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光通信测试仪器:国产化替代成未来趋势(上)

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光通信测试仪器:国产化替代成未来趋势(上)

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导言:

自2020年来,国家大力发展5G新基建和千兆光网建设力度,三大运营商也纷纷布局5G商用网络,国内光通信行业呈现高速增长。与此同时,光通信测试仪器对于光通信产业链的各个环节包括光模块、光器件、光芯片在内都具有不可替代的作用,光通信行业的快速发展无疑将拉动光通信测试仪器行业进入一个新的发展阶段。

 

光通信测试仪器属于电子测量仪器大类

首先,光通信测试仪器属于电子测量仪器中的种类,电子测量仪器种类众多,按照使用领域的不同可分为通用仪器和专用仪器。专用仪器以某一个或几个专用功能为目的,设计制造难度极高,应用领域较小,但在某些细分领域不可或缺,如光纤测试仪器、电磁兼容EMC测试设备等。通用电子测量仪器是现代工业的基础设备,也是电子工业发展和国家战略性、基础性重要产业之一,应用场景广泛且需求量大。电子测量仪器产业是电子信息产业链的一个重要组成部分,是产业链信息化、自动化、标准化的重要基础。在电子信息产业链的各个环节中,电子测量仪器都起着不可替代的作用。电子测量仪器客户群极其广泛,所有与电子设备有关的企业,几乎都需要使用电子测量仪器。因此,电子测量仪器是技术密集、知识密集型产品,是现代电子信息及相关产业科研、生产、试验、维修的基本条件和重要手段,其在现代经济建设和国防建设中具有战略性的基础地位。

 

中国电子测量仪器市场规模及竞争格局

受益于中国政策的大力支持,智能制造、5G商用化推广等下游产业的快速发展,中国的电子测量仪器市场在近几年高速增长。2017年至2021年间以大于10%的年复合增长率市场规模从约200亿人民币扩张至超300亿人民币。根据沙利文的预测2022至2026年间中国的电子测量仪器市场仍会继续扩张,但增长速率将会下降。至2026年,预计中国电子测量仪器的市场将增长至超450亿人民币,期间年复合增长率约为10%。

中国电子测量仪器市场规模,2017-2026E

数据来源:沙利文分析

 

中国电子测量仪器市场主要由海外企业主导,主要玩家包括是德科技、安立、泰克、罗德与施瓦茨等,中国市场中占比前五的公司主要来自于美国。相比于这些企业,中国电子测量仪器行业起步较晚,企业发展时间短,技术积累相对薄弱。由于电子测量仪器有着较高的技术壁垒,受半导体工艺、单功能模块技术、系统架构技术等限制,因此相比于国际巨头,中国企业在市场上暂没有明显技术优势。

 

光通信测试仪器的定义及作用

光通信测试仪器,主要是在光通信网络建设中为数据中心、5G通讯、物联网等领域,提供核心光芯片、光器件、光模块生产过程中所必须进行的检测与测量所需的设备、仪表、器材和工具。光通信测试仪器设备主要包括采样示波器、光误码仪、时钟恢复等仪器设备,采样示波器通常需要与时钟恢复模块组合使用,主要用途为测试光模块的电气性能,检查光信号完整性和信号质量,主要测试项目包括光发射组件(TOSA)指标、光接收组件(ROSA)容限、电发射组件指标、电接收机容限以及系统测试。采样示波器主要用于光发射组件的光眼图测试,光模块以及AOC的眼图测试等,高端采样示波器也可用于光接收组件容限测试中的信号校准。眼图的测试需要和信号同步时钟,当被测件无法提供同步参考时钟时,需要光/电时钟恢复模块从被测件恢复时钟才能进行测试。高速误码仪主要用于光发射组件眼图测试中产生高质量的电信号激励以及误码率测试,也可以用于电接收组件以及光接收组件容限测试中产生带抖动的压力的电信号验证接受容限。

主要光通信测试仪器测试示意图

数据来源:沙利文分析

 

在光通信网络建设过程中,网络部署中的测试以及检验极为重要,因为任何错误和疏忽都有可能影响到整个网络的质量。随着我国骨干网和传输网的建设,我国光通信测试仪器市场在过去四年迎来快速增长。未来我国光纤到户的网络将逐步完善,光通信测试仪器市场的规模有望得到稳定增长。数据中心的光互联网络技术正从100G的互联技术向200G、400G光模块互联技术过渡,200G、400G光模块普遍采用PAM4即(4电平脉冲幅度调制)信号技术,使得对200G、400G光模块的测试技术与100G光模块有较大区别,对光通信测试设备带来了新的要求。主要体现在PAM4的信号技术,较传统NRZ技术传输损耗大幅减少。针对PAM4信号的测试方法也与NRZ有较大差异。PA图由NRZ的单眼变为3眼,对误码仪和采样示波器的测试能力带来新的要求。目前市面已有许多可以测试PAM4信号的测试设备。互联网技术由100G向400G技术的过渡推进了光通信测试仪器设备向支持PAM4眼图算法的技术升级。

 

全球及中国光通信测试仪器竞争格局

最初我国光通信测试仪器产业链尚未形成,主要依靠进口。光通信测试仪器的竞争格局也与电子测量仪器相似,由国际巨头占据领先地位。以示波器为例,2019年排名前5的企业约占据全球近50%,中国超40%的市场占有率,主要玩家包括是德科技、安立、泰克、罗德与施瓦茨等。由于在半导体工艺、单功能模块技术、系统架构技术等方面国际巨头凭借着多年的积累有着良好的优势,因此仍占据着市场前四的份额。但是2019年中国企业普源精电不仅攻破了示波器2GHz带宽的瓶颈,还成功研制出国产示波器芯片组,2019年在全球和中国市场已占据了第五的市场份额。

 

未来光电测试仪器国产化率有望提升

总的来说,虽然目前示波器以及光电测试仪器领域的市场仍由国外巨头垄断,但中国企业与国际巨头间的差距正在缩小。随着国内厂商在光通信行业技术水平的提升,正逐步形成进口替代趋势。目前国内正出现一批专精特新企业,正处于快速成长期,对标全球光电测试龙头,未来业绩增长空间巨大。比如联讯仪器,专注于高速通讯高端测试仪器和设备,致力于成为全球知名的高端光电测试装备提供商,以不断填补国内高端光电测试装备的空白为发展愿景。联讯仪器实现了对光电测试细分领域全产业链覆盖,其业务领域覆盖光通讯测试、激光器芯片测试和半导体芯片测试等。凭借持续的研发投入屡获殊荣,打破国际巨头企业垄断,突破核心设备卡脖子问题,以采样示波器为例,联讯仪器先后推出10GHz和30GHz国产采样示波器,实现国产化从0到1的突破,助力中国国产替代以及国产化率的提升。并已经着手自主50GHz采样保持放大器芯片流片,通过自主芯片流片,从根本解决采样示波器国产化生产的痛点。

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