光通信2021展望：中国市场增长5%，助推全球复苏

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中国2021年光缆消费将增加4%～5%。

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文 | 通信产业报(网) 高超

跌宕起伏的2020年已经成为过去，对于光通信行业而言，2021年又将是怎样的光景？

回首2020年，光通信厂商的经营业绩犹如坐上了过山车，呼啸着在钢轨上一路冲到谷底，再艰难爬坡，演绎得惊心动魄。而主导这场跌宕起伏大戏的不是地球引力，而是外部经营环境。受到新冠肺炎疫情影响，光通信厂商2020年第一季度大多出现了营业收入、净利润大幅下滑的局面，随后第二季度在新基建、运营商集采等利好政策的刺激下，业绩有所回暖，并将这个增长势头保持到第三季度和第四季度，帮助不少企业扭亏为盈。

但是根据CRU、LightCounting等国内外知名研究机构提供的数据，受新冠肺炎疫情在全球蔓延的影响，光纤光缆、光器件等主要光通信产品市场的整体表现仍较低迷。为此，CRU预测2020年全球光缆消费将同比下滑2.3%，且2022年之前不会超过2019年的水平。 而LightCounting则全线下调了光模块市场预期，认为全球网络服务提供商将在2021年底前恢复基础设施部署，并在2022-2025年加快步伐。

5G建设拉动光纤光缆需求上涨

尽管受到新冠肺炎疫情影响，全球光纤光缆需求量增长缓慢，但是随着大规模FTTH建设已基本完成，5G网络部署将成为未来光纤光缆消费增长的主要驱动力。

在日前召开的2021年全国工业和信息化工作会议上，工信部部长肖亚庆表示，2021年新建5G基站将达到60万个以上。

另据CRU预测，2021年中国5G基站的需求量将远远超过4G基站，新建5G基站将达到100万个，5G的大规模发展以及向独立组网（SA）转变将有助于推动未来几年的光缆消费。

为此，CRU仍看好中国与5G相关的消费前景。CRU线缆部门负责人Michael Finch表示，三大电信运营商2020年的5G资本支出比2019年暴增338%。随着电信运营商越来越关注大规模的5G铺设，2021年这一趋势将延续下去，并有助于巩固它们在5G领域的领先地位。

基于上述预测，CRU认为，随着经历2020年消费的小幅收缩，中国2021年光缆消费将增加4%～5%。

如果放眼全球，鉴于5G SA建设需要更高的光纤量和相关的新基础设施，Finch认为，从2021年开始，5G将对全球光缆消费产生更深远的影响。

CRU预计到2021年，随着新冠肺炎疫情得到控制，全球经济恢复正常，运营商的固网、5G建设将步入正轨，全球光纤光缆的需求预计增长7%。同时在无处不在光纤网络的驱动下，未来几年光纤光缆的需求将保持较为稳定的增长。其中，仅移动基础设施和铁路设施建设将需要近2亿芯公里光纤光缆，到2024年，这一数字将增长至3亿芯公里，年复合增长率约14.5%。

不过，需要说明的是，2017年以来，在预制棒投资激增和产能扩张的推动，且2018年以来全球光缆消费萎缩的情况下，全球光纤预制棒过剩产能的情况进一步加剧，导致光纤光缆价格持续走低。

Finch指出，尽管这种情况首先出现在中国国内市场，中国国内生产商迅速增加出口量，用以维持国内较高的开工率，但疲软的价格已波及全球市场。

为此，CRRU预计，除非产能过剩的问题得以解决，并出现有意义的供应合理化，否则光纤光缆中期价格将继续承压。

光模块需求增长谨慎乐观

受新冠肺炎疫情影响，很多企业2020年的收入下滑，业绩承压，导致用于互联网带宽和流量的支出减少，这直接影响了网络服务提供商的收入。为此，LightCounting在报告中指出，Ciena、思科、英特尔都大幅下调了面向企业和电信客户的销售预期。网络服务提供商虽然会继续扩容现有系统，但是新项目开发的数量将急剧下降。

尽管如此，依然有国外专家预测，世界经济增长很有可能在2021年恢复到疫情前的水平。因此LightCounting预测，全球各地网络服务商最晚会在2021年底之前恢复信息基础设施建设，进而推动全球光模块需求量增长，并从2022年起重回加速上升通道。

