麦肯锡：半导体产业是否准备好迎接光子学市场的爆发式增长？

集微网消息，据麦肯锡研究表明，处于正确的垂直领域并巧妙地利用并购将有助于光子公司在未来取得成功。

能够以每秒2太比特的速度进行数据传输的半导体激光器；内置3D传感器的手机可以播放更具互动性的游戏和广告；基于光学的技术使针刺和手术刀在某些医疗程序中成为过去；以及能够阻止外来威胁并确保国家安全的激光定向能武器：这些只是光子学（与光相关的技术分支）可能很快成为现实的少数应用。光子系统已经被消费者、企业和政府组织广泛用于日常，其产品的全球市场价值达1.4万亿美元。到2025年，光子系统市场将增长到近2万亿美元。

这一增长得益于原材料的基础，以及激光器、传感器、光学器件和其他光子组件。尽管如今光子组件的市场规模很小，但由于几个大趋势，包括自动化程度的提高以及数字化和云计算的爆炸式增长，光子组件的市场有望快速扩张。随着市场持续两位数增长，未来几年将是大型组件企业的关键时期。

本文提供了麦肯锡对两个市场的规模和预计增长情况的分析：光子组件和光子产品。我们的文章还讨论了光子组件供应商开始受益的大趋势，以及这些供应商如何抓住全球光子市场即将到来的机会。

全球光子市场规模

光子组件无处不在：它们支持军用夜视系统和消费者使用的智能手机；许多大城市的路灯都有光子组件，城市太阳能加热建筑中的光伏电池也是如此；最先进的制造工厂使用光子激光进行标记和切割；汽车制造商在其先进驾驶员辅助系统（ADAS）中利用光子技术。

根据我们的分析，消费者应用占光子系统的最大份额，其次是国防和显示应用。从现在到2025年，10个终端市场的复合年均增长率预计将达到6%。太阳能、汽车和LED收入的增长速度将远远高于这一水平，其中半导体收入增长最慢（图表1）。

图表1

组件收入为1200亿美元，仅为光子系统收入的十二分之一。但组件收入的复合年均增长率高于系统收入（10%对6%），因为光子内容的份额在许多垂直领域的整体系统中继续增加。离散光学是目前最大的细分市场，收入超过350亿美元；激光器收入约为100亿美元，是最小的细分市场（图表2）。

图表2

大趋势对微观垂直领域的影响

作为我们分析的一部分，我们研究了光子组件中30个微观垂直领域的增长前景和可能的盈利能力。一些微观垂直领域，特别是传感器领域，未来五年的盈利能力和增长水平可能会相当低。例如，互补金属氧化物半导体（CMOS）和电荷耦合器件（CCD）传感器这两种成熟的商品化技术的两项财务指标都将低于平均水平。硅光子和超快激光器等其他微观垂直领域的增长和盈利能力都要高得多。处于有利位置的微观垂直领域将受益于六大大趋势：

• 对数据传输速度的需求激增。随着数字化和物联网（IoT）产生越来越多的数据，对计算能力的需求也在上升。云计算进一步增加了对快速数据传输的需求。对于在光通信产品领域占有一席之地的组件制造商来说，这是一个相当大的机会。

• 遥视和遥感应用的增长。增强现实、自动驾驶、过程自动化和无人侦察机不再是未来概念；它们已经在消费者、商业和政府环境中使用。为了使这些工具具有所需的复杂程度和性能，需要新的组件。

• 数字化和增材制造的兴起。如今，3D打印机被用于制造从半导体到汽车零部件和原型的所有产品。光子组件对于提高该设备的性能和降低成本至关重要。

• 无创生命科学的迅速发展。无创技术促进了多种疾病（包括癌症和糖尿病）的治疗。这些技术还可以帮助医疗保健变得更加高效和方便。实现这些程序的许多激光器依赖于光子材料。

• 向可持续能源过渡。减少有害排放物和污染物的压力会增加，这将增加世界各地对可再生能源的需求。这应该会给生产光伏组件的公司带来提振。

• 地缘政治不确定性增加。地缘政治领域的不稳定意味着各国政府将寻求在国防和监视方面进行创新，加强供应链，自动征收关税或禁止某些产品的贸易。将需要光子组件来实现这一点。

哪些微观垂直领域将从这些趋势中受益最大？在麦肯锡分析的30个微观垂直领域中，有5个特别有前景（图表3）。

图表3

用于数据中心收发器的硅光子。这一新兴的光子组件领域目前的收入只有5亿美元左右，有望实现爆发式增长。通过将硅集成电路和半导体激光器相结合，硅光子长距离传输数据的速度比传统电子组件有了显著的提高。数据中心收发器将成为最大的市场。

