泡沫後的成長光通訊主動元件穩定發展

2004-06-03
從系統和元件的市場值觀察以及產業界的反應,可證實光通訊在今年確實有較穩健的發展,雖然成長的力道還遠不及大家的期待,但回顧歷史泡沫的故事如17世紀的鬱金香狂熱、19世紀初的電報業、19世紀末的鐵路風暴和20世紀初的汽車工業...
從系統和元件的市場值觀察以及產業界的反應,可證實光通訊在今年確實有較穩健的發展,雖然成長的力道還遠不及大家的期待,但回顧歷史泡沫的故事如17世紀的鬱金香狂熱、19世紀初的電報業、19世紀末的鐵路風暴和20世紀初的汽車工業,在每一個事件中,大家都是體認到某種科技的潛能接著引發出新的企業,然後在市場浮沫造成金融泡沫,最後是泡沫破滅。然而光纖通訊又何嘗不是,重點在泡沫破滅後,接著都出現長期成長,而且預期成長的根據就是這些引發泡沫的科技。  

一般而言,展覽會的熱度大多能反映市場的興衰,若還記得3~4年前的光通訊大展OFC的盛況,那麼今年最大的變化就在於光通訊的觀光客消失了。環顧大病初癒的光纖通訊產業鏈,幾乎每一個環節都在從財務生存的泥沼中逐步爬向財務復原的岸邊。  

穩定成長的光通訊產業趨勢  

RHK的分析師Dana Cooperson在3個月前的研討會上幾度開玩笑地說她盡量不會將恢復這字眼用在光設備的市場,但從她的數據上顯示出光設備的產銷已趨於平均每季約在 20億美金左右的平衡穩健狀態,見圖1全球光通訊設備市場統計值。再從Strategies Unlimited的光元件報告中也可發現類似的產業訊息,見圖2光通訊元件產銷統計曲線。  

據調查公司美國RHK公佈的資料,2003年第3季度全球光通信器件市場規模為5億900萬美元,比同年上一季度增加了8%。使得一直在下跌的光元件市場終於轉趨穩定和增長。各廠商市場佔有率排名方面,美國JDS Uniphase Corp以15.2%居第一位。美國安捷倫科技(Agilent Technologies Inc.)以很小差距屈居第2位。  

在下一個群組則包含了住友電氣工業(市場佔有率為8%)、美國Finisar Corp.(7.3%)、英國Bookham Technology(6.9%)以及德國英飛淩科技(Infineon Technologies AG,6.7%)等元件廠商。本季這些企業的營業額在3000萬~4000萬美元之間。再其次是三菱電線工業、古河電氣工業以及美國Avanex Corp。然而於今年四月底Finisar以市場值約2.5億美金買下德國英飛淩科技光通訊部門,此一舉動使Finisar在光元件的市佔率大幅提升到近 15%,拉大了與英國Bookham Technology和日本住友電氣工業的差距,並有機會躍升為世界前三大的光元件供應商。由以上2003第三季的排名可看出Top 5廠商的產品在比例上是以主動元件為核心產品,可窺見主動元件佔整體光元件的售價比重是偏高的。  

而主動元件包含光纖放大器(SOA、EDFA、EWDA、Raman amplifier)、可調式雷射(DFB、DBR、SG-DBR、MEMs base ECLD and VCSEL, etc)、泵浦雷射(1480nm、980nm)、各式的光傳輸器(CATV、EML, etc)以及時下最熱門的光收發模組(Ethernet、SONET/SDH、Transponder、Parallel optics, etc)等等,舉凡經由電流驅動雷射發光的元件均可定義為光主動元件。由於含括的領域相當廣泛,因此在接下來的內容中將以目前市場值最大,同時也較具代表性的光收發模組作較深入的市場潛力研究,而主動元件產品的未來發展也將一並探討。  

光收發模組最熱門 但低利潤受質疑  

對亞太地區的光收發模組廠商而言,除了一般標準的SONET/SDH和GbE的元件之外最令人注目的就是應用於FTTH或FTTP的元件。而圖3、圖4所示為bi-directional及Triplexe模組內的關鍵元件,也是以亞太地區的廠商居多。  