光模块主要负责光通信网络中光电信号相互转换，是5G前传网络、数据中心等信息通信基础设施中的重要组成部分，也是网络服务商重点采购的光器件之一。

在中国，2020年，很多光模块厂商发布了波分复用（DWDM/CWDM）光模块、400G高速以太网光模块等各类新产品。随着2021年新基建继续加速，中国光模块需求量将出现较快增长，但是光模块集采价格将很可能保持较低水平。

与中国相比，欧洲和美国5G部署节奏将放缓，这将影响5G前传和回传光模块产品的需求量。

不仅如此，阿里巴巴、亚马逊等数量相对较少的云计算服务商是以太网光模块的主要消费者，面对数量庞大的光模块厂商拥有较强的议价能力，虽然光模块需求量与数据中心建设规模成正比，但是在激烈的市场竞争中，以太网光模块价格将会继续下降。

由于上述原因，LightCounting在预测光模块需求规模恢复增长的同时，下调了除光互连板块外的各类光模块产品市场预期，特别是对FTTx、5G前传和回传产品的预测下调了15%～30％。

光传送网快速迈进400G

从G.654.E光纤通过现网测试到400G硅光模块发布，从400G核心交换机商用到400G城域网部署，全球400G系统有望在2～3年成为光传送网市场主流应用。

中国移动研究院教授级高级工程师李允博预测，从骨干网层面来看，单波400G即将开启，并进入长周期。

据国际咨询机构Omdia预测，2021年，全球400G市场规模将近40亿美元，2022年将达50亿美元，2023年将达60亿美元，成为主流。

2020年400G+线路侧将迅速增长，主要驱动来自网络提速（骨干上200G，城域上400G）以及数据中心互联应用，李允博表示。

而国际咨询机构Dell'Oro Group的最新研究报告也印证了这一点。该公司预测到2021年底，400G需求将在光网络的各个部分大量出现。

不仅如此，新华三集团交换机产品线总经理乔剡还认为，从2021年起全球以太网会快速进入400G时代，在随后五年间，相关的设备、光路和配套生态成本会大幅度下降。而在数据中心内部，2021年也会有企业开始采用400G数据集群。

显然，400G将在2021年的光传送网市场迅速开花结果。不过，从发展趋势来看，400G并非终点。

据悉，产业链厂商正积极研究800Gbps技术，开发相关产品和解决方案，并且率先在俄罗斯、土耳其等国开展现网部署或实验。

而Dell'Oro Group预测，在2021年，600 Gbps能力的线卡在2021年将迎来快速增长，支持800Gbps的线卡的出货量也会增加。

Omdia也认为，到2021年，长途网络市场升级到600G和800G技术的速度将加快。

从单波200G到400G系统，再到未来的800G，乃至1T，业界不断引入新技术，推动光传送网持续扩容升级。

光通信是以5G、数据中心为代表的新型基础设施重要的技术底座之一，也是5G融入千行百业的必要条件之一。尽管新冠肺炎疫情的影响犹在，但是随着新基建的提速和深入，以及信息通信产业的持续复苏，2021年的光通信行业将拨开乌云，迎接5G时代的新一轮增长，且这一增长势头将至少持续到2025年。

光通信行业专题研究报告：全球光网络产业发展趋势展望

（报告出品方/作者：中信证券，丁奇、黄亚元）

光通信产业构成、价值及产业一览

通信的网络结构：光网络承上启下，分为光设备、光缆、光模块三个环节

21 世纪，信息科技得到极大的发展，互联网、大数据、人工智能，极大地丰富了人们 的沟通和生活。而信息科技的底座便是通信网络，正是因为通信网络近二十年来的传输效 率以指数级提升，每比特成本大幅下降，使得海量数据远距离传输，集中处理成为可能， 海量的数据集中到一起，才引发云计算和大数据的革命。每比特传输成本为什么能大幅下 降，传输效率为什么能大幅提升呢？除了以 3G、4G、5G 为代表的空口效率革命以外， 另一个关键就是在传输环节光对电的替代，以及光自身传输效率的不断提升。

我们先看通信网络的架构，理解光在其中所处的位置，然后再分析产业后续的发展变 化。通信网络从网络构架上来看可以简单地分为信息的采集部分、信息的传送部分和信息 的转发、处理和存储部分，如图 1 所示。而光通信主要处于信息的传送部分，具体又可以 分为光通信设备（OTN 和 WDM）、光纤光缆和光模块。接下来我们就这三个环节分别进 行简单的介绍，然后在下一章节进行展开论述。

