石英晶體振蕩器（下文簡稱晶振）的歷史可以追溯到1920年代，當(dāng)時(shí)其用途主要是穩(wěn)定無線電信號(hào)。直到最近幾十年，晶振仍然用于數(shù)字電路，例如，多數(shù)頻率控制產(chǎn)品仍使用到32.768kHz晶振，從筆記本電腦、手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品到工業(yè)汽車領(lǐng)域，32.768kHz晶振還是普遍接受的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器件。

圖注：振蕩器的種類（來源：芯查查SaaS）
據(jù)芯查查SaaS顯示，晶體振蕩器屬于無源器件的一個(gè)細(xì)分產(chǎn)品，分為XO、VCXO、TCXO、OCXO等。無論何種振蕩器，技術(shù)原理都比較成熟，但終端應(yīng)用，特別是AI相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于振蕩器的要求并非一成不變，這些應(yīng)用正推動(dòng)著振蕩器市場的變化。晶振在AI服務(wù)器、光纖通信的市場規(guī)模生成式AI爆發(fā)，推動(dòng)AI服務(wù)器、光纖通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，繼而驅(qū)動(dòng)著對(duì)振蕩器的需求。分析師預(yù)計(jì)，預(yù)期2024年用于AI服務(wù)器的光模塊將顯著成長，其中需搭配高階的差動(dòng)式輸出振蕩器（differential oscillator），單價(jià)較一般服務(wù)器/消費(fèi)電子的振蕩器高約10-20倍，毛利率為50-60%以上。

按輸出類型，振蕩器可分為差動(dòng)輸振蕩器出和單端輸出振蕩器。差動(dòng)振蕩器提供更強(qiáng)更清晰的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)光學(xué)器件，滿足光通信系統(tǒng)的要求。無論是AI服務(wù)器端，還是傳統(tǒng)的光模塊行業(yè)，未來需求的主要是差動(dòng)振蕩器。

晶體諧振器和振蕩器在AI服務(wù)器、光纖通信中的市場規(guī)模有所不同。

對(duì)于AI服務(wù)器而言，需要振蕩器提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)與高速差分時(shí)鐘信號(hào)，滿足系統(tǒng)部件的同步時(shí)序和高速運(yùn)算要求。按成本占比看，差動(dòng)振蕩器作為關(guān)鍵元器件的重要作用，其市場規(guī)模應(yīng)占AI服務(wù)器總成本的3-5%。各研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，2025年全球AI服務(wù)器市場規(guī)模將達(dá)到620-970億美元，基于此可以粗略估算，差動(dòng)振蕩器市場規(guī)模可達(dá)到19-49億美元，約為20-50億美元之間。

對(duì)于光纖通信中的光模塊而言，由于晶體諧振器和振蕩器可以提供高精度的時(shí)鐘信號(hào)和穩(wěn)定的頻率控制，因此在提高光模塊速率、增加通信距離、提高帶寬等方面扮演著重要角色。晶體諧振器和振蕩器在模塊中的成本占比不是很高，但卻是光模塊性能穩(wěn)定性和可靠性的重要保障，其成本占比通常在1%-5%之間，不同的光模塊中具體占比也會(huì)有所不同。

低抖動(dòng)成為晶振應(yīng)用的新挑戰(zhàn)晶振在AI服務(wù)器、光纖通信的主要應(yīng)用是時(shí)序（timing）和時(shí)鐘（clock）。隨著數(shù)據(jù)率提高，對(duì)更高性能時(shí)序和時(shí)鐘的要求更加苛刻。

為了保證時(shí)序和時(shí)鐘的穩(wěn)定性準(zhǔn)確性，要求晶體振蕩器輸出信號(hào)的時(shí)間穩(wěn)定性越好。在許多應(yīng)用中，如通信系統(tǒng)、音頻設(shè)備和測量儀器等，保持低抖動(dòng)時(shí)序是非常重要的要求。最先進(jìn)的應(yīng)用現(xiàn)在要求最大參考時(shí)鐘抖動(dòng)小于70飛秒（femtosecond）。

芯片工藝持續(xù)迭代，也對(duì)振蕩器產(chǎn)品和應(yīng)用提出挑戰(zhàn)。任何在28nm時(shí)可能被忽視的工藝變化，在5nm時(shí)都可能成為一個(gè)主要問題，因?yàn)樵?nm的誤差余量要小得多。某些應(yīng)用需要相同類型的抖動(dòng)，但功耗要低得多，尺寸也要小得多。器件的持續(xù)縮小、更低功耗要求，也是時(shí)序產(chǎn)品的巨大挑戰(zhàn)。

