研究人员开发出全光通信网络：使用四种光谱，实现海陆空的无缝连接【附通信技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

研究人员开发了一种全光通信网络，可以实现太空、空中和水下环境的无缝连接。新的网络设计结合了用于控制无人水下航行器(UUV)的蓝光通信(BLC)与白光通信(WLC)、用于无人机(UAV)的深紫外通信以及与卫星的激光二极管通信(LC)，无论环境如何都能确保连接。

在《Optics Express》中，研究人员描述了完全基于光的通信网络，并演示了网络节点之间的实时视频通信。他们还表明，它可以同时支持有线和无线设备接入， 并且可以在网络节点之间进行双向数据传输。这两种功能对于同时向不同用户提供各种服务至关重要。

无线光通信网络通常是针对特定场景而设计的，缺乏与其他通信系统的互操作性。创建空海互联需要艰巨的任务，即以创建无缝通信网络的方式整合多种技术。为了实现这一目标，研究人员使用四种光谱为四种不同的环境或应用建立无线光通信链路。

他们使用蓝光进行水下通信， 因为海水对蓝绿光的吸收窗口减小，使其比其他波长在水下传播得更远。这使得该系统可用于控制无人水下航行器或在水下设备和浮标之间建立通信。白光 LED 用于在物体之间传输信息 ，例如水面以上的浮标或船只。为了与无人机等机载设备连接，使用深紫外光。这提供了日盲通信，防止阳光干扰。 最后，对于自由空间中的点对点通信，应用了近红外激光二极管 ，因为它们发射具有高光功率的定向光。研究人员还设计了基于 TCP/IP 方案的网络，允许无线或有线访问互联网，这使其对于物联网应用非常有用。

来自南京邮电大学和苏州亮芯单片光电科技有限公司的研究小组组长王永进说：“通过蓝光、白光、深紫外波长和激光二极管的通信建立统一的传输模式非常重要，这样我们就可以使用以太网交换机将它们集成 ，为了使这项工作成为可能，LED 和调制方案决定了网络吞吐量，而雪崩光电二极管限制了传输范围，并且光学带通滤波器将所需的光信号与其他光谱中的光信号隔离开来”。

研究人员表明，全光通信网络可以通过有线和无线接入实现全双工实时视频通信以及传感器数据、图像和音频文件的传输。

图片来源：摄图网

技术价值观察

通信产业的上游行业主要为电子元器件制造业(如集成芯片、电阻、电容、晶振、LCD屏、印刷电路板)、塑胶与五金结构件制造业(如塑胶、铝合金、五金插接件、机柜及其它结构件)和通信设备部件制造业(如收发器、交换机、天线、分路器、合路器等)。

通信产业的下游行业主要为政府与公共安全、公用事业以及工商业等行业，这些下游市场的需求变化和产业政策直接影响产业的经营效益和持续发展。同时，通信产业也能更大程度地促进下游行业的快速发展，提高下游行业的生产效率，具体产业链布局如下图：

研究人员开发出全光通信网络，使用四种光谱为四种不同的环境或应用建立无线光通信链路。因此，从通信产业链上看，全光通信网络处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——定义

通信是指是人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下，无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。

本文中，前瞻对通信产业的定义为：由从事通信设备和系统及相关的配套设备、专用零部件的研究、生产、开发的企业，以及电信运营服务商和光通信行业组成的产业群体。

——电信业务收入和发展质量平稳增长

工业和信息化部发布的《2021年通信业统计公报》显示：2021年我国通信行业保持稳中向好运行态势，电信业务收入稳步提升，累计完成1.47万亿元，比2020年增长8.0%。按照上年不变单价计算，全年电信业务总量较快增长，完成1.7万亿元，比2020年增长27.8%。

——通信设备制造行业市场规模逐年递增

根据《中国电子信息产业统计年鉴》，2014-2019年全国规模以上通信设备制造业营业收入持续增长。根据工信部，2020年，通信设备制造业营业收入同比增长4.7%，则通信设备制造业营业收入初步估计达39729亿元。

2016-2020年，全国通信设备零售营业收入呈波动递增趋势，年复合增长率2.01%;2020年受疫情影响，营业收入增速有所放缓。2020年全国通信设备零售营业收入达1363.5亿元，同比增长0.78%。面对激烈变化的内外部环境和新一轮通信技术的变革，我国通信设备产业在保持已有产品集成创新和低成本研发比较优势的基础上，亟须把握产业融合发展的新形势和新机遇，加强产业的横向协作和纵向整合，以继续扩大市场规模。

——光通信产业发展规模

1、中国光缆长度：接近5800万公里

根据国家统计局数据，2017-2021年中国光缆长度持续增长，截止2022年上半年已经达到5791万公里，较2021年底增加310万公里。

2、中国光模块市场规模：持续增长

2015-2020年受下游光电及数据通信行业需求的影响，我国光模块市场规模不断增加，2015-2020年年均复合增速为11.13%。2020年上半年受疫情影响，下游数据通信及三大运营商采购需求放缓，下半年国内电信及数通客户需求下半年回暖，整体推动2020年中国光模块行业市场规模增加至382.1亿元。初步统计，2021年我国光模块市场规模超过400亿元。

——“十四五”通信产业发展趋势：基础设施建设能力显著提高，向国际一流水平迈进

整体来看，未来我国通信行业将显著提高基础设施建设、数据与算力设施服务以及网络数据安全治理等方面的能力，并向国际一流水平迈进。

中国通信技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与通信关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区，并且以广深为重点发展区域 ，未来布局通信技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华南地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区、广东省深圳市福田区、海南省海口市龙华区所处通信产业的相关企业 ，以及该地方对于通信产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国通信产业（ICT）发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究报告、产业规划、园区规划、产业招商、产业图谱、智慧招商系统、行业地位证明、IPO咨询/募投可研、IPO工作底稿咨询等解决方案。在招股说明书、公司年度报告等任何公开信息披露中引用本篇文章内容，需要获取前瞻产业研究院的正规授权。

