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《新潮电子》

2018年03期

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ISSN 1007-077X(国际统一连续出版物号)

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把握困境中的机遇

中国光通信器件产业解析

文/ admin
前言 在2016年和2017年,EF连续报道过中国光通信器件产业的一些状况,当时我们的基调是“不容乐观”。而在2017年年底,一直步履艰难的中国光通信器件产业终于受到了国家相关机构的重视。在2017年12月29日,针对光电子器件产业发展现状和趋势,工业和信息化部电子信息司委托相关行业协会,并组织骨干企业、研究机构、大专院校、行业专家等共同编制了《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》正式发布。这份报告囊括了光通信器件、光纤光缆、特种光纤、光传感器件、光照明器件、光显示器件六大类别,我们单谈光通信器件。作为光通信产业链不可或缺的一环,光通信器件是整个光通信网络的“心脏”,地位十分重要;同时,由于种种原因,中国光通信器件产业严重落后于光系统设备和光纤光缆产业的发展水平,成为打造健壮光通信产业链、建设网络强国的一大隐患。

要客观正视差距

报告介绍,光通信器件按照其物理形态的不同,可分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统这四大类。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,约为65%。不仅规模占据重要位置,光收发模块的性能也主导着光通信网络的升级换代,在接入端、传输端等不同细分市场上,均发挥着至关重要的作用。近十年来,我国的光通信产业取得了迅猛发展和骄人成绩,国产光通信设备厂家在全球光通信设备市场份额中占据第一的位置。但是光通信器件产业与国际领先水平还有较大差距,目前国内核心的光通信芯片及器件仍然严重依赖于进口,高端光通信芯片与器件的国产化率不超过10%大而不强的问题突出。根据咨询机构以及行业供给情况给出的光收发模块、光芯片、电芯片国产化率测算数据,10Gb/s速率的光芯片国产化率接近50%25Gb/s及以上速率的国产化率远远低于10Gb/s速率,国内供应商可以提供少量的25Gb/s PIN器件/APD器件外,25Gb/s DFB激光器芯片刚刚完成研发。25Gb/s速率模块使用电芯片基本依赖进口。

 

从产品技术分析,国外的竞争对手在高端光通信器件方面都具备了相关产品的开发和生产能力,国内光电子企业目前还处在追赶阶段,与国外竞争对手有着较大的差距。当前全球光通信行业的高端器件产品几乎全部由美国、日本厂商主导,且出现供不应求的局面,而国内基本属于空白,或者处于研发阶段。从核心芯片能力分析,国内企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探测器、调制器芯片,以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计、封测能力,整体水平与国际标杆企业还有较大差距,尤其是高端芯片能力比美日发达国家落后一代以上。

 

而且必须要承认,我国光电子芯片流片加工严重依赖美国、新加坡、加拿大、德国、荷兰以及中国台湾等国家和地区,使得我国在国家各级研发计划支持下发展的关键技术大量流失。由于缺乏完整、稳定的光电子芯片、器件加工工艺平台以及工艺人才队伍,国内还难以形成完备的标准化光通信器件研发体系,导致芯片研发周期长、效率低,造成我国光通信器件技术与国外差距逐渐扩大。

 

