祥茂光電AAOI——號稱(chēng)高速光模塊“蘋(píng)果”

祥茂光電(公司全名:Applied Optoelectronics,簡(jiǎn)稱(chēng)AAOI)成立于1997年2月,2013年9月在納斯達克上市。公司總部位于美國德克薩斯州硅谷的非核心區域,是一家設計、研發(fā)和制造光通信垂直一體化光器件供應商,主要是光模塊制造,而非光芯片生產(chǎn)。目前公司擁有2776名員工,其中美國有287人、中國臺灣1218人以及中國大陸地區1271人。20170811-HIL-1目前,AAOI在美國的德克薩斯、中國的寧波和中國臺灣臺北市建有工廠(chǎng):美國工廠(chǎng)主要生產(chǎn)激光芯片(利用公司的MBE和MOCVD工藝)、光學(xué)組件、元器件等。公司激光設計團隊位于美國,公司的激光芯片僅在美國生產(chǎn)。臺灣工廠(chǎng)主要用于生產(chǎn)光學(xué)器件(例如蝴蝶激光器)以及用于數據中心等場(chǎng)景的光模塊。位于中國寧波的工廠(chǎng)主要利用人力成本優(yōu)勢生產(chǎn)勞動(dòng)密集型的光學(xué)產(chǎn)品例如光學(xué)組件(OSA)、用于CATV市場(chǎng)的發(fā)射器和室外設備等。20170811-HIL-5創(chuàng )始人林志祥是一位美籍華人,出生自臺灣臺南,出國后在美國教書(shū),隨后創(chuàng )立了AOI公司。早期客戶(hù)主要是美國的廣電運營(yíng)商,收入主要來(lái)自于為廣電運營(yíng)商的光節點(diǎn)設備(Cisco和Arris提供)提供低速光模塊。這種情況一直持續到2013年,相當于公司成立后的16年里,都在陪著(zhù)廣電運營(yíng)商苦苦度日,2013年收入才達到7840萬(wàn)美元,影響力全球排名前十開(kāi)外,股價(jià)一度跌至8美元。

據悉,AAOI公司有自己的垂直供應鏈體系。從光學(xué)激光芯片、光學(xué)組件、子系統設備到模塊封裝公司都可以自給自足,僅有原材料和小部分器件需要外部采購,在這種模式下公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短,對客戶(hù)的響應速度也得到提升,同時(shí)生產(chǎn)成本也得到有效降低。20170811-HIL-7此外,其工廠(chǎng)還具備特殊的半導體激光器生產(chǎn)工藝。在激光制造過(guò)程中融合了MBE和MOCVD兩種工藝,其中公司在MBE工藝上擁有專(zhuān)利權。MBE相比MOCVD在更低的溫度下,用固相材料替代氣態(tài)材料工藝用于晶圓生長(cháng),其效果可以提高激光器的使用壽命、提升效率并降低了工作時(shí)溫度。AAOI認為,這項生產(chǎn)工藝相比競爭對手是獨有的,且競爭對手很難在短時(shí)間復制模仿。

而從2016年底到8月初,AAOI抓住了數據中心光網(wǎng)絡(luò )換代升級的歷史機遇。短短12個(gè)月時(shí)間,如今,AAOI飛奔到排名全球前五,股價(jià)最高到達100美元,股價(jià)增長(cháng)超過(guò)10倍。主要是受益于網(wǎng)絡(luò )通信需求大爆炸,40G產(chǎn)品提前1季,100G產(chǎn)品提前1年,訂單需求快速成長(cháng),訂單塞滿(mǎn)整個(gè)工廠(chǎng),云端及數據中心占營(yíng)收55%,最大客戶(hù)有微軟(Microsoft)、亞馬遜(AWS),2016年兩家公司收入比重分別為54.6%、18.3%。AAOI有望在未來(lái)3年時(shí)間內成為全球數據中心市場(chǎng)光收發(fā)模塊第一大供應商,成為光通訊產(chǎn)業(yè)的“蘋(píng)果”。

數據中心新建和改造,高速光模塊急缺

數據中心的增長(cháng)對光通信模塊提出了更高的要求:首先得高速,從10G到現在的40G、100G,甚至以后的400G;其次,耗電要低,成本不能高,因為數據中心的最大成本來(lái)自電力使用,而各機架之間、同一機架上的不同機器,都需要密集部署光通信模塊,采購量相較于傳統基站來(lái)說(shuō)是成指數倍增長(cháng),并且幾年后都需要重新更換,客戶(hù)復購率高。20170811-HIL-6再加上人工智能云出現,GPU被大規模用于并行計算,相對應服務(wù)器之間的傳輸量和對光通訊模塊的需求也同步增長(cháng)。

