是以光信号为信息载体,以光纤作为传输介质,通过电光转换,以光信号进行传输信息的系统。

光通信系统传输信号过程中,发射端通过激光器芯片进行电光转换,将电信号转换为光信号,经过光纤传输至接收端,接收端通过探测器芯片进行光电转换,将光信号转换为电信号。

光通信产业链由光芯片、光器件、光模块、光设备构成。

光芯片是实现光信号和电信号之间相互转换的半导体芯片,包括激光器芯片、探测器芯片和调制器芯片;

光器件是由光芯片、透镜等光学元件、金属件、器件外壳等集成的组件,按照是否需要外加能源驱动工作和是否进行光电转换,分为有源器件和无源器件;

光模块分为光收发模块、光放大器模块、动态可调模块、性能监控模块等。其中有源光收发模块的产值在光通信器件中占据最大份额达65%。

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从全球市场竞争力上看,光设备领域,中国企业已成长为产业引领者,如华为、中兴、烽火;

光器件领域,中国厂商主要集中在中低端产品,依靠封装优势在中低端市场已形成较强影响力,在高端有源器件、光模块方面提升空间大;

光电芯片领域,高端光芯片与配套集成电路芯片依旧是行业瓶颈,依赖海外国家,国产化率不超过10%,中国光电子企业正处于追赶阶段。

光芯片:光模块的核心器件

光芯片是光模块的核心器件,成本占比随光模块速率的提升而上升。光芯片的性能与传输速率直接决定光通信系统的传输效率,是光模块的核心器件。据统计测算,光芯片在低端、中端、高端模块的成本占比分别约为30%、50%、70%,随着光模块速率的提升,光芯片在光模块的成本占比提升。

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光芯片的市场格局:

光芯片是光通信和光模块的重要组成部分,行业正处于加速发展阶段。随着光通信行业的发展和应用场景的变化,光模块和光芯片都在加速发展。

光芯片市场预测:

高速率光芯片市场快速增长,预计至2025年达43.4亿美元。全球流量快速增长、各场景对带宽的需求不断提升,带动高速率模块器件市场的快速发展,在高速传输需求不断提升的背景下,25G及以上高速率光芯片市场快速增长。

据Omdia预测,从2019年至2025年,25G以上速率光模块所使用的光芯片占比逐渐扩大,整体市场空间将从13.6亿美元增长至43.4亿美元,年复合增长率达21.4%。

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光器件:光模块的重要组成部分

光器件是光模块的重要组成部分,在成本中占比37%,主要包括TOSA(光发射次模块)、ROSA(光接收次模块)及构成TOSA、ROSA的组件,如TO、波分复用器、TO座、TO帽、隔离器、透镜、滤光片等配套件。

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光器件市场格局

(1)完全竞争市场,产品种类多,市场份额分散,各部件产品性能与需求不同

光器件市场呈现充分竞争格局,各类器件种类繁多,生产厂商多,行业的市场化程度高。各厂商在各自擅长的领域发挥优势,形成其在某类产品上特有的竞争优势。从需求的角度看,TOSA器件销售规模较高,占比约50%,其次为ROSA,占比约30%。预计未来仍以TOSA、ROSA产品为主要构成,结构件类产品附加值随技术升级而相应提升。

(2)中国光器件在核心技术和高端产品方面与国际先进水平仍有差距

发达国家在1975年后逐步形成光器件产业,中国相比国外起步约晚5年。20世纪70年代中旬,中国有源光器件及无源光器件研究活动萌芽,由于国家光纤通信发展初期科研和工程的需要,中国在光器件领域的研究和生产起步不算晚,但相关工业基础薄弱,科研投入不够及体制机制等方面原因,中国光器件在核心技术和高端产品方面与国际先进水平仍有差距。

(3)目前中低端产能向中国转移

中国厂商主要集中在中低端产品的研发、制造上,受益于中国工程师红利,在中低端市场上中国厂商具有价格优势,形成规模化生产优势,占据主导地位。

产品方面,中国的无源光器件产品竞争力比较强,而有源光器件产品还需要进一步提升。

(4)目前半导体激光器产业化水平是薄弱环节

激光器存在多种分类方式,较为常见的分类依据有增益介质、运转方式、输出波长、泵浦方式等。按增益介质划分,气体激光器中具有代表性的是CO₂气体激光器,固体激光器中具有代表性的是宝石激光器、YAG激光器、光纤激光器及半导体激光器等。其中半导体激光器产业化水平是薄弱环节,高端激光器芯片几乎全部依赖进口,相应的材料工艺、制造工艺平台能力与工艺人才的储备都是限制快速创新的瓶颈,是下一步要大力推进的方向。随着全球智能化发展,半导体激光器市场规模有望继续保持稳定增长。