要坚信机遇

中国光通信器件产业与全球存在巨大差距的原因,主要有四个。其一,国内光通信器件厂家主要集中在中低端市场,以组装代工为主,产品附加值不高,同质化严重,激烈的价格竞争使得厂家更加注重短期盈利,无法获取大量资金用于长期研发投资;同时,国内以价格为导向的集采招标模式,设备、纤缆企业为了抢占份额展开低价恶性竞争,并且价格压力传导至上游器件环节,整个产业链盈利艰难,也直接制约新技术研发。这也导致了高端光通信芯片基本被国外厂家垄断。其二,国外厂家通过收购与兼并等方式,不断进行产业链拓展,成功地完成技术与业务转型,使其产品覆盖光器件、光模块领域的几乎所有环节,从无源到有源,从芯片到模块,把握产业链条的每一个环节,牢牢占据产业链的高端。中国光通信器件产业整体起步晚,在诸多方面存在欠缺。其三,在光通信器件与模块的国际标准制定中,一直以来很少见到中国厂家的身影,国内标准普遍参照国际标准执行。这导致了国内厂家话语权的缺失,使得标准和行业发展以众多国外大企业的意志为走向,对国内厂家十分不利。其四,光通信器件产业发展严重依赖于先进测试仪表、制造装备等基础性行业能力。国内仪表装备厂商基本从事低端设备的开发,精度高、自动化程度高的设备大都严重依赖进口,光通信器件厂家固定资产投资负担过重。

 

以上种种原因,导致绝大多数中国光通信器件厂家选择短视,且顾当下,看重短期利益,难以积累核心技术。目前,光设备和光纤光缆产业已经呈现寡头竞争的局面,光通信器件产业正朝这一趋势发展,如不能够发展出整体竞争力,中国光通信器件产业前途堪忧。

 

换句话说,光器件作为光通信乃至整个信息基础网络的“心脏”,毫无疑问具有很高的技术含量。但不意味着光器件厂商具有很强的技术实力。这话很绕,原因在于,光器件大致分为芯片开发、器件封装、模块组装三个环节,中国大多数光器件厂商都不具备芯片研发能力,主要是采购器件做组装,凭借较低的人力成本,其特点就是“性价比高”。光器件是技术密集型和劳动密集型相结合的产业,中国相对低廉的高素质人力成本,赋予了巨大的竞争优势,尤其是整个市场规模一直处于增长状态,对厂商来说总能找到市场机会。甚至从低速率到如今的100G高速率光模块依然在使用,只是威力出现递减。

 

过去的2017年是一个转折点。从规模来说,去年增长出现了停滞,尤其是中国市场,三大运营商缩减资本开支“拖累”了全球整体增长,10G PON这样的“爆款”产品商用不及预期;LTE基站建设进入尾声,对基站互连光模块需求大幅下滑。全球范围内看,前15大运营商有14家的资本开支下降。

 

所以EF可以预见,在2018年的市场增长主要是由互联网公司驱动,GoogleFacebook、亚马逊等互联网公司云数据中心建设带来了对40G/100G中高端模块的大量需求,弥补了电信市场的下滑。当然了,互联网公司采购也强调性价比,某些时候甚至更加苛刻。问题是,只有性价比,如何穿透电信市场,去把握互联网的机遇?只有性价比,如何能够赢得互联网巨头的欢心?亚马逊要自建光器件工厂,理由就是供应商AOI不能满足其100G光模块需求。

 

光器件的市场需求增长不会长时期停滞,据分析明年就能够复苏。但不论是电信市场,还是互联网市场,焦点肯定是中高端光器件,竞争十分激烈——光器件的门槛,真的很低。如果没有强大的底层技术,很难在这个市场分到一杯羹。最近,光纤大厂亨通宣布成立硅光子子公司,对传统光器件厂商来说,就是很大的威胁。虽然是“新手”,亨通光电至少有合作伙伴稳定的芯片供应,还有更加丰富的客户资源。

 

光器件市场谈了多年的“洗牌”,至今也没有很大的动静。但“洗牌”的压力一直存在,全球TOP10的厂商,利润率普遍不高,不少在亏损边缘挣扎,最近业界就探讨了Finisar收购Oclaro的可能性,而Oclaro本身就是一家不断并购、始终不挣钱的光器件巨头。展望今后,“价格战”会一直存在,“性价比”依然是市场竞争大杀器;但只有性价比、只会打价格战的厂商,在这个增长的市场,发展空间会越来越窄。

 

Finisar获得苹果3.9亿美元预付款用于扩建VCSEL工厂增加产能,用于苹果手机的一个新功能。未来还会有更多手机厂商提出类似需求,这几乎就是天上掉馅饼。试问,有几家中国光器件厂商完全掌握了VCSEL技术?