更多深度行业分析尽在【前瞻经济学人APP】，还可以与500+经济学家/资深行业研究员交流互动。

通信行光模块行业研究：AIGC时代不可或缺的传输管道核心组件

（报告出品方/作者：东北证券，史博文、刘云坤）

1. 光模块：光网络核心连接器件，深度受益算力带宽增长需求

1.1. 全光网络建设如火如荼，光通信产业链大有可为

我国通信网络建设当前正处于向绿色全光网迈进关键节点。通信网络是支撑我国数 字经济建设及经济社会进一步发展的关键性公共基础设施，其带宽、时延、连接能 力的提升是支撑满足 AIGC 爆发下大流量需求的必要条件。而与传统铜线相比，光 纤作为通信介质既可以显著提升网络传输速度，又能够降低能耗，符合国家绿色中 国战略要求。回顾我国固网通信接入领域发展历史，2010 年前主要以铜缆连接为主， 当时技术尚不成熟，速率低且距离受限。2010 年-2020 年为光纤网络逐步普及，渗 透率缓慢提升阶段，骨干网部分铜缆被光纤替代，光纤到户开始建设。2020 年至今 我国已较大程度实现光纤到户，进一步提速的双千兆战略正在建设，我国固定网络 建设正向 F5G 千兆光网的绿色全光网时代迈进。

光通信普及解决传统通信方式铜缆信号衰减、高能耗痛点。传统固网建设大都采用 铜线作为通信传输媒介，存在信号衰减快、能耗更高等缺点，此外铜作为国家战略 资源，自给率较低。根据中铝集团统计，我国铜精矿自给率从 2000 年的 43.25%降 至 2020 年的 22.8%，固网建设继续大量使用铜缆会进一步加剧铜矿供应短缺风险。 而 F5G 千兆光网采用光纤作为介质，其原料二氧化硅易获得且使用寿命长，此外光 信号传输相比电信号传输衰减损耗及抗干扰能力更强。对家庭用户使用光纤网络相 对于铜线/同轴电缆的节能幅度可以达到 60-75%/70-85%，每户每天可节省电量达 0.15kWh。

1.2. 光模块是光通信网络中实现光电转换的核心部件

光通信在通信系统中不可或缺，应用范围有望持续拓展。光通信作为目前多种通信 方式中的一类，主要指以玻璃光纤为介质。光纤通信的通信系统，属于通信技术的 一种。因光纤传输的高速率低损耗优势在通信系统中广泛应用。目前电信系统组成 中的发射机、接收机、传输媒介以及模拟数字信号的转化过程中均需用到光通信技 术。随着全光网建设进程深入光通信将进一步提升在通信网络中的应用广度，光通 信产业链处于长期成长周期。

光通信产业链：光芯片国产化潜力大，光模块世界领先深度受益 AI 需求爆发。光 通信光通信产业链主要包括上游的光芯片、光组件厂商，中游的光器件、光模块及 光通信设备厂商以及下游的客户三个环节。光通信设备主要应用在电信市场的运营 商网络建设及数据通信市场的互联网厂商的数据中心互联通信中。从各个环节来看， 光芯片环节价值量高，但尤其在高速光芯片领域由国外厂商主导，国内厂商从低速 光芯片开始逐步提升渗透率。光器件光模块领域，国内龙头中际旭创、新易盛、光 迅科技、天孚通信等已取得世界领先地位，已成为北美头部云厂商等客户重要供应 商，深度受益 AI 算力爆发带来的高速光模块需求，有望迎来业绩爆发式增长。光通 信设备环节我国华为、中兴、烽火等厂商均取得全球领先地位，国产化率较高。

光纤通信通过光电信号转换实现高速信息传输。光纤通信网络主要由发射机、中继 器、接收器及光纤光缆等部件组成。其中光发送机由光源、驱动电路等组成，光源 将输入信号由电信号转换为光信号，并通过连接器及耦合技术注入光纤线路在光纤 中通过折射传播。光中继器的作用为将经过长距离传输后受到损耗的微弱光信号通 过放大、整形等环节再生成一定强度的光信号，降低信号失真并保证通信质量。光 接收机由光探测器、放大器和相关电路组成，负责将从光纤线路输出的光信号转化 为电信号，并经过放大和后处理后恢复成发射前的电信号。

光模块目前以可插拔式为主，其结构构成中 TOSA 和 ROSA 为核心器件。光模块 集成了发射及接收数字或模拟信号的功能，通常以独立于网络外部的可插拔式为主， 也有网络芯片形式。一个典型光模块包含发射器、接收器、集成电路、射频电路、 数字控制及机械部件等部分。其中 TOSA（发射光组件/Transmitter Optical Subassembly）、ROSA（接收光组件/Receiver Optical Subassembly）及电路板是成本 占比最高的部件。而 TOSA 和 ROSA 作为发射和接收信号的关键器件，直接影响整 体光模块性能，其中 TOSA 主体为 VCSEL、DFB、EML 等激光器芯片，ROSA 主 体为 APD、PIN 等探测器芯片。一般光模块中光芯片成本占比在 30%-40%左右，而 高端高速光模块这一比例可以提升至 50%左右。

光模块技术演技路线方面，光模块技术迭代速率持续加快。从光模块行业技术演进 时间节点来看，2014 年-2018 年行业主要以 100G 光模块为主流产品，2020-2021 年 行业领先企业开始启动 400G/800G 光模块研发推进工作。在 AIGC 推动下，预计 800G 光模块在 2023 年开始小批量生产，下一代 1.6T 光模块预计 2025 年开始逐步 量产。