時(shí)序和時(shí)鐘產(chǎn)品的市場高度分散，廠商有針對(duì)性的區(qū)分產(chǎn)品，比如，瑞薩電子提供三種不同的時(shí)序解決方案，旨在滿足不同的性能和復(fù)雜性目標(biāo)。晶振的主要廠商和產(chǎn)品就全球晶振廠商排名來看，日系廠商的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平較高；中國臺(tái)灣產(chǎn)品生產(chǎn)和技術(shù)更新的速度快，具有成本優(yōu)勢；美國企業(yè)在市場中的占比偏小，但技術(shù)研發(fā)能力較高；中國大陸企業(yè)的生產(chǎn)能力還在逐步提升，成長速度較快。

圖注：全球晶振廠商排名（來源：臺(tái)晶技2022年法人說明會(huì)）
1、愛普生
愛普生晶體振蕩器產(chǎn)品的市場地位比較穩(wěn)定，產(chǎn)品類別包括TCXO、高精度振蕩器、晶體振蕩器（kHz、MHz）、SPXO、VCXO、表面聲波（SAW）振蕩器等。此外，可編程晶體振蕩器是愛普生的一個(gè)具有特色的產(chǎn)品。愛普生可編程晶體振蕩器包括一個(gè)PLL電路，可以編程以輸出所需的頻率。能夠針對(duì)任何輸出頻率進(jìn)行編程，有助于縮短交貨時(shí)間，實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。需要特殊的編程工具才能將頻率數(shù)據(jù)寫入空白晶體振蕩器。愛普生的可編程晶體振蕩器是SG-8000系列，由SG-Writer編程工具編程。

圖注：愛普生可編程晶體振蕩器產(chǎn)品特點(diǎn)（來源：愛普生）
可編程晶體振蕩器可以被用于通信系統(tǒng)，還可以用于無線頻率合成器，無線頻率合成器是一種能夠生成多個(gè)不同頻率信號(hào)的設(shè)備，常用于無線電通信、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域；此外，可編程晶體振蕩器還可以應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域中對(duì)精確時(shí)間測量和同步的需求，例如，在天文觀測中，多個(gè)望遠(yuǎn)鏡需要保持同步以進(jìn)行聯(lián)合觀測，而可編程晶體振蕩器可以提供高精度的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步。
2、Microchip
與傳統(tǒng)石英晶體振蕩器不同，MEMS振蕩器采用硅晶圓生產(chǎn)工藝制造，并通過電極產(chǎn)生靜電場來激勵(lì)諧振器。由于MEMS振蕩器完全基于硅片，因此屬于IC產(chǎn)品，在抗振動(dòng)、抗沖擊、失效率、封裝和交貨時(shí)間，以及靈活性上要比晶體振蕩器具有優(yōu)勢。隨著連接設(shè)備和時(shí)序芯片數(shù)量的增加，預(yù)計(jì)到2027年，時(shí)序芯片市場將以6.2%的復(fù)合年增長率增長，達(dá)到84億美元，MEMS振蕩器市場預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到50億美元。

圖：MEMS振蕩器和晶體振蕩器的對(duì)比（來源：Microchip）

3、矽力杰
矽力杰為模擬芯片供應(yīng)商，也提供時(shí)鐘產(chǎn)品。針對(duì)5G基站，矽力杰推出SQ82201是一款10路輸出的高性能時(shí)鐘發(fā)生器，集成模擬鎖相環(huán)，具有強(qiáng)大的頻率合成、抖動(dòng)濾除、超低時(shí)延等功能。廣泛應(yīng)用于5G AAU，小基站，通信系統(tǒng)，服務(wù)器等。有效滿足各類通信設(shè)備的時(shí)鐘同步需求。SQ82201是一款10路輸出的高性能時(shí)鐘發(fā)生器，其中包括3路LVPECL差分輸出和7路單端輸出。SQ82201內(nèi)部集成低噪聲鑒相器(PFD)，電荷泵(CP)，環(huán)路濾波器，低相位噪聲高頻壓控振蕩器(VCO)和輸出整數(shù)分頻器。

圖注：SQ82201時(shí)鐘應(yīng)用示例（來源：矽力杰）

4、大普通信

大普通信是一家時(shí)鐘解決方案及器件供應(yīng)商，公司位于廣東省東莞市松山湖國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。大普通信長期專注于時(shí)鐘領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)及推廣，通過全系列晶振、時(shí)鐘模塊、時(shí)鐘補(bǔ)償芯片等尖端產(chǎn)品和專業(yè)服務(wù)，全面滿足國內(nèi)外通信網(wǎng)絡(luò)、電力、工控、軍工、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域的客戶差異化需求，并持續(xù)保持近5年來銷售30%以上的增長。

圖注：大普通信（來源：芯查查SaaS）
小 結(jié)
AI服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心所需的高性能的處理器和加速器，對(duì)于穩(wěn)定、精確的時(shí)鐘信號(hào)要求非常高，以確保各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。此外，晶體振蕩器在光纖通信中的增長也比較突出，主要源于高精度和穩(wěn)定性的需求，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，以及要求較低的相位噪聲和抖動(dòng)保障高速數(shù)據(jù)傳輸。綜上所述，晶體振蕩器有望受益于AI服務(wù)器和光纖通信的增長。


審核編輯 黃宇