超快激光器。这些组件发射亚纳秒脉冲，这使它们在“冷”材料加工中具有优势。它们精确到10微米以内。目前对超快激光器的需求有限，但由于电动汽车、5G和医疗设备小型化等的技术中断，需求将会增长。

垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。利用VCSEL，光或光束从激光二极管的顶面发射。这项技术开始在计算机鼠标、三维成像和传感以及工业加热等领域得到应用，在虚拟现实和平视显示器等领域也会越来越普遍。

蓝宝石玻璃和窗户。蓝宝石材料硬度仅次于钻石，经久耐用，耐刮擦，透明。它有可能在工业激光器、水下摄影机和海洋光谱仪以及需要保护免受恶劣环境影响的军事显示器中发挥重要作用。

非线性光学（NLO）晶体。这些组件可以对入射光的频率、偏振、相位或路径等特性产生非线性光学效应（例如，二次谐波产生、和频产生或光整流）。它们在眼科、骨科和皮肤科等无创医疗程序中有一些初步用途，而且这些应用正在扩大。

并购在行业中的作用

在全球范围内，大约有30家光子组件公司的收入超过10亿美元。全球光子市场还包括数百家收入低于1000万美元、员工不足50人的其他组件公司。一长串的小公司表明这个行业仍处于相对早期的阶段。

整合是不可避免的。事实上，整合已经开始，在过去七年中，已经发生了数百宗交易。尽管交易数量自2018年达到66笔的峰值以来有所下降（图表4），但2021年的两笔大型交易（Teledyne以82亿美元收购FLIR和II-VI以69亿美元收购Coherent）推动交易总价值超过了200亿美元。这一数字是此前任何一年的两倍多。

图表4

由于许多公司希望控制更多的价值链并开启系统级创新，最近约有一半的交易旨在实现自上而下的垂直整合。垂直整合交易的一个例子是，2020年，一家光刻系统供应商收购了一家在极紫外和深紫外产品领域有经验的精密光学公司。

第二大并购支出实际上反映了自上而下的战略。第二组收购者（自下而上的垂直整合收购者）认为并购有助于他们进入光子组件的高价值领域，并扩大他们的可用市场。2019年，一家大型材料公司收购了一家激光和光通信公司，以在炙手可热的VCSEL领域站稳脚跟。

也有一些交易是为了横向扩展，目的是进入邻近的终端市场。一个例子是，2016年，一家大型多元化激光公司收购了一家光纤激光公司，以扩大其产品组合。

根据我们的分析，随着光子领域整合浪潮的持续，这将继续成为三大主要交易类别。

未来三年光子组件公司的当务之急

对于所有的光子组件公司来说，不会只有一个“正确”的价值创造战略。但有三件事是所有目前或正在考虑投资的公司都应该考虑的：

• 在微观垂直领域顶端找准位置。随着组件行业的总体年增长率可能达到10%，以及越来越多的应用需要某种程度的光子集成，未来几年会很有趣。许多微观垂直领域对组件的需求将会增加，特别是在硅光子、超快激光器、VCSEL、蓝宝石玻璃和NLO晶体等领域。那些在增长最快的领域有“一席之地”(或者能够获得一席之地)的组件公司将有很好的机会超越同行。

• 利用并购来增加价值。垂直整合的趋势已经改变了全球光子市场的竞争动态，并且有充分的理由期望这一趋势继续下去。考虑到垂直整合将对该行业的利润池产生影响，企业应该已经在寻找可能的交易了。他们还应该知道自己的出发点：他们是在光子商品市场还是在专门的细分市场？他们应该向上整合(整合到系统中)还是向下整合(整合到组件中)？并购将成为行业价值创造的重要工具；每个公司都应该有这样的武器。

• 加强财务管理。在某种程度上，最后的当务之急仅仅是一个基本的业务规程。众所周知，每家公司都应该限制其运营和资本支出，以保持成本优势，但新兴技术领域并不总是遵循这些规程。随着整合的势头越来越大，行业也越来越成熟，研发效率、足迹整合和资本生产率在光子领域将变得越来越重要。

基于光学的技术在众多产品领域日益广泛使用，这为光子公司创造了更多的机会。表现最好的公司将是那些在增长最快的产品领域占有一席之地的公司。光子公司也可能发现自己处于并购讨论的一端。成功将属于那些熟练运用手中技能的人。（校对/武守哲）