光模块技术集成化趋势不断提升以应对算力剧增带来的更高技术要求。AIGC 爆发 下大模型训练需求快速提升、算力及数据中心互联需求催生对于更高速率、更高性 能机低功耗的光模块产品需求。通过不断缩减光模块与交换机 ASIC 的距离，从而 一方面减少铜线的使用降低功耗、另一方面缩短使用铜线的传输距离而提高光纤传 输的距离占比从而提高整体光模块的传输速率。目前大规模应用的技术路线为可插 拔式光模块，技术成熟。主要通过 QSFP 连接器与交换机电路板连接，通过铜线与 交换机ASIC芯片传输数据。未来光模块会逐步集成到电路板上，并逐步缩进与ASIC 芯片的物理距离：OBO 板载光学为将收发模块通过插槽插到电路板上，该项技术 2015 年开始研发；近封装则是将光引擎插到承载交换机芯片的有机衬底上，光引擎 与交换机芯片距离缩减到 150mm，预计 2026 年左右时间点开始会有大规模应用； 共封装技术下光学与交换机芯片距离进一步缩至 50mm，且通过TSV 技术完全集成， 2.5D 共封装技术成为主导时间点推测在 2032 年左右，3D 共封装完全继承时间点则 要更远。

从行业远期发展来看可插拔式光模块受限于能耗指数级增长，推动以 CPO 为主要 降低功耗技术路径的研发及商业化需求。根据 Science 杂志文章《Recalibrating global data center energy-use estimates》数据，全球数据中心能耗 2010-2018 年仅增长了 8%， 外推到 2022-2023 年仅增长 2%-3%，主要原因在于云厂商将算力从企业级数据中心 向超大型数据中心转移提高效率、以及服务器级内存效率稳步提升。从能耗分布来 看，数据中心能源消耗主要来自于服务器和基础设施。随着数据中心 PUE 值降低及 效能比提升，服务器电力消耗逐渐成为主要部分。存储消耗占比也有较大提升但占 比较低，基础设施消耗占比逐渐下降。网络消耗占比一直处于较低水平， 2012/2018/2022 年数据中心网络侧用电占比分别仅有 1%/2%/3%。随着 800G 等高速 光模块渗透率提升，功耗将呈指数级增长，预计到 2028 年光学部分能耗在数据中心 占比将超过 8%，传统可插拔式光模块进一步提速将受到功耗急剧增长限制，而以 CPO 为代表的新兴技术相比可插拔式光模块可实现 25%-30%的功耗节省，CPO 技 术目前面临的挑战在于封装和低损耗光线互联，在技术成熟后可以大幅改善光模块 耗电情况，支撑数据中心数据传输带宽提升。

1.3. AIGC、云计算等驱动下数据流量爆发增长，算力需求及支出激增

人工智能、云计算、5G、大数据、元宇宙等新技术应用爆发下数据流量高速增长， 数据中心主导数据流量处理和交换。根据公开数据，2021 年全球产生数据流量为 20.8ZB，其中 99.04%（20.6ZB）为数据中心 IDC 产生的流量。其中数据中心内部、 数据中心与用户间、数据中心与数据中心间产生的流量分别为 14.7ZB、3.1ZB、2.8ZB。 2016 到 2021 年全球数据中心流量从 6.8ZB 增至 20.6ZB，年复合增速 24.8%，而云 数据中心流量从 6ZB 增至 2021 年的 19.5ZB，年复合增速达 26.6%。在我国东数西 算、数字经济建设背景下对于核心算力基础设施数据中心的高吞吐及大带宽需求愈 发迫切。

数据流量爆发及 AIGC 驱动下，企业人工智能（AI）支出快速增长，中国智能算力 规模高速提升。根据 IDC 数据，全球企业 AI 投资从 2019 年的 612.4 亿美元增至 2021 年的 924.0 亿美元，预计 2022 年增长 26.6%至 1170.0 亿美元，2025 年有望突 破 2000 亿元。AI 支出增速显著高于数字化转型投入增速。数字化进程推进下海量 数据增长使得我国算力基础设施建设快速发展。根据《2022-2023 年中国人工智能 计算力发展评估报告》，我国智能算力规模预计从 2021 年的 155.2EFLOPS 增至 2026 年的 1271.4EFLOPS，2021-2026 年年复合增长率达 52.3%，而同期通用算力规模从 47.7EFLOPS 增至 111.3EFLOPS，年复合增长率 18.5%。

大模型推动中国 AI 相关支出快速增长。根据 IDC 数据，2022 年中国 AI 市场规模 小幅低于预期，同比增长 17.9%，主要系疫情、经济形势及供应链等原因使得政企 客户市场服务器及存储系统采购放缓。到 2023 年随着 ChatGPT 大模型引领下的 AIGC、数字人、多模态大模型等需求爆发，增速有望回升，市场规模将达 147.5 亿 美元，到 2026 年将达 264.4 亿美元，2021-2026 年五年复合增长率超过 20%。细分 产品来看，AI 硬件占比超过一半；AI 软件受益于 NLP、CV 等大模型带来的性能提 升占比有望快速增长，预计到 2026 年中国 AI 软件市场规模将达到 76.9 亿美元，占 比 29%，较 2021 年提升 10 个百分点；AI 服务市场到 2026 年将达到 32.7 亿美元， 五年年复合增长率近 30%。细分市场来看，互联网云厂商等专业服务领域行业客户 仍是主要需求方，其次为地方政府、银行和通讯领域，预计到 2026 年占比分别为 29.3%、8.9%、7.8%和 7%。其中银行和地方政府增速最快，五年 CAGR 超 23%。

1.4. 电信侧光模块：前传、中后传向更高速率演化

5G 演进下前传带宽催生 50Gb/s 及更高速率光模块需求。通信领域前传光模块是连 接基带处理单元（BBU）与远端射频单元（RRU）/有源天线处理单元（AAU）的重 要构成部分。其速率不断演进从 2G 的 1.25Gbps、3G 的 2.5Gbps 到 4G 的 6/10Gbps， 传输距离包括 300m、1.4km 和 10km 等。5G 接入网下 AAU 天线数量将提升 8 倍， 空口带宽从 20MHz 升至 100MHz，同样 CPRI 方案下带宽需求将提升 40 倍。通过 eCPRI 切分方案将部分 BBU 部署在 AAU 上降低带宽需求从而使得目前 5G 前传接 口带宽需求为 25Gbps。未来随着 Sub 10GHz、毫米波等频段上逐步部署，天线和空 口数进一步增加，前传光模块速率将达到 50Gb/s，推动对更高速率光模块需求提升。