我们首先介绍下光纤光缆，最早，我们的通信方式也叫电话，这个“电”，其中一部 分指的是中间是用电缆在传输信号。由于电子的趋肤效应，电缆的传输损耗特别大，常用 的 75-12 同轴电缆（750MHz）的衰减值为 79dB/km，而光纤通信的每公里衰减比目前容 量最大的通信同轴电缆要低几个数量级，目前业内普遍使用的普通光纤衰减为 0.20dB/km 左右，而超低衰减光纤衰减程度可小于 0.17dB/km，这使得远距离通信的承载介质很早就 开始转变为光缆。而在接入端，过去十多年来，“光进铜退”工程稳步推进，在 2020 年 5 月 17 日的世界电信和信息社会日大会上，工信部副部长陈肇雄透露，截止 2020 年 5 月， 我国光纤用户渗透率已达 93%，大幅领先于欧美和全球平均水平。

然后，我们介绍下光模块，光模块的存在，本质上是为了解决光电转换问题。由于光 目前还无法存储，当前数字世界的处理其实是依赖电路板或者 PCB 的。而如果我们直接用电信号进行传输，则只需要水晶头就可以了，当年 PC 机连交换机就是 通过水晶头加网线的方式进行连接。但如上文所述，距离稍微一拉长，用电缆不仅价格贵， 信号的损耗更是惊人，因此需要把电信号转化成光信号，光模块的作用就在于将电信号通 过激光器来转换成光信号，然后通过光缆进行长距离传输。

最后介绍下光传输设备（OTN、WDM）。光传输设备的价值有两个，一个是对抗损耗， 放大信号，另一个是复用介质，提升传输效率。为什么光传输设备需要这两个特性呢，因 为光在光纤中进行长距离的传送也不可避免地会有衰减、色散等问题，需要有一个设备对 其进行再放大、重生；另外，只传输一路波对骨干和城域的光纤资源是一种浪费，需要设 备将多路光进行波分复用后再传送，同时，波分复用也是提升单光纤容量的一种有效方式。

光通信产业价值：跨越信息鸿沟，迎接智能时代

随着人工智能、大数据等技术手段的发展，数据的价值越来越凸显。然而，随着采集 数据的传感器数量大增，精度不断提高，维度不断扩展，数据量呈现急剧增长的态势。如 何才能低成本、高效率地去采集、传输和处理数据是一个非常重要的课题。我们认为，中 国光网络过去十数年的快速发展，使得每比特传输成本大幅降低，为中国的数字经济发展 奠定了良好的基础。 首先从信息的采集角度而言，光网络有力地支撑了 FTTH 和 4/5G 网络，使得中国的 互联网和移动互联网迎来了极大发展。

从 FTTH 来看，截止 2021 年底，中国光纤接入 FTTH/O 用户 5.06 亿，仅中国移动一 家用户数量就达到 2.4 亿。中国 FTTH/FTTO 的 用 户 比 率 达 到 93%， 相 较 于 全 球 30%的平均水平遥遥领先。FTTH 的高速发展，一方面与中国的人口基数有关，另一方 面与中国的劳动力成本和土地政策也密不可分。据中国电信集团公司科技委主任韦乐平， 中国 FTTH 的单户成本 2017 年已降到 100 美元，仅为欧美日等发达国家的 1/10。较低的 接入成本加上庞大的市场规模，使中国 FTTH 用户数量突飞猛进，根据工信部数据，到 2020 年底中国 FTTH 端口数约 9.18 亿个。 同时，中国也在不断推进 4/5G 的建设，2019-2021 年，中国共新建 5G 站点 142.5 万。在 FTTH 和基站的大规模建设共同推进下，根据《2021 年通信业统计公报》，2021 年底中国光缆总长度 5488 万公里，其中 2021 年新建 319 万公里。

随着数据量井喷式发展，以及对网络品质要求的不断提高，除了接入网以外，传送网 也在迎来大发展，主要源于以下几点：1、从家庭业务来看：4K/8K 直播、云 VR、自由视 角视频等新型的家庭业务正在蓬勃涌现，这些新业务不仅需要简单的大带宽，还需要更低 时延、更小丢包率等指标以保障良好体验，这些都需要高品质的网络来满足和支撑。2、 从企业来看：业务泛视频化、数据集中化、生产办公系统云化成为鲜明特点，企业数字化 转型一方面产生大量数据，需要集中存储在云端， 同时生产办公的云化也要求企业总部 与分支之间的数据交互更安全、更及时，这也需要大带宽、低时延、安全隔离的网络保障。