根據Synergy Research Group數據,截至2016年12月,全球超大規模數據中心數量達到300家,分別由24家互聯(lián)網(wǎng)巨頭運營(yíng)。根據思科發(fā)布的GlobalCloudIndex報告,至2020年全球超大規模數據中心數量將達到485家,且屆時(shí)全球超大規模數據中心所運行的服務(wù)器將占到全球數據中心的47%,所處理數據流量將占到全球數據中心的53%。

根據LightCounting公司預計Amazon、Facebook、Google、Microsoft四家公司以太網(wǎng)光模塊采購金額將從2016年的5億美元增長(cháng)到2017年的10億美元,其中100G光模塊的采購量將在17年快速提升,供不應求將持續到2018年;200G和400G模塊的采購也將分別從2019年、2021年開(kāi)始體現,2021年開(kāi)始實(shí)現規模發(fā)貨。20170811-HIL-2目前,AAOI正在臺灣投資建設新制造基地,公司已開(kāi)發(fā)出SFP系列5G光模塊、SFP+系列10G光模塊、QSFP+系列40G和QSFP28系列100G光模塊等多款針對不同應用場(chǎng)景的光模塊產(chǎn)品。大型數據中心運營(yíng)商近年來(lái)持續加大數據中心通信網(wǎng)絡(luò )的改造力度,AAOI的數據中心收入主要來(lái)自于40Gbps和100Gbps的高速光模塊銷(xiāo)售,不過(guò)最近AWS對AAOI的100G產(chǎn)品報價(jià)表現不滿(mǎn)。

同時(shí),AAOI也積極研發(fā)下一代200G/400G光模塊產(chǎn)品。在今年的美國光纖通訊展覽會(huì )及研討會(huì )(OFC)上,AAOI也展示多款200G和100G產(chǎn)品:200G SR8 Active Optical Cables;200G On-Board Optics;200G CWDM Optics (2x100G CWDM4);100G µQSFP Active Optical Cables,部分200G產(chǎn)品已收到初始訂單。

英特爾100G硅光模塊出貨,挑戰傳統廠(chǎng)商

數據中心事業(yè)部現在是英特爾最好的一塊業(yè)務(wù),不僅在3D NAND產(chǎn)品生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)3D XPoint產(chǎn)品方面投入了大量資金,而且隨著(zhù)市場(chǎng)對高速光模塊的需求快速放大,英特爾早已垂涎不已,其硅光子技術(shù)也終于有了用武之地。

公開(kāi)資料顯示,硅光子技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世超過(guò)十年,并非英特爾獨有,基于硅和硅基襯底材料(如SiGe/Si、SOI等),利用現有CMOS工藝進(jìn)行光器件開(kāi)發(fā)和集成的新一代技術(shù),結合了集成電路技術(shù)的超大規模、超高精度制造的特性和光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢,是應對摩爾定律失效的顛覆性技術(shù)。這種組合得力于半導體晶圓制造的可擴展性,因而能夠降低成本。20170811-HIL-4硅光子架構主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動(dòng)光學(xué)組件和光纖封裝完成,使用該技術(shù)的芯片中,電流從計算核心流出,到轉換模塊通過(guò)光電效應轉換為光信號發(fā)射到電路板上鋪設的超細光纖,到另一塊芯片后再轉換為電信號。

硅光子(SiP)實(shí)現廉價(jià)且規模生產(chǎn)的光連接,從根本上改變光器件和模塊行業(yè)。未來(lái)三五年內,這種情況還不會(huì )發(fā)生,但硅光子技術(shù)可能在下個(gè)十年證明它是破壞性?;诠韫庾拥墓膺B接與電子ASIC、光開(kāi)關(guān),或者(可能)新的量子計算設備的集成,將打開(kāi)一個(gè)廣闊的創(chuàng )新前沿。

但是在支持者眼中,硅光子幾乎是光通信走向集成的唯一選擇。一方面是因為在硅光子領(lǐng)域已經(jīng)走得很遠,尤其是美國,英特爾在2016年最后一屆IDF上推出的100G硅光子收發(fā)器令業(yè)界震撼,此次100G硅光子收發(fā)器被譽(yù)為硅光子史上的革命突破。硅光模塊備受互聯(lián)網(wǎng)巨頭看好,并且已經(jīng)開(kāi)始積極推動(dòng),AWS不惜投入巨資自研光模塊,未來(lái)將會(huì )是大勢所趨。