5G 中回传光模块有望提升对 400G 及 800G 高速光模块的需求。5G 中回传接入层 以环形拓扑为主，典型带宽需求为 10/25/50/100Gb/s，而随着高速率远距离传输的光 模块技术如 400Gb/s、30/40km 技术方案的成熟和 800Gb/s 光模块的演进升级，下一 阶段 5G 中回传光模块有望采用更高速率新型光模块技术方案。

1.5. 东西向流量推动数据中心架构不断演化，高速率低能耗成为数通光 模块发展趋势

传统数据中心结构不断优化，由传统三层分层模块化结构向更扁平易扩展的 CLOS 架构演进。传统企业数据中心一般采用分层模块化设计，传统大型数据中心通常呈 三层网络架构：1）接入层/机顶交换机：用于所有计算点的连接；2）汇聚层：汇聚 交换机与 Access 交换机相连接，具备网关、路由策略等功能、并部署有防火墙、负 载均衡等业务；3）核心层：核心交换机用于汇聚层的互联并实现数据中心与外部网 络的通信。早期数据中心数据流量大多为南北向流量（数据中心外客户端到数据中心服务器流量），三层架构可以实现较好的负载均衡。而随着东西向流量（数据中心 内部服务器之间的流量）占据主导地位，催生三层架构分层模块化转向 CLOS 架构， CLOS 架构又包括 Fat-Tree 胖树、Spine-Leaf 的架构，更加扁平更易于水平扩展。

交换芯片速率提升带动 800G 和 1.6T 高速率光模块需求增长。从目前数据中心光模 块部署进度来看，2019-2020 年起亚马逊、谷歌、微软、Facebook 等北美头部云厂 商及科技企业的超大型数据中心内部互连已开始商用化部署 400Gb/s 光模块；而国 内数据中心节奏相对较慢，目前处于 100Gb/s 向 400Gb/s 的过渡正在大规模部署。 此外，从数据中心交换芯片吞吐量历史演进来看，平局每两年速率提升一倍，预计 2023 年将达到 51.2Tb/s，2025 年之后达到 102.4Tb/s。交换芯片速率指数增长下 800Gb/s 和 1.6Tb/s 等更高速率将光模块需求有望逐步放量。

光通信在数据中心传输中逐步向短距离场景渗透。目前网络架构下机柜内部大部分 由铜线连接，随着 SerDes 速率提升解决速率限制瓶颈，铜线连接将向具备更大带宽 容量、更好电磁抗干扰性的光纤转移，从机架之间向板到板、芯片到模块以及新派 到芯片领域光学部件应用有望逐步提升。预计机柜顶交换机将同时具备数个用于向 下连接的可插拔接口以及向上连接的 CPO 节点。

数据中心互联下光模块向更高速率持续迭代，下一代 800G 光模块蓄势待发。数据 中心内部依据具体场景不同目前运用的光模块速率及技术不同。叶脊架构下数据中 心互联场景可以分为数据中心之间、脊-核心、叶-脊、TOR-叶、服务器-TOR、服务 器之间场景，除服务器与服务器间场景外其余场景互联均应用有光模块。预计随着 AI 带来的流量爆发驱动下，TOR-叶连接及之上的连接层级下一代均向 800G 速率转 换，光模块厂商迎来新一代技术带来增量需求。

数据中心内部互联数据流量（东西向流量）占比大，光模块向高速率、低功耗、低 成本和智能化方向演进。速率方面，提升驱动力主要来自交换芯吞吐容量和 Serdes 带宽提升，Serdes 是 ASIC 芯片与外界交换数据的基本单元，光端口带宽为 Serdes 带宽整数倍，如 100G CAUI4 端口包含 4 个 25G NRZ Serdes。功耗方面，400Gb/s 光模块早期功耗为 10~12W，预计随着技术进步长期功耗有望降低至 8~10W；目前 800Gb/s 光模块功耗为 16W 左右，此外光电共封装光引擎（CPO）技术也是未来发 展趋势，通过光引擎与交换芯片合封来降低互连 SerDes 功耗及成本能够降低光模块 未来随着速率提升而带来的功耗指数级增长。降低成本方面，主要通过调整机柜布 局、DAC 代替光缆、非相干方案长距离拓展等途径实现。智能化方面，AI、机器学 习、大数据技术赋能光模块健康度监控及故障预警等功能的增加也对光模块提出了 新的要求。

短期内技术成熟成本低的可插拔式光模块仍将为主流方案，未来 CPO 共封装模式 将逐步成为主流方案之一。预计 2024 年之前，可插拔式光模块仍将是市场主流技 术路线。其技术成熟、成本低，可以快速出货满足头部云厂商客户快速构建大模型 所需算力基础设施的激增需求。此外头部光模块厂商也于近几年相继推出板载光学 /共封装光学方案，目前处于渗透率提升、出货爬坡阶段，未来几年可插拔将与 CPO 路线共存，而随着 CPO 技术路线成熟、技术工艺进步带来成本降低下，预计 2030 年后 CPO 将凭借性能优势成为主流技术路线。

英伟达 A100、H100 GPU 为 AI 服务器普遍选择方案，A100 SurperPOD 架构下采 用 200G 光模块。当前英伟达 GPU 方案为 AI 服务器芯片主流，OpenAI 即用英伟达 H100 训练 ChatGPT。英伟达于 3 月推出算力更强的 A100 GPU 和 H100 GPU,算力 进一步提升行业领先优势明显，预计大模型厂商均将英伟达 A100 等为主要服务器 芯片方案。以 A100 为例，在英伟达 AI 数据中心架构解决方案 SuperPOD 中，每台 服务器配有 8 块 A100 GPU，每个 SuperPOD 共有 140 个 A100 服务器 170 个 200G InfiniBand 交换机，此外每台 DGX A100 配有 8 个 200Gbps 的高速计算网和 2 个 200Gbps 的高速存储网。每台交换机 40 个 200G 端口，则 170 个交换机共有 6800 个端口，考虑端口冗余下 70%-80%的端口利用率，则共 4760-5440 个 200G 光模块 需求，SuperPOD 共 1120 块 A100 GPU，则英伟达解决方案下 GPU 与光模块数量之 比为 1：4.25-4.86。