产业地图：中国具备最完整产业链，关键环节待突破

中国对信息技术发展极度重视，是全球最大的光通信市场，也是全球最大的制造基地。 光通信产业链完整，从光电芯片、器件、光纤预制棒、光纤光缆到系统设备制造一应俱全， 根据韦乐平在 2017 全球光纤光缆大会上的发言，中国光传输设备发货量占全球的 40%、 光接入设备占 70%、数通设备 25%、光纤 60+%、光器件约 15%。

中国虽然有全球最大的市场和最完备的产业链，但并不意味着每个环节上都有非常强 的竞争力。以光设备为例，华为、中兴通讯、烽火通信已占据最大份额，但在产业链高端 部分还存在短板，例如，光系统环节：WSS 开关、OXC 等关键器件还依赖于进口；光模 块环节，100G 以上的高端相干光模块由欧美公司主导；光芯片环节，10Gbps 基本实现国 产，25G 激光器芯片、PIN 和 APD 器件开始小规模发货，25Gbps 电芯片基本依赖进口， 相干 oDSP 高端芯片主要由欧美公司主导；光纤光缆环节，在超低损光纤、光纤预制棒套 管、光纤涂覆层等环节依赖进口，同时光纤销售依赖于国内市场，国际化拓展还有待进一 步加强。

光通信设备：整机份额市占率超五成，部分核心元器件仍有瓶颈

光通信以光纤作为传输介质，其传输的信号就是光信号。但电脑、手机、光通信设备 等终端，都是通过电信号“0 和 1”来处理信息的，所以终端设备在信息处理时必须进行 光电转换。因此，光通信系统由“将电信号转成光信号的发送单元”、“将光信号转成电信 号的接收单元”及“传输通道光纤”构成。光通信网络主要分为核心层、骨干层、汇聚层 和接入层。

光通信网络从接入层来看主要有 PON 网络，从汇聚、骨干和核心层来看，主要设备 有 WDM、OTN 等。

接入层：PON 市场中国厂商占据七成份额，核心环节 PLC 占五成份额

PON（无源光网络）是指（光配线网中）不含有任何有源电子设备，ODN 全部由光 分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。该技术由 20 世纪 90 年 代的 BPON，发展到 21 世纪初期且沿用至今的 GPON 和 EPON，又到后来的 10G PON、 XG-PON 等等。

全球和中国 PON 市场空间料将保持稳定增速，根据市场研究公司 Dell'Oro Group 的 最新报告，预计 2021 年至 2026 年，用于 FTTH 部署的 PON 设备、有线宽带接入设备和固定无线 CPE 的销售额将会增加，因为服务提供商希望扩大其固定宽带服务的覆盖范围 和速率。得益于光纤建设和补贴措施，相关市场收入有望在 2024 年达到 180 亿美元的峰 值。这份宽带接入五年期预测报告的其他重要内容包括：预计 PON 设备收入将从 2021 年的 83 亿美元增长到 2026 年的 98 亿美元，主要得益于 XGS-PON 在北美、EMEA（欧 洲、中东和非洲）和 CALA（加勒比海和拉美地区）的部署；到 2026 年，固定无线 CPE 的收入预计将达到 28 亿美元，其中 5G Sub-6GHz 和 5G 毫米波的出货量将会领先；随着 运营商加大 DOCSIS 4.0 的部署力度，到 2024 年，有线分布式接入设备（虚拟 CCAP、 远程 PHY 设备和远程 MACPHY 设备）的收入预计将接近 9 亿美元。

PON 网络结构中包含 OLT 设备、ONU 设备及 ODN，PON 的核心设备、器件包括芯 片均已实现国产化，并占据了很高的全球市场份额。 首先分析 OLT 设备，OLT 设备是重要的局端设备，可以与前端（汇聚层）交换机用 网线相连，转化成光信号，用单根光纤与用户端的分光器互联；实现对用户端设备 ONU 的控制、管理、测距。

ODN 环节，PLC 光分路器是 ODN 设备的重要组成器件，其工作原理是对光功率在每 个分支点进行平均分光。PLC 光分路器属于无源光器件，其核心芯片为 PLC 半导体光分 路器芯片。根据仕佳光子的招股说明书，全球 PLC 分路器封装业务 80%以上集中在国内， PLC 光分路器的芯片仕佳光子占有全球 50%的市场份额。

汇聚核心层：OTN/WDM 两分天下有其一，WSS、高端相干模块是短板

接入层基站和宽带的数据传送上来后，需要通过路由器以及波分设备将其传送至核心 网或者 IDC 中加以处理。如前文所述，WDM 和 OTN 的主要价值在于长距离传输以及通 过波分复用提供单纤的大容量。