目前,美國和日本走在硅光子技術(shù)的商用化和研發(fā)前列。日本在高密度集成技術(shù)和調制器等的小型化方面世界領(lǐng)先,在CMOS兼容發(fā)光技術(shù)和光子結晶的開(kāi)發(fā)方面的成果也震撼全球,也就是說(shuō)硅光模塊制造(Optical Coupling光路耦合)設備必須到日本購買(mǎi)。20170811-HIL-11現階段,硅光子市場(chǎng)不算太大,2015年的銷(xiāo)售額不到4千萬(wàn)美元,實(shí)際上只有幾家公司在開(kāi)放市場(chǎng)上出貨產(chǎn)品,其中包括Mellanox、思科(Cisco)、Luxtera、英特爾(Intel)、意法半導體(STMicroelectronics)、Acacia與Molex等,都是這一市場(chǎng)的主導業(yè)者。預計到2022年,硅光子光收發(fā)器市場(chǎng)將超20億美元,在全球光收發(fā)器市場(chǎng)中占比超20%。

據悉,英特爾100G硅光子收發(fā)器已經(jīng)開(kāi)始量產(chǎn),不過(guò)遠遠達不到傳統光模塊廠(chǎng)商的90%良率。受設備、良率等問(wèn)題制約,硅光模塊短期內很難和傳統光模塊競爭。

高速光模塊,中國力量正在崛起

光模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成,光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分是:輸入一定碼率的電信號經(jīng)內部的驅動(dòng)芯片處理后驅動(dòng)半導體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出相應速率的調制光信號,其內部帶有光功率自動(dòng)控制電路,使輸出的光信號功率保持穩定。接收部分是:一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉換為電信號,經(jīng)前置放大器后輸出相應碼率的電信號。

受益于全球網(wǎng)絡(luò )通訊和數據通信需求增加以及IDC市場(chǎng)的持續增長(cháng),IDC的高增速帶動(dòng)國內光模塊市場(chǎng)發(fā)展速度略快于國外市場(chǎng)。中國廠(chǎng)商在100G光模塊領(lǐng)域已有產(chǎn)品問(wèn)世,有望借此望彎道超車(chē)。

早期的國內市場(chǎng),電信行業(yè)客戶(hù)一家獨大,雖然有光通信模塊公司,但大部分都在低端制造上競爭。在2008年4月,劉圣在蘇州工業(yè)園區創(chuàng )辦蘇州旭創(chuàng )科技有限公司,總投資700萬(wàn)美金,公司主要以海歸光電專(zhuān)家博士來(lái)領(lǐng)隊,致力于打造中國領(lǐng)先的高端光通訊模塊(10G/40G/100G)設計制造企業(yè)。20170811-HIL-3之前,劉圣從清華大學(xué)、中科院自動(dòng)化研究所和美國喬治亞理工大學(xué)先后攻讀完本科、碩士和博士后,曾擔任過(guò)美國Pine Photonics公司中國研發(fā)中心負責人,以及美國Opnext公司產(chǎn)品研發(fā)部高級經(jīng)理,帶領(lǐng)團隊研發(fā)出了世界上最早的10GLRM X2產(chǎn)品并最先獲得一流系統公司Cisco的認證,已具備多年高速光通訊模塊的研發(fā)和管理經(jīng)驗。

在2014年9月30日,Google Capital在中國市場(chǎng)上進(jìn)行的第一次投資就給到了旭創(chuàng )科技,同時(shí),旭創(chuàng )科技也是谷歌數據中心的光模塊供應商。其核心技術(shù)包括Chip on Board (COB)光電子器件設計與封裝技術(shù)、單模并行光學(xué)設計與精密制造技術(shù)、多模并行光學(xué)設計與耦合技術(shù)、高速電子器件設計、仿真、測試技術(shù)以及自主開(kāi)發(fā),全自動(dòng),高效的測試平臺。

和AAOI一樣,蘇州旭創(chuàng )同樣是亞馬遜(AWS)的供應商,國內有華為、中興以及阿里云等客戶(hù),100G以上產(chǎn)品主要對手有Finisar、JDSU、Oclaro、Oplink、索爾思等國際光通信巨頭。除了40G產(chǎn)品外,公司100G產(chǎn)品品類(lèi)達到17種,做到100%自產(chǎn),自有工廠(chǎng),公司規模在千人級別。目前,正在大力擴產(chǎn),預計今年100G產(chǎn)品產(chǎn)能達到12萬(wàn)只/月,明年大約20萬(wàn)只/月,后年大約30萬(wàn)只/月。

光通信產(chǎn)業(yè)正在從美國、日本向中國轉移,產(chǎn)業(yè)鏈整合進(jìn)程中,中國光模塊廠(chǎng)家不斷向上游芯片突破,如:光迅科技收購法國III-V Lab,昂納科技收購法國3SP。掌握了核心芯片技術(shù)的中國廠(chǎng)家將更具成本競爭力,也將更能滿(mǎn)足互聯(lián)網(wǎng)ISP數據中心全光化建設需求,從而獲得更高市場(chǎng)份額。