AI 推算类大模型带来算力需求为光模块带来的市场空间增量约为 6%-10%。依据 集邦咨询推测，类 ChatGPT 大模型训练及推理运营所需算力合计约为 30000 块英伟 达 A100 GPU；假设按照英伟达 SuperPOD 方案，根据上述测算，GPU 与光模块数 量之比为 1：4.25-4.86，取 4.5 计算。假设保守/中性/乐观情境下，类 ChatGPT 大模 型数量分别有 15/20/25 个，200G 光模块单价为 200 美元，则最后得出在保守/中性/ 乐观情景下 AI 服务器及数据中心带来的光模块增量市场空间分别为 4.05/5.40/6.75 亿美元；根据 Yole 数据，2021 年全球数通光模块市场空间约 59 亿美元，2021-2027 年 CAGR 为 19%，按照 2022 年增速 20%测算，则 2022 年全球数通市场规模约为 71 亿美元。AI 大模型带来的数据中心光模块增量在保守/中性/乐观情景下分别为 6.4%/8.5%/10.6%。

2. 需求端：AI 驱动高速光模块增量快速增长

2.1. 互联网/云厂商数通需求逐步成为主导，AI 驱动资本开支有望反弹

AI 推动下互联网厂商资本开支有望迎来拐点。光模块行业景气度与下游应用客户 通信运营商及互联网内容提供商的资本支出情况高度相关。根据统计测算，2015 年 以来通信运营商资本开支整体增长幅度不大，2021Q3、Q4 因国外运营商 5G 投资加 大有所增长。互联网厂商则为应对数据流量持续增长带来的服务需求不断加大资本 投入，2015Q1 互联网内容提供商（ICP）的资本开支占比不足 20%，至 2022Q4 占 比已超过 50%。从季度增速来看，ICP 资本支出增速长期大幅快于 CSP，但二者在 22 年均受疫情及经济影响逐季度下滑。而 OpenAI 的 ChatGPT 大模型的推出催生各 厂商加大大模型投入，ICP 资本开支增速有望回升。

运营商资本开支整体变化幅度不大，全球及我国运营商资本开支 2022 年受疫情及 经济影响有所下行。从历史趋势来看，全球头部通信运营商季度资本开支整体稳定 在 400-450 亿美元水平，因代际移动网络建设存在一定周期性。2022 年下半年资本 开支因 2021 年下半年支出较高而出现较大降幅。主要系 21 年下半年我国运营商 5G、算力等相关资本开支达到高峰所致，2021 年第三、四季度我国运营商资本开支 同比增速分别达到 27.8%、25.6%，高基数使得 2022 年三、四季度我国三大运营商 资本开支分别同比下滑 17.5%、8.9%。进入 2022 年我国运营商 5G 建设及资本开支 节奏开始放缓，预计未来随着产业数字化投入加大，整体运营商资本开支增速保持 平稳水平，电信市场光模块需求保持稳健。

大模型带来竞争态势下头部互联网云厂商资本开支增速有望回暖。互联网厂商因流 量需求激增不断扩张资本开支，我们测算全球 top15 互联网云厂商单季度资本开支 从 2015 年第一季度的 99 亿美元增至 2022 年第四季度的 500 亿美元，增速远超 CSP 资本开支增速。2020 年左右因疫情加大线上办公及流量需求，ICP 资本开支处于阶 段性上行周期，其中 2020 年第四季度资本开支同比增速达 47.2%。2022 年我国放 开管控后短期内宏观经济不景气、消费萎靡，致使头部互联网厂商因业绩不佳纷纷 裁员削减资本开支。全球 ICP 资本开支增速 2022 年四个季度分别下滑至 30.5%、 16.4%、13.2%和 9.5%，增速逐季度明显放缓。随着 OpenAI ChatGPT、微软 Copilot 等大模型及应用提出，AIGC 将成为下一阶段科技公司的核心竞争力，预计北美及 中国头部云厂商均将加大相关资本开支投入，行业景气度有望边际好转。

2.2. AI 驱动下光模块市场增速有望迎来反转

2027 年全球光模块市场空间将达到 247 亿美元，数通领域增速更快。根据 Yole 数 据预测，2021 年全球光模块市场空间约 102 亿美元，至 2027 年将增至 247 亿美元， 年复合增长率达 16%。其中数通市场受到 AIGC、云计算等驱动需求增长更快，市 场规模从 2021 年的 59 亿美元增至 2027 年的 168 亿美元，2021-2027 年 CAGR 为 19%。数通市场细分来看，CPO/OBO 光模块增速最快，以太网光模块市场空间最大。 预计以太网光模块市场空间从 2021 年的 49 亿美元增至 2027 年的 142 亿美元， CAGR 为 20%；预计 AOC/EOM 光模块市场空间从 2021 年的 10 亿美元增至 2027 年的 21 亿美元，CAGR 为 15%；预计 CPO/OBO 光模块市场空间随着逐步大规模应 用快速提升，从 2021 年的 1500 万美元增至 2027 年的 5 亿美元，CAGR 高达 84%。 而电信市场规模从 2021 年的 43 亿美元增至 2027 年的 79 亿美元，2021-2027 年 CAGR 为 8%。电信市场细分来看，波分复用光模块占比最大且增速最快，是电信市 场光模块主要增量来源，预计波分复用光模块市场规模从 2021 年的 25 亿美元增至 2027 年的 58 亿美元，CAGR 为 14%，而 PON/无线前传/无线中后传光模块市场空 间预计从 2021 年的 10/9/2 亿美元变为 2027 年的 12/7/2 亿美元，CAGR 分别为 2%/- 5%/0%。