WDM（波分复用）技术是在光纤上进行信道复用的技术。波分多路复用的原理是整 个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。WDM 可 分为粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。粗波分复用技术一般应用于短距 离的城域网中，它的波长数目一般为 4 波或 8 波，最多 16 波。密集波分复用技术一般应 用于长距离、大容量长途干线网，或超大容量的城域网核心节点，通过波分复用技术，其 单根光纤可以传输的数据流量高达 16 Tbit/s，未来随着单波速率和频谱的提升，可以演进 到 32 Tbit/s，甚至 100 Tbit/s。这其中 CWDM 因为无需选择成本昂贵的密集波分解复用器 和光放大器（EDFA），只需采用便宜的多通道激光收发器作为中继器，因而相较于 DWDM 的成本大大下降。

OTN 是以波分复用技术（WDM）为基础、在光层组织网络的传送网。纯 WDM 的调 度依赖于在 ODF 架手工进行光纤的配置，在接入层因为组网结构相对固定问题不大。对 于汇聚、城域、骨干这种经常需要进行业务变动的，人工调度的工作量和错误率显然是一 个问题，而 OTN 则是在 WDM 的基础上增加了光调度单元 OXC，从而实现了光波上下的 自动配置。 市场空间层面，市场研究公司 Dell'Oro Group 在 2021 年 7 月更新了其《光传输网络 市场五年期预测报告》，全球光传输市场到 2025 年将达 180 亿美元。根据中国产业信息网 预测，2020 年全球密集波分复用（DWDM）器件市场规模将达 45 万只，这主要是得益于 电信运营商的骨干网和城域网升级，波分下沉及波分下乡的积极推进，加之数据中心间的 互联也要用到 100G 和 400G 的 DWDM 端。

市场格局层面，据 Dell’oro 统计，全球主要的波分设备生产商包括华为、诺基亚、Ciena 和中兴通讯等。2020 年，华为、中兴通讯、烽火通信的市占率分别为 30%、12%、6%， 中国厂商占据半壁江山。

我们接下来分析下波分产品核心元器件的国产化情况。DWDM 主要组成部分有线路 侧的 OTU、波分复用和解复用器、光放大器、光监控单元 OSC。其中 OTU 作用为将线路 侧携带业务的 850、1310nm 等波长光信号转换成 WDM 特定波长光信号后输出，国内华 为、中兴通讯、烽火通信、光路科技等可自主生产；光放大器主要有 EDFA 放大器和 Raman 放大器，其作用在于解决光长距离传输衰耗再生的问题，国内光迅科技、昂纳科技、锐科 激光等均可以生产；光监控单元 OSC 的作用在于对设备进行管理，华为、中兴通讯、烽 火通信等厂家均可生产。

这里面比较复杂的是波分复用和解复用器，其主要作用是将多路光合为一路，以及将 一路彩光分解成多路光，就是利用不同波长的波在光纤中相位延时的不同，形成相消型干 涉，在某个特定的端口只输出特定的光，从而实现将其解复用为多路信号的目的，目前国 内厂家尚不具备能力进行生产。

波分复用器件均为有源光器件，常见的波分复用解复用器包括薄膜滤波器（一般用于 8 路以下的 WDM）、阵列波导光栅（AWG，用于 16 波以上）和可调光功率波分复用器 （VMUX）等。其中，薄膜滤波器是基于薄膜滤光片的器件，主要应用于低通道粗波分 （CWDM）市场；AWG 可将 40 个以上波长的光合波或将已合的光波分解成独立光波传输， 广泛应用于密集波分复用（DWDM）系统中；VMUX 则由 AWG 和硅基可调衰减器（VOA， 对于特定的波长的光进行衰减，降低光功率，以保持更好的性能）构成，并加以控制电路， 实现光纤通信骨干网和城域网 DWDM 网络的信道预均衡分复用。

现阶段，我国在 AWG 芯片与 VOA 芯片实力较弱，多采用进口后加工。AWG 芯片主 要掌握在欧美电子器件厂商手中，如美国的 VIAVI、NeoPhotonics 和 Kaiam（前 Gemfire）， 加拿大的 Enablence 和日本的 NEL；硅基电吸收式 PLC-VOA 芯片为美国的 Mellanox（前 Kotura）公司独家生产供应。AWG 和 PLC-VOA 这两类芯片技术门槛较高，可供选择的 供应商相对较少，国内主要有仕佳光子、光迅科技和博创科技在这一块有小批量生产。 ROADM/OXC 主要是在 DWDM 上叠加了波长级的调度的能力，其中波长选择光开关 （WSS）是组成 OXC 及 ROADM 的核心器件。目前，光开关在光通信系统，尤其是在波 分复用系统及全光网中有着重要的应用。