如日本的Fujitsu、ALPS圖3、圖4、韓國的Samsung、Lightron、台灣的前鼎、台達、逢源、嘉信、誼虹等皆有生產。從去年日本 FTTH所釋出的大量訂單確實吸引了許多廠商前仆後繼地擠進供應商的窄門,如Lightron與日本Hitachi、台達電子與Fujitsu、前鼎光電與NEC等。台灣出貨皆以模組為主,去年的出貨量約在1.8KK~2KK的水平提供日本FTTH的設備使用,同使也使台灣出貨的成長率將提昇了20% ~25%。然而,勝利者在接單後所面臨的低價壓力使得成本結構相當的緊繃,在利潤方面也飽受產業界的質疑。  

早期一對80美金的Bi-directional光收發模組,隨著討論的熱度上升而價格卻成反比的下滑,直到最近由中國武漢郵電所提供的新低售價30美金,才稍稍止滑。如此低成本的擠壓也迫使上游的材料商提出更具競爭力的價位如Mitsubishis、NEC的雷射二極體的市場售價約為2.5~3美金,而價格向來偏高的IC廠-Maxim在近幾個月也針對低速率的光收發模組提供較低的價位,而在模具方面,台灣的光收發模組廠商則有趨向聯合開模以降低成本的策略。儘管如此各家在2003年的營收與產能的成長上為沉寂許久的光通訊注了股強心劑。然而,NTT今年將改採GE-PON的系統,相信要再跨進供應商的門檻,需具備相當的技術彈性與周邊廠商的密切配合,當然在產能規模也必須在產業標準之上。  

SAN新頻寬 部份廠商遲疑  

若再將頻寬往上提升,我們會發現4.25Gbps的頻寬應用在光纖儲存網路(Storage Area Network, SAN)的光收發模組是一項新的光纖通道標準。光纖通道(Fiber Channel)是由美國國家標準委員會(ANSI)開發出來的一套標準。其研發工作始於1988年,是作為對智慧外設介面(IPI)加強標準的一個擴展進行的。光纖通道是一個支援多種拓樸結構、物理互聯以及協定的高性能、全雙工介面。  

目前普遍的速度為1Gbps與2Gbps的設備已量產,而部分廠商已著手於12Gbps(加密後還有10Gbps)試驗的設備。光纖通道產業協會 (FCIA)於去年6月通過4Gbps的標準,但產業的反應不一,如光纖通道主機匯流排適配器(HBAs)、交換機和硬碟製造商表示,採用這項新標準的設備即將問世,而且價格基本與2Gbps設備持平。但也有部分廠商對於是否開發這項技術上仍猶豫不決,如Cisco表示沒有在SAN交換機產品中支援4G光纖通道的「即時行動的計畫」。  

從圖5由Strategies Unlimited的報告中可了解4.25G出現的原因,以市場價位的競爭性而言,10Gbps設備不如1Gbps和2Gbps產品來得吸引,由於 10Gbps設備每埠價格是當前2Gbps和即將問世的4Gbps設備的4~5倍(每埠5,000美元),而以Strategies Unlimited在2002年的調查中,10G的元件比2G的元件多了10倍的價格,相信更難被設備商接受。雖然我們認為市場對高頻寬的接受度是循序漸進的,但也不免除部分致力於「一步到位」的企業將會採用價位偏高的10G設備,因此未來的發展還值得觀察。  

10G Transponder 應用在骨幹網  

在高速光收發模組方面,將發現僅剩國際知名廠商在此一領域之內,產品則是熟悉的10Gbps Transponder 及各種不同形式的多源協定(Multi-Source Agreement, MSA) :XFP、X2、XENPAK等等。而10G的應用市場在企業的資料中心、校園間的骨幹網為主,其餘的應用還包含;都會區的乙太網應用在星狀或環狀的系統內、廣域的網路系統如NGN SDH以及儲存網路如iSCSI over IP Ehternet或10G的光纖通道,在市場銷售地區仍以北美為主約佔52%,次之為歐洲和日本各佔19%與18%圖6。  

近1、2年所強調功能的不外乎更長的傳輸距離、互連性的測試。以傳輸距離來比較,XFP與XPAK目前只能傳輸10公里,但預計未來將達40公里,而 XENPAK仍是長距離傳輸的最愛,但礙於冷卻型雷射在封裝設計上難以使體積縮小,待雷射的技術進步到小型化的封裝方式相信是會更受歡迎的。根據RHK的預測,XPAK在短期內會是最強的解決方案,由於其參與的廠商包含Intel、Infineon、Picolight等等,並且最重要的是Intel systems支持使用XPAK型式的光收發模組。另一方面,XFP在外型上與SFF和SFP相似,將其Mux/DeMux設計在PCB板上,使模組在設計上回歸光收發模組的形式。但由於EMI的效果仍待加強,因此大概還需1~2年的時間才會成熟,雖然RHK壓寶在XPAK的MSA上,但根據Light Reading和Wavelenght雜誌的調查,在未來最受歡迎的長距離乙太網MSA是XFP的形式。MSA糾雜的關係由此可知之一二。  