光模块行业市场 19 年起受益 5G 建设及云厂商 IDC 建设反转，2023 年需求减弱增 长承压，2024/2025 年有望恢复快速增长。2019 年底，DWDM、以太网及无线前传 光模块需求开始爆发，2020 年及 2021 年疫情导致的居家上学及居家办公进一步加 速了需求增长。根据 Lightcounting 数据及我们预测，2020/2021/2022 年全球光模块 市场空间增速分别为 17%/10%/14%，增长稳健，而 2023 年受全球经济下行影响北 美云厂商资本开支削减导致光模块出货受到较大影响。预计 2024/2025 年随着行业 库存消耗出清及 AI 需求带动新一代高速光模块放量，光模块市场景气度有望回暖， 光模块行业有望重回高速增长轨道。DWDM 及以太网光模块仍将主导市场增长。

从行业季度发展维度来看，电信及数通客户削减开支使得 22 年 Q4 需求边际减少， AI 有望打开行业长期新增量空间。根据 Lightcounting 数据，从季度来看，2022 年 第四季度全球光模块市场空间因电信运营商及云厂商削减资本开支而同比环比均 下滑。其中 FTTx 光模块出货超预期，主要系政府持续推进光网络及数字经济建设。 此外在 ChatGPT 等大模型催化下，AI 基础设施建设投资也将迎来高峰。

流量宽带增长下 100G、400G 光模块出货量成为主要出货增量。根据 Yole 数据， 2022 年所有光模块出货量约为 8500 万只，其中 10G、100G 光模块出货量最大。需 求端来看，新建数据中心的高带宽低时延要求、直播 UHD 视频流量快速增长、 AR/VR 及车联网等联网设备对于带宽时延的高标准需求使得对于数据中心的高速 连接需求持续。高速光模块逐渐实现对低速光模块的替代，预计未来 100G 光模块 出货量仍将保持增长，而 10G 光模块出货量开始下滑。此外 400G 光模块将持续快 速放量，800G 光模块 2023 年起将逐步起量。预计到 2026 年全球光模块出货量将 达 1.5 亿只左右。

2026/2032 年全球数通光模块市场规模将增至 151/281 亿美元， CPO 光模块逐步迎 来放量增长，行业整体仍以传统以太网可插拔光模块为主要产品。根据 Yole 数据， 2020 年全球数通市场光模块市场空间为 53 亿美元，到 2026/2032 年分别增长至 151/281 亿美元，CAGR 分别为 19%/15%。其中以太网光模块仍将是数据中心主要 需求增长来源，将从 2020 年的 44 亿美元增至 2026/2032 年的 126/223 亿美元，20- 26CAGR 和 26-32CAGR 分别为 19%和 11%。采用共封装光学的光模块将随着技术 成熟度提升及成本降低逐步大规模应用。2020 年 CPO 光模块市场空间约 600 万美 元，至 2026/2032 年将增至 3/22 亿美元，20-26CAGR 和 26-32CAGR 分别达 104% 和 19%。

从产品速率技术维度来看，中期 1.6T、长期 3.2T 光模块将成为数通领域 CPO 市场 主要增量，数据处理领域光学 I/O 率先放量。根据 Yole 数据预测，2025 年之之前 CPO 市场主要为 1.6T 光引擎率先应用，2025 年之后随着速率迭代 3.2T 光引擎快速 提升份额，1.6T 份额逐步下降，2030 年 6.4T 开始放量，整体市场空间快速增长。 整体 CPO 市场空间预计从 2022 年的 3800 万美元增至 2028 年的 1.37 亿美元，至 2033 年将达 26 亿美元；2022-2028 年 CAGR 为 24%，2028-2033 年 CAGR 为 80%。 细分技术路径来看，用于 AI/ML 的 HPC 的光学互联接口方案将快速放量，预计市 场空间将从 2022 年的 500 万美元增至 2028/2033 年的 1.16/23 亿美元，2022-2028 年 CAGR 和 2028-2033 年 CAGR 分别为 68%/81%。而网络连接端 CPO 目前技术尚未 成熟，成本高昂，产业链仍需建设完善，仍有一定不确定性，放量节奏比处理端要 慢一些。2027 年起 EOI 和 NPO 技术将被更成熟的 CPO 技术取代。预计用于网络连 接的 CPO 光模块产品将从 2022 年的 600 万美元增至 2028/2033 年的 0.21/2.87 亿美 元，2022-2028 年 CAGR 和 2028-2033 年 CAGR 分别为 41%/69%，保持高速增长。

光模块技术迭代迅速，价格年降趋势显著。光模块迭代速率较快，新产品推出后会 使得老产品价格迅速下降。新一代产品推出后随着出货量增加产品良率不断提升及 成本摊薄使得降价空间较大，同时新产品导入初期竞争激烈，因此光模块新品问世 初期 2-3 年价格往往降幅较大，后续降幅有所收窄。根据 Yole 数据，2022 年 100G/400G/800G 光模块平均价格分别约为 140/600/900 美元左右。随着工艺成熟及 技术进步，到 2026 年，100G 光模块单价将降至 60 美元左右，而 400G/800G 光模 块将降至 2-300 美元区间。

光模块成本中 TOSA 及 ROSA 是核心原材料部件，400G 光模块电路板成本占比显 著提升。光模块主要由 TOSA、ROSA、电路板等组成，其售价包含 TOSA、ROSA、 电路板、组装成本、制造成本及毛利等。根据 Yole 拆解报告，100G 光模块技术更 为成熟，且相对速率低，组装、制造成本及电路板成本较低，因而毛利较高；而 400G 光模块受良率限制报废成本较高，此外电路板成本占比显著提升，制造成本略微增 加，整体毛利率略低。