在光开关器件中，波长选择光开关（WSS）尤其值得关注。WSS 技术是可以实现动 态可重构光加/减复用（ROADM）的新一代技术，具有网状架构，能支持任意端口波长任 意上下行的功能。ROADM 技术的演变经历了五个阶段，其中最主要的技术包括 WB ROADM、PLC ROADM 和 WSS ROADM。

我们主要介绍第三代 ROADM 技术 WSS。WSS 最大的特点是每个波长都可以被独立 的交换。多端口的 WSS 模块能独立在输入的多个波长信号中将所选择的波长信号输出到 指定的输出端口，可以通过软件控制动态上/下任意波长，增加网络配置的灵活性。因此基 于 WSS 的网络具有多个自由度，不再像 WB 或 PLC 那样需要对网络互连架构做预先设定。

WSS 器件主要由国外生产厂家控制，包括 Finisar、Molex、Lumentum 等。我国目 前在这一块比较薄弱，海思已经开始自供，光迅科技、博创科技在研发过程中。（报告来源：未来智库）

光模块及芯片：模块三分天下有其一，高端光、电芯片差距明显

光器件主要分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统四大类。其中有源光收发模块的产值占据最大份额，根据 Yole 的统计约为 65%。且从性能上看，光收发模块是光电转化的核心器件，负责光信号的产生、 调制与探测，主导着光通信网络的升级换代，在接入端、传输端等不同细分市场上均发挥 着至关重要的作用。

全球光器件市场规模达百亿，中国光器件市场加速扩张。据 Yole 统计，2020 年全球 光模块市场规模突破 96 亿美元，预计 2026 年达到 209 亿美元，2020-2026 年年均复合 增长率为 14%。光模块市场实现高速增长的主要原因包括：1）电信市场稳定增长：随着 5G 光模块和 10G PON 光模块的上量；电信市场未来几年有望维持 5%的复合增长；2） 数通市场爆发式增长：超大型数据中心加快部署 100G/40G 光模块使得数据中心高速光模 块未来几年复合增速超过 19%。

全球光模块市场相对分散，中国占据 36%市场份额。与光设备、光纤光缆不同，光模 块由于场景不同，对光模块的传输距离、速率、封装方式的需求都不同，造成型号众多， 集中度比较低。从全球市场份额排名，国内有中际旭创、光迅科技、海信宽带（未上市）、 华工正源四家厂商跻身全球前十，其余席位均被美、日厂家占据。总体看，国内厂商依靠 封装技术在无源光器件、光收发模块等中低端细分市场较竞争力强；在高端有源器件、芯 片等方面发展空间较大。

光模块是实现光电转换的核心器件。信息网络主要以光纤或光信号作为传输介质，但 目前对于信息的计算、分析仍给予电信号。因此在设备的接收端，需要光模块进行光电信 号的转换。光模块的核心组件包括 Laser Driver 激光驱动芯片、TOSA (transmitter optical sub assembly) 发射光组件、ROSA（Receiver Optical Sub Assembly）接收光组件、调 制器、LA（Limititing Amplifier）限幅放大器以及光适配器（Receptacle）。在发射端，电 信号通过 TOSA 转换为光信号，再由适配器输入到光纤；再接收端，光纤中的信号通过光 适配器被 ROSA 接收并转成为电信号，输送到计算单元进行处理。

TOSA 的核心组件为激光器。激光器类型分为两类：一为长波长 1310nm 或者 1510nm 的边沿发射激光器（Edge Emitter Laser）；一类是短波长 850nm 的垂直表面腔激光器 VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）。此外主流激光器产品 FP 激光器和 DFB 分布式激光器。除了 TOSA，接入端的核心组件还包括调制器。调制器分为两种：其一为 DML（Direct Modulation Laser）直接调制器适用于短距离传输，价格便宜；其二为 EML （External Modulation Laser）适用于长距离传输，加入一个频率转换器，价格较高；外 调制常用的方式有两种，一种是 EA 电吸收，一种是 MZ。

ROSA 主要包含两个组件 PD 和 TIA。PD 是 Photo Detector，光电探测器，负责把 光的强弱转换成电流的大小。PD 还分成 PIN 和 APD 两种类型，APD 是雪崩二极管，灵 敏度更高。TIA 是 Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器的缩写，用来把电流信号转换 成电压信号。