 

任重道远倍加努力

光器件厂商现在不仅是运营商客户,互联网公司建设数据中心的需求,带来了对光模块的大量需求,已经成长为和电信同一量级的市场。这是新增的市场空间,能够把握机遇的光器件厂商,前景依然十分美好。所以,前文提到的报告中,针对中国光通信器件产业发展困境,提出了结构调整目标:产品由低端走向高端、技术由组装走向核心芯片、市场从国内走向国际,以及培育龙头领军企业和新兴中小企业,推动上下游产业链互联互通。基于以上目标,要搭建产业技术协作与创新平台,构建长效的创新发展机制:有效整合国内外各类创新资源,建立联合开发、优势互补、成果共享、风险共担的协同创新机制,开展产业前沿技术研究与共性关键技术研发等。加强核心有源激光器、硅基光电子芯片及上游关键材料等设计、制造工艺平台建设与工艺人才培养;突破高密高速等集成封装与测试工艺,实现高端产品产业化;完善技术标准、知识产权体系建设。

 

毫无疑问,5G将带来海量的光模块需求。5G频段分布更高,基站密度更大,基站互连、传输需要的光模块必然会远超LTE时代。EF之前采访过一个深圳的通讯展,中国移动研究院专家李晗博士讲5G承载,会场被光模块厂商人士围得里三层外三层。按照李晗说法,光器件占设备总体成本7成以上,需要大幅降低成本。只有通过技术创新才能做到“大幅降低”,把握5G需求先机。而更加明确的一个“钱景”在于,中国数据中心建设正在起飞。目前,数据中心集中在北美市场,北美几大互联网巨头几乎垄断了全球数据流量。中国则是一个例外,十几亿人口、高速增长的数据流量需求,使得数据中心建设方兴未艾,对中国光器件厂商来说,未来将是与电信同等数量级的新增市场,需要提前在产品、技术层面做好布局。

 

因此EF认为,光通信器件产业发展方向明确,本身不会出现大的战略误判。根本困难在于,中国产业技术基础过于薄弱,高强度的研发投资存在很大风险,预期回报率偏低,限制了资本的冲动。但是,掌握光通信器件的核心技术,要站在更高的角度去看待其价值,作为建设网络强国的重要一环,国家应该在政策层面予以扶持。例如,随着硅光子等光子集成技术的未来明晰,美国由政府出面,在20157月投资6.1亿美元,成立集成光子学创新机构AIM Photonics聚合产官学资源,打造标准化的集成光子平台,方便技术扩散。此举体现了美国政府长远的战略眼光,但是中国风雨不动安如山,并没有类似计划。报告针对几十种主要光通信器件产品提出了具体市场目标。例如到2022年,实现400G速率以下产品所用核心光电芯片50%的国产化,市场占有率提升到70%1T+速率光收发模块产品实现市场突破。

 

后记

总之,目标较为激进。要全部或部分实现这样的目标,整个产业任重而道远。当然,我们不能苛求厂商们追求技术创新,毕竟在这个没有国家政策扶持的市场,生存和发展才是第一要务。但在整个光通信产业链中,光器件产业无疑“拖了后腿”。俗话说,“一流的企业做标准,二流的企业做技术,三流的企业做产品”,中国的光器件厂商,2017年前大多还处在从三流到二流的层面,在“网络强国”的理念下,亟待跟上整个产业链的发展步伐。光器件是偏向于基础研究的产业,尤其高端光芯片的研发,需要长期的持续性投资。我们希望,以三大驱动力为契机,中国光器件产业从过往零散的技术研发,逐步转变成整体的技术创新,加速向高端迈进,补齐整个光通信产业链。所以EF认为,中国光器件产业,也已经走到了“从量变到质变”的时间节点。

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