2.3. 中国龙头厂商市场份额排名行业前列，具备世界竞争力

中国光模块厂商凭借本土化用工成本优势快速成长，市场竞争力和份额稳步提升， 具备世界一流竞争实力。光模块市场因下游客户较分散且产品种类繁多，竞争较为 激烈。光模块厂商参与者众多，竞争格局较为分散。国内厂商经过工艺累积赶超国 外厂商后凭借人工成本优势逐步提升市场份额，尤其中际旭创数通领域市占率已达 世界一流水平。据 Yole 数据，国内头部厂商市场份额及排名稳步提升。2018 年，中 际旭创、光迅科技、海信宽带光模块市场份额排在 3、5、6 位；2019 年光迅科技、 中际旭创、海信宽带分列 4、5、6 名；2020 年中际旭创、海信宽带、光迅科技市场 份额提升，分列 3、4、5 名。2021 年收购了 Finisar 的 II-VI 市场份额 12%排名第一； 中际旭创份额 11%排名第二，与龙头差距进一步缩小；海信宽带和光迅科技市场份 额均为约 8%，列三、四名，思科 7%市场份额排名第五。

根据 Lightcounting 公布数据，2021 年中际旭创光模块出货量与 II-VI 并列第一。 依据另一大光通信领域权威第三方研究公司 Lightcounting 数据，2021 年中际旭创 光模块市场份额已追平 II-VI，并列第一。华为、海信宽带、新易盛、光迅科技分列 2、4、6、7 位；前十大厂商中中国厂商数量由 2010 年的 1 家（WTD 武汉电信器件 有限公司）增至 2021 年的 5 家，已经占据半壁江山，光通信领域中国企业竞争优势 不断体现，市场份额持续提升。

国内光模块公司世界领先，率先受益 AIGC 需求，业绩有望较快反转。从数通市场 光通信产业链上下游来看，仅光模块领域中国企业具备较高市场份额和国际竞争力。 在以 InP 衬底平台的光通信产业链中，衬底、外延、组件制造由国外 AXT、II-VI、 Lumentum、博通等公司主导。中国企业在光模块行业具备显著优势。其中中际旭创、 华工正源专注于模块生产，而新易盛、光迅科技同时从事组件生产。随着 AIGC 催 化下大模型训练竞赛开展，我国光模块、光器件、光芯片等光通信公司将深度受益 AI 带来的增量需求。其中光模块公司世界竞争优势明显，直接供货北美云厂商，业 绩率先受益；光芯片公司则有望突破高端光芯片，逐步实现国产替代。

3.重点公司分析

3.1. 中际旭创：数通光模块龙头，率先受益北美云厂商 AI 增量需求

数通市场光模块龙头，深度受益 AI 增量需求。据 Lightcounting 数据，公司 2021 年 全球光模块市场份额与 II-VI 并列第一。此外 Omdia 报告也显示，公司 2021 年市场 份额 10%高居第二，且份额提升最多，市占率提升超 1%，主要系 200G、400G 光模 块产品向云厂商数据中心供货量增加。在 AI 大模型浪潮下，公司作为数通市场光 模块龙头企业，有望率先供货享受 AI 带来的市场增量，同时公司于泰国设立工厂， 针对性保障海外客户交付需求，有望维持业绩快速增长，持续提升市场份额。

800G 光模块实现量产出货，供货节奏走在市场前列。公司具备 800G OSFP 和 800G QSFP-DD 两种产品，且均包括 4×200 和 8×100 架构以及硅光短距离传输方案，产 品布局较早成熟度高。根据公司投资者互动平台最新披露，公司 800G 硅光模块已 经量产出货并持续上量中。进一步印证公司龙头地位，800G 光模块订单落地出货有 望为公司带来新一轮高速增长动能。

3.2. 新易盛：并购外延布局硅光，高速光模块领域快速成长

800G 光模块小批量出货，高速光模块领域发力市场份额快速提升。公司成功推出 OSFP-DD 800G 光模块和 OSFP 800G 光模块等 800G 产品，且已实现向客户的小批 量出货，向高速光模块领域的升级转型进度不断拓展，高速率光模块收入占比持续 提升，将充分受益 AI 数据中心带来的增量需求。根据 Yole 数据，公司 2020 年市场 份额排名第 11；而 2021 年根据 light counting 数据，2021 年公司市场份额排名第 7， 市场份额快速提升，成效显著。

收购 Alpine 深化全球布局，扩充产品矩阵提高核心竞争力。2022 年公司完成对海 外参股公司 Alpine 收购，进一步提升公司在硅光模块、相干光模块以及硅光子芯片 技术领域竞争力。此外公司还推出了基于薄膜铌酸锂调制器技术的 800G 光模块产 品、低功耗 400G QSFP-DD DR4 光模块以及 400G ZR/ZR+相干光模块等多个产品， 产品矩阵完善，覆盖光通信下游各行业领域，有望在高速率光器件行业持续提升品 牌优势和影响力，进一步提升市场份额。

3.3. 源杰科技：国产光芯片领军企业

深度耕耘激光器芯片领域，IDM 模式全流程自主可控。公司主营产品为 2.5G、10G、 25G 及更高速率激光器芯片，主要应用于光纤接入、移动通信网络及数据中心等场 景。经多年耕耘公司已成功建立成熟的 IDM 全流程业务体系，更适用于注重工艺成 熟、稳定及可靠性的激光器芯片领域，同时芯片设计与晶圆制造过程联系更加紧密， 反馈测试周期短，有助于进一步优化改良，助力公司产品不断推陈出新。公司已形 成了“两大平台”和“八大技术”的先进生产制造工艺，可实现激光器芯片高速调 制、高可靠性、高信噪比等性能优化及良率提升、封装简化等成本降低，产品性价 比及竞争力不断提升。