从核心光芯片能力分析，目前国内只有部分企业了掌握了 10Gb/s 速率及以下的激光 器、探测器、调制器芯片，源杰科技、光迅科技在 25G 的激光器（包括 DFB 和 VCSEL） 有规模发货能力，探测器层面光迅在 25G 的 PIN 和 APD 基本可以实现自供。但我国整体 上在高端芯片能力比美日发达国家落后 1-2 代以上。而且，我国光电子芯片流片加工严重 依赖美国、新加坡、加拿大、德国、荷兰等国家和地区，使得我国在国家各级研发计划支 持下发展的关键技术大量流失。由于缺乏完整、稳定的光电子芯片、器件加工工艺平台以 及工艺人才队伍，国内还难以形成完备的标准化光通信器件研发体系，导致芯片研发周期 长、效率低，造成我国光通信器件技术与国外差距逐渐扩大。

从全球来看，日美的主流厂商 Oclaro、lumentum、Finisar、Neophotonics、MACOM、 Avago、三菱电机、住友等都实现了 25G 激光器、探测器的大规模发货。

随着传送距离和容量的不断增加，仅依赖光源、调制器和探测器的演进已远远不够。 随着光传输速度达到每波 400Gbit/s 以上，信号的处理变得越来越复杂，引入电子数字信 号处理器(oDSP)成为增加城域和长途 WDM 网络容量的关键推动因素。oDSP 将成为长距 离光通信的竞争核心，光模块厂商突破 oDSP 后，毛利率达到 40%-45%区间（如 Acacia）。 目前国内突破 oDSP 的仅华为一家，从国外来看，主要是思科（Acacia）、Inphi 等。

光纤光缆：全球 60%产能集中于中国，海缆和特种光缆待突破

光纤光缆在信息系统里占有举足轻重的作用，就像人的神经系统一样。而一个国家、 社会各行业进行全面的数字化也需要光纤延伸下去，通过宽带和无线完成连接，在连接的 基础上积累数据，完成信息化和构建智能。 产业链的三大环节为“光纤预制棒-光纤-光缆”，主要流程为上游生产厂家采购原材料， 通过芯棒制作和外包，最终制造出光纤预制棒（光棒），并售卖给下游光纤光缆制造商； 光纤光缆制造商经过拉丝等工艺将光棒制作成为光纤，再将一根或数根光纤制作成为光缆， 即生产出一芯或多芯光缆。

在光纤光缆产业链中，光棒拉纤以及后续的成缆部分壁垒相对比较低，市场也相对比 较分散，有几十家企业。但光纤预制棒生产技术壁垒较高，同时占据大部分利润。根据中 国工程院院士赵梓森在《世界光纤通信新进展—中国光纤通信年鉴 2015》中描述，光棒、 光纤、光缆在产业链中的利润占比分别为 70%、20%、10%。 从市场格局来看，中国厂商处于领跑，全球 60%的光纤光缆产能集中于中国，其中长 飞、亨通、富通、烽火、中天在 2020 年分别录得 12%、9%、8%、7%、6%的市场份额。

从国产化的角度来看，我国光纤光缆需要突破的环节主要包含：1、普通光纤：主要 是光纤预制棒的套管部分，目前基于 RIC 工艺制备预制棒的都是从德国贺利氏进口，长飞 2014-2016 年分别向其采购 7.5 亿元、6.1 亿元和 6.5 亿元；2、特种光纤：目前国内制备 超低衰减光纤芯棒的高纯度硅料和锗料基本依赖进口，然后需要大量氟掺杂材料（比纯二 氧化硅高 3~4 倍），此外，超低损光纤所需光纤涂覆料也基本被国外几家企业垄断（荷兰 皇家帝斯曼、Momentive Speciy Chemicals Inc、JSR 株式会社），原材料部分是国内 后续光纤性能进一步提高的瓶颈；3、海底光缆：由于我国当前主要是东海、渤海湾、黄 海或南海近海底光缆建设，属于无中继浅海光缆通信系统，对于深海光缆、中继供电技术 需求不大，或制约国内光纤企业在这上面取得进一步突破。下面我们对三块展开进行叙述。