光器件市场分析

中国光器件市场销售规模增速略高于全球市场,预计至2023年达298亿元。受益于全球云厂商资本开支的提升与中国5G网络建设的稳步推进,中国光器件市场进入新一轮的增长,增速略高于全球市场,据头豹研究院预测,至2023年中国光器件市场销售规模达298亿元,2018年至2023年年复合增长率达12.1%。

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光模块:实现光电转换的核心部件

光模块是光通信系统中完成光电转换的核心部件。光模块由光器件、功能电路和光接口等构成,其中光器件是光模块的关键元件,包括光发射组件(含激光器)、光接收组件(含光探测器),分别实现光模块在发射端将电信号转换成光信号,以及在接收端将光信号转换成电信号的功能。

光模块:通信设备间数据传输的载体,实现传输媒体的光电相互转化。在发射端,带有信息的电信号从发射通道的电接口输入,经过信号的整形和放大,驱动光发射组件内部芯片转换为光信号,耦合进光纤后进行光信号传输;在接收端,采集来的光信号输入模块后由光接收组件内部光探测二极管转换为电流信号,通过跨阻放大器后将此电流信号转换成电压信号,经限幅放大器放大后输出相应信息的电信号。

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交换芯片技术演进推动光模块更迭代升级。下游应用快速发展带动流量激增,网络带宽需求增加,推动以太网交换机和光学器件进步,交换芯片约每2年升级一次,交换芯片容量不断提升。交换机之间连接需要高端光模块来完成,交换芯片的技术演进推动光模块更新换代,一般交换芯片的推出到光模块新产品放量需要2-3年时间,交换芯片向大容量、高速率、低功耗方向发展,光模块随之迭代升级。

光模块市场格局

(1)全球市场相对分散,中国厂商快速崛起

全球光模块市场相对分散。光模块行业的国外主要企业包括Finisar(被II-VI收购)、Molex和AOI等;国内主要企业包括中际旭创、光迅科技、海信宽带、新易盛和华工正源等。据Yole统计2020年全球光模块市场格局,美国企业占据约45%的市场,中国企业占据约40%的市场,日本企业占据约8%的市场,市场竞争激烈,整体市场集中度较低,CR5为63%。

近10年中国光模块厂商快速崛起。中国高度重视光通信发展,凭借着不断增强的工艺、技术实力和人才队伍建设,中国光模块的知名度和竞争实力逐渐突出,与美国、日本龙头企业的发展差距在不断缩小。据LightCounting统计,自2010年至2021年,全球前十家光模块厂商中,中国企业从1家增长至6家,分别是旭创科技、华为、海信宽带、光迅科技、华工正源、新易盛,其中旭创科技(中际旭创)全球排名第一。

(2)产业持续整合,提升产品、技术竞争力

随着技术发展,光模块产业的研发与扩产门槛不断提高,通过收购等方式获得产业链各环节先进技术,集中度和规模竞争力优势不断提升,多家厂商进行了收并购,主要可分为三种类型:

1)横向整合,无源和有源合并,不同产品线之间的补充协同,形成更全的产品线;

2)纵向整合,设备厂商、集成商收购光器件厂商,形成完整的解决方案,减少核心光器件外购;

3)技术整合,引入硅光子等代表未来的先进技术,形成更强的竞争力。

光模块厂商核心竞争力

从产业链来看光模块上游主要是光芯片、集成电路芯片、结构件和PCB行业,下游客户主要是云厂商、通信系统设备商和通信运营商。

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产品迭代速度、前瞻技术布局、下游客户资源。光模块厂商的商业模式是自产或外购相关芯片与光器件进行封装,生产成光模块产品进行销售。其下游客户的供应商管理一般是认证制,通过下游客户的测试认证后,方可具备参与招标的资格,因此光模块厂商有较强的客户粘性,客户资源是光模块厂商获取订单的前提。下游应用快速发展推动流量激增,网络架构变革速度快,对上游光模块厂商的产品迭代能力提出较高要求,同时新技术的引入与成熟亦将带来产业格局变动,前瞻技术布局与积淀是光模块厂商长期竞争力。

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光模块市场分析

根据LightCounting测算数据,2022年全球光模块市场规模同比增长14%,预计2022-2027年全球光模块市场CAGR为10%,在2027年超过200亿美元。整体来看在光通讯市场蓬勃发展的背景下,光模块市场规模将稳步增长。按应用领域拆分后的数据,光模块市场占比最高的两块为以太网和WDM。在数据中心内部业务中主要用以太网来承载通用计算业务,而CWDM与DWDM都是目前解决日益增长的信息传输带宽容量的有效手段。而光互联预计将凭借有源光缆的发展在未来五年保持约10%的复合增速,亦为整体光模块市场贡献一定增量。

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