产品性能优质行业认可度高，客户资源丰富市占率国内领先。在 2.5G 及 10G 激光 器芯片国产化程度较高领域，公司提供全波段、多品类产品及低成本集成方案差异 化竞争；在 25G 及更高速率领域，公司率先实现大批量供货。根据 C&C 数据，2020 年公司对外磷化铟半导体激光器芯片对外销售国内第一，其中 10G、25G 出货量国 内均列第一名。根据 ICC 数据统计，公司 2021 年全球 10G DFB 激光器芯片出货份 额占比 20%，排名首位。公司各类产品已实现向国际前十大及国内主流光模块厂商 海信宽带、中际旭创、博创科技的批量供货，竞争地位行业领先。此外公司 100G PAM4 EML 芯片研发进度顺利，有望实现高端光芯片领域国产化进一步突破。

AIGC 行业高景气度持续催化，拓展布局激光雷达等新应用场景。高速光芯片作为 光电信号转换的基础元件，直接影响光通信系统传输效率，是现代高速通讯网络的 核心之一。随着 OpenAI GPT-4、微软 Copilot、百度文心一言等革命性 AI 产品相继 问世，算力和数据需求将大幅增长，云计算、数据中心等算力网络基础设施建设有 望提速，公司作为行业上游稀缺的国内光芯片龙头有望深度受益。此外公司积极拓 展 1550 车载激光雷达芯片、甲烷传感器激光芯片等新兴领域，业务边界不断拓展。

3.4. 光迅科技：光器件模块整体解决方案领先供应商

行业领先的光电器件一站式服务提供商。公司产品涵盖全系列光模块、无源光器件 /模块、光波导集成器件、光纤放大器等多光电子领域产品，同时具备有源和无源芯 片、光集成器件进行系统性、战略性研究开发能力，在电信、数通领域构筑综合解 决方案能力壁垒，供货全球 TOP10 通信运营商及互联网厂商。公司 800G 光模块产 品已经送样，根据 Yole 数据公司 2021 年光模块市场份额 8%，排名第四。

产品品类丰富具备芯片到系统的垂直集成能力，关注公司在激光雷达领域的研发探 索。公司产品按应用领域可分为传输类、接入类、数据通信类，涵盖光电子器件、 模块和子系统产品，产品矩阵丰富。公司具备从底层芯片到子系统的垂直集成能力 及光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台。此外公司 积极探索激光雷达光源市场。预计公司有望凭借激光器光源及系统整合的能力优势 在激光雷达光源领域实现突破，拓展新市场打造新增长点。

3.5. 天孚通信：高速光引擎开始交付，CPO 产业链核心供应商

高速光引擎项目实现交付，CPO 产业链核心供应商。公司面向 5G 及数据中心的高 速光引擎建设项目 2022 年开始批量生产并为客户批量交付；400G/800G 光模块配 套光器件已实现对供给数据中心客户的批量出货。高速光引擎作为共封装光学 CPO 路径采用的核心技术之一，，在 AI 算力爆发下是能够帮助解决光模块功耗指数级增 加的痛点，随着相关产业链逐步完善及技术成熟度提升，长期来看 CPO 方案有望成 为光模块主流技术路径，公司作为光引擎重要供应山尽享 CPO 渗透率提升红利。

激光雷达、医疗检测等新领域不断拓展，光器件送样旨在打开新成长空间。天孚通 信依托成熟的光器件研发平台和在材料、元器件、设计、继承封装等领域的丰富经 验向激光雷达、医疗检测等新兴领域拓展。公司激光雷达用光器件产品小批量认证 顺利，持续优化工艺做好量产供货准备。此外公司也为医疗检测客户提供配套新产 品。随着新产品顺利导入客户供应体系实现放量，公司有望开辟第二增长引擎。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。「链接」

相关问答

【简述信息光学的研究内容并分析其影响也就是傅里叶光学】作业帮

[回答]主要内容:1、衍射系统的屏函数2、夫琅和费衍射的傅立叶频谱分析3、阿贝成像原理影响:近10年来,光纤通信和相应元器件的发展极大地促进了信息光学...

光通信中TE、TM波的模式是什么意思具有什么样的物理意义-...

【21131】光波概述光具有波粒二5261象性,也就是说微观来看,由光4102子组成,具有粒子性,但是1653宏观来看又表现出波动性光的本质是电磁波,波长和频...

光通讯是什么意思?

光通信就是以光波为载波的通信。随着信息时代的到来,人们对光通信带宽的需求日益增加,增加光路带宽的方法有两种:一是提高光纤的单信道传输速率;二是增加单光...

光通信技术是什么?

光通信是一种利用光波传输信息的技术,通过将信息转化为光信号,通过光纤或空气等介质传输到目标地点,再将光信号转化为电信号,实现信息的传输和交流。相比传...

激光通信原理?

激光通信是一种利用激光传输信息的通信方式。是利用大气作为传输媒质的激光通信。光纤通信是利用光纤传输光信号的通信方式。激光通信系统组成设备包括发送和...

光通信中TE、TM波的模式是什么意思具有...-懂得

【21131】光波概述光具有波粒二5261象性,也就是说微观来看,由光4102子组成,具有粒子性,但是1653宏观来看又表现出波动性光的本质是电磁波,波长和频...

激光通信技术要点?

激光通信技术与无线电通讯原理相似,即先将声音信号调制到激光束上,然后把带有声音信号的激光发送出去。最后用接收装置把音像信号检出来。激光通信按其应用范...

光通讯模块是干什么的?

光通讯模块是一种用于光通讯系统中的设备,主要用于将数字信号转换成光信号,以实现高速、远距离和大容量的数据传输。光通讯模块通常由激光器、光电探测器、调...

光纤通信是利用光的什么特性?

光纤通信利用的就是全反射的道理。光纤在结构上有中心和外皮两种不同介质,光从中心传播时遇到光纤弯曲处,会发生全反射现象,而保证光线不会泄漏到光纤外。光...

下列关于信息技术的说法，正确的是()A.用手机通话时，手机直...

[最佳回答]A、手机通话是用微波信号与电话网络联系的,并非直接传输声信号.此选项错误;B、移动通信是利用电磁波传递信息的,包括Wifi无线上网.此选项正确;C、光...