石英晶體振蕩器（下文簡稱晶振）的歷史可以追溯到1920年代，當時其用途主要是穩定無線電信號。直到最近幾十年，晶振仍然用于數字電路，例如，多數頻率控制產品仍使用到32.768kHz晶振，從筆記本電腦、手機等消費電子產品到工業汽車領域，32.768kHz晶振還是普遍接受的計時標準器件。

圖注：振蕩器的種類（來源：芯查查SaaS）
據芯查查SaaS顯示，晶體振蕩器屬于無源器件的一個細分產品，分為XO、VCXO、TCXO、OCXO等。無論何種振蕩器，技術原理都比較成熟，但終端應用，特別是AI相關的基礎設施，對于振蕩器的要求并非一成不變，這些應用正推動著振蕩器市場的變化。晶振在AI服務器、光纖通信的市場規模生成式AI爆發，推動AI服務器、光纖通信網絡發展，繼而驅動著對振蕩器的需求。分析師預計，預期2024年用于AI服務器的光模塊將顯著成長，其中需搭配高階的差動式輸出振蕩器（differential oscillator），單價較一般服務器/消費電子的振蕩器高約10-20倍，毛利率為50-60%以上。

按輸出類型，振蕩器可分為差動輸振蕩器出和單端輸出振蕩器。差動振蕩器提供更強更清晰的信號，以驅動光學器件，滿足光通信系統的要求。無論是AI服務器端，還是傳統的光模塊行業，未來需求的主要是差動振蕩器。

晶體諧振器和振蕩器在AI服務器、光纖通信中的市場規模有所不同。

對于AI服務器而言，需要振蕩器提供基準時鐘信號與高速差分時鐘信號，滿足系統部件的同步時序和高速運算要求。按成本占比看，差動振蕩器作為關鍵元器件的重要作用，其市場規模應占AI服務器總成本的3-5%。各研究機構預測，2025年全球AI服務器市場規模將達到620-970億美元，基于此可以粗略估算，差動振蕩器市場規模可達到19-49億美元，約為20-50億美元之間。

對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鐘信號和穩定的頻率控制，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有所不同。

低抖動成為晶振應用的新挑戰晶振在AI服務器、光纖通信的主要應用是時序（timing）和時鐘（clock）。隨著數據率提高，對更高性能時序和時鐘的要求更加苛刻。

為了保證時序和時鐘的穩定性準確性，要求晶體振蕩器輸出信號的時間穩定性越好。在許多應用中，如通信系統、音頻設備和測量儀器等，保持低抖動時序是非常重要的要求。最先進的應用現在要求最大參考時鐘抖動小于70飛秒（femtosecond）。

芯片工藝持續迭代，也對振蕩器產品和應用提出挑戰。任何在28nm時可能被忽視的工藝變化，在5nm時都可能成為一個主要問題，因為在5nm的誤差余量要小得多。某些應用需要相同類型的抖動，但功耗要低得多，尺寸也要小得多。器件的持續縮小、更低功耗要求，也是時序產品的巨大挑戰。

時序和時鐘產品的市場高度分散，廠商有針對性的區分產品，比如，瑞薩電子提供三種不同的時序解決方案，旨在滿足不同的性能和復雜性目標。晶振的主要廠商和產品就全球晶振廠商排名來看，日系廠商的生產規模和技術水平較高；中國臺灣產品生產和技術更新的速度快，具有成本優勢；美國企業在市場中的占比偏小，但技術研發能力較高；中國大陸企業的生產能力還在逐步提升，成長速度較快。

圖注：全球晶振廠商排名（來源：臺晶技2022年法人說明會）
1、愛普生
愛普生晶體振蕩器產品的市場地位比較穩定，產品類別包括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具有特色的產品。愛普生可編程晶體振蕩器包括一個PLL電路，可以編程以輸出所需的頻率。能夠針對任何輸出頻率進行編程，有助于縮短交貨時間，實現小批量生產。需要特殊的編程工具才能將頻率數據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品特點（來源：愛普生）
可編程晶體振蕩器可以被用于通信系統，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不同頻率信號的設備，常用于無線電通信、雷達、衛星通信等領域；此外，可編程晶體振蕩器還可以應用于科學研究領域中對精確時間測量和同步的需求，例如，在天文觀測中，多個望遠鏡需要保持同步以進行聯合觀測，而可編程晶體振蕩器可以提供高精度的時鐘信號實現同步。
2、Microchip
與傳統石英晶體振蕩器不同，MEMS振蕩器采用硅晶圓生產工藝制造，并通過電極產生靜電場來激勵諧振器。由于MEMS振蕩器完全基于硅片，因此屬于IC產品，在抗振動、抗沖擊、失效率、封裝和交貨時間，以及靈活性上要比晶體振蕩器具有優勢。隨著連接設備和時序芯片數量的增加，預計到2027年，時序芯片市場將以6.2%的復合年增長率增長，達到84億美元，MEMS振蕩器市場預計到2024年將達到50億美元。

圖：MEMS振蕩器和晶體振蕩器的對比（來源：Microchip）

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

圖注：SQ82201時鐘應用示例（來源：矽力杰）

4、大普通信

大普通信是一家時鐘解決方案及器件供應商，公司位于廣東省東莞市松山湖國家高新技術產業開發區。大普通信長期專注于時鐘領域的產品研發及推廣，通過全系列晶振、時鐘模塊、時鐘補償芯片等尖端產品和專業服務，全面滿足國內外通信網絡、電力、工控、軍工、金融、醫療等領域的客戶差異化需求，并持續保持近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
AI服務器和數據中心所需的高性能的處理器和加速器，對于穩定、精確的時鐘信號要求非常高，以確保各個計算節點之間的協調運行。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定性的需求，以確保數據傳輸的準確性，以及要求較低的相位噪聲和抖動保障高速數據傳輸。綜上所述，晶體振蕩器有望受益于AI服務器和光纖通信的增長。


審核編輯 黃宇