在Transponder的光學特性、使用環境、資料介面、管理介面以及外觀尺寸等皆以美國廠商所主導的MSA為歸依,有趣的是Fujitsu Quantum Devices、Mitsubishi Electric、Oki、Opnext和住友電氣產業(Sumitomo)等五家日本公司於今年三月宣佈制定了支援XFP規格、傳輸速度為10Gbps 的光收發器中嵌入型光發送器(TOSA)和嵌入型光接收器(ROSA)的通用規格,即MSA(Multi Source Agreement)。此MSA計畫TOSA/ROSA相容條款包括下列四項:通用外形尺寸、封裝介面規格、接腳配置以及電氣及光學特色。日本這5家廠商也正是台灣廠商所最缺乏也最需努力的方向,在最擅長的領域又具發展願景產品制定相容性規格。  

下一代的主動元件  

以高速的光收發模組而言,不外乎就是擁有更小的模組、更低的電力消耗、當然還有更低的價位。但若環顧光主動元件的技術發展,便不難發現主動元件已漸漸朝向整合型的元件發展。如圖7為Samsung結合半導體光纖放大器(SOA)、EA型光調變器(electro-absorptive modulator)與1550nm DFB雷射的整合型元件,在氣密式封裝後其傳輸距離可達80Km,而傳輸頻寬介於9.95~10.7Gbps間,並且為LC形式的可插拔電信元件。  

另一個例子為在去年5月在加州所舉辦的第15屆磷化銦及相關材料研討會(Indium Phosphide and Related Materials Conference)上,由美國加州大學聖塔芭芭拉分校Daniel Blumenthal教授所帶領的研發團隊,展示整合可調式雷射與波長轉換器的元件,如圖8。該元件成功地在磷化銦的基板上整合了SG-DBR型的可調式雷射與SOA-MZI型的波長轉換器,整合後的元件使得調變的波長更有效率及品質(可把該元件轉換光波的功能視為彩色影印機一般不失真,便容易理解),也更具價格競爭力。然而此一計畫是得到美國國防部先進研究計劃機構(DARPA)微系統科技辦公室(Mircosystem Technology Office)的350萬美金,為期四年的研發經費補助。預計在計畫未完成前便會有商業化的產品在全光網路的系統上試驗其可靠度。  

美日光纖投資勇往直前  

有人曾說光纖通訊最不缺的就是更先進的技術!乍聽之下,在低迷的過去這樣的論調確實有番自嘲的作用。回顧這幾年,以產品的角度來觀察許多的光元件只是延續了舊產品的特色及在生產成本的效益上進步許多,低價化元件就是最好的證明。同時,在前面也提到像是10G的元件早在2001年時就有產品出現,3年過去了,我們也發現對主動元件更高的傳輸速度不再是探討的話題,而重點轉向價格、散熱性與電消耗等等。  

再從產業面觀察,日本的FTTH與美國的FTTP確實是引導光纖通訊普及化的重要指標,雖然投資者對於營運商的投資報酬率(Return Of Investment, ROI)有許多疑點,以日本NTT East為例,他們將花費年度預算的3分之1(約1億美金)在光纖到家的建設上,而FTTH的收費在美金39~50元之間。但NTT East仍樂觀地預估在2005年的會計結算時可達18億美金的年營收,並且投資報酬率可達到18.6%。  

另一方面,猶他州的烏托邦計畫,向全州18個城市的居民提供三網合一的服務。預計每戶每月的費用為28~39.5美元之間,這計畫是由市政府所主導,目前已有11個城市加入,然而這計畫卻受到當地電信公司的杯葛,但計畫主持人仍持續遊說未加入的城市參與此計畫。  

由這兩國的例子可感受到還是有許多人對光纖通訊有著莫大的期許,並且對未來持續地進行投資。而由國際市調公司及股價上的反應,市場的景氣已趨向平穩,再接下來光纖通訊的發展,會像歷史中泡沫的故事一般出現長期成長嗎?我們樂觀地相信大家都有機會做見證。  

(作者為光電協進會光主動元件系統設備產業分析師)  

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