首先我们来看普通光纤和特种光纤：光纤预制棒是圆柱形的高纯度石英玻璃棒，中心 部分（即芯棒，亦称为芯层）是折射率较高的玻璃材料，而表层部分（即包层）是折射率 较低的玻璃材料，目前国内制备超低损光纤芯棒的原材料主要依赖进口。光纤预制棒加热 拉丝即为光纤，由芯层、包层和涂覆层构成。光纤加上护套即为光缆，护套通常由聚乙烯 或聚氯乙烯和铝带或钢带组成，主要用于保护缆芯，具有良好的抗侧压力性能及密封防潮 和耐腐蚀的能力。

其次我们看看海底光缆。海底光缆系统的水下设备主要分为海底光缆、中继器和“分支 单元”三部分：海底光缆是其中最重要的也是最脆弱的部分。 我国较弱的是深海海缆，深海光缆的结构比较复杂：光纤设在 U 形槽塑料骨架中，槽 内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包，在绕包过程中要把所 有缝隙都用防水材料填满，再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝，使钢丝和铜管形成一 个抗压和抗拉的联合体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的 结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入。在有鲨鱼出没的地区，在海缆外面 还要再加一层聚乙烯护套。海底光缆的生产技术主要有海缆专用光纤制造、海缆专用激光 焊接不锈钢管光单元制造、内层钢丝铠装、无缝铜管制造、绝缘层挤制、外层钢丝铠装、 外被层 PP 绳与沥青制造。

我国海缆系统建设最大的问题是海缆系统集成问题。国际市场采用通信设备总包商、 光缆制造企业及施工单位共同合作的海缆建设模式，而我国海缆建设采用条块化分割模式， 由设计院与运营商进行前期论证和线路设计，由海缆制造企业提供海缆与附件，由海缆施 工单位敷设，再由业主或运营商进行系统集成。这种模式不利于整合系统集成能力，不利 于形成一到两家的海缆系统集成商，更不利于中国海缆系统走向国际。此集成问题解决， 亨通光电和中天科技都在逐步走向国际市场。

未来展望：向上突破迎来机遇，开放光网络带来挑战

中国在光通信整个领域取得了巨大的成绩，在光模块封装、光纤光缆、系统设备等领 域都获得了全球一半以上的市场份额，并且通过不断投入研发在追求往上突破，获得更多 的产业话语权。但是美国和日本的厂商在高端光芯片、电芯片、特种光纤、设备核心元器 件领域依然具备较大的优势。一方面，美日的头部光设备、光器件厂商在不断进行并购， 比如 II-VI 合并了 Finisar，思科收购了 Acacia，Lumentum 并购了 Oclaro、Coherent、 NeoPhotonics，通过并购进一步完善产品线，扩大领先优势；另一方面，它们也在推进开 放光网络，希望通过重塑生态来进一步巩固领先地位。

全球的头部厂商都在积极布局光通信的未来，应当说国内光纤光缆、光模块光芯片后 续的发展路线比较清晰。光纤光缆一方面提升光棒的品质，降低成本，使得光纤光缆更富 有全球竞争力，扩大海外销量；另一方面在深海光缆、特种光纤上需要不断取得突破。光 器件一方面在 400G/800G 高端封装上扩大市占率；另一方面有赖于在 25/50G 高端光电芯 片上逐步靠近国际先进水平，通过垂直一体化来提升企业的盈利能力和全球竞争力。而光 通信设备在三个环节里无疑是最为重要的一块，也是后面最大的一个变量。我们围绕光通 信设备的关键环节展开推演后续的产业格局，并从关键变化中寻找投资机遇。

光网络设备的核心控制点与开源的主导权

当前光网络设备都是软硬件耦合的，控制器的 OS、设备接口定义和核心元器件以及 集成均由一家厂商提供，厂商的话语权和毛利率水平较高，也更有能力进行前沿研发，不 断提升产品竞争力。另一方面，中国厂商华为、中兴、烽火逐渐获得了行业的主导权，中 国厂商市场份额超过一半。 在全球光网络充分竞争的同时，北美的市场却相对封闭，主要是 Nokia 和美国 Ciena、 Infinera 竞争，北美价格是全球平均的 2 倍，导致北美 OTT 和运营商倡导开放光网络以驱 动竞争降价。同时，北美的产业链主要聚集在协议、核心光电器件等高端领域，缺乏领先 的系统设备厂商进行系统集成。这使得北美在设备领域竞争力偏弱，在亚太、欧洲、中东 北非丢失了很多份额，推进开放光网络有助于北美产业链重塑市场话语权。

目前，设备控制器软件（OS）、接口均为闭源，属于各个厂商的私有操作系统和接口。 上述代表厂商希望借鉴服务器以及 AWS 自研交换机的经验，将上述领域进行软硬件解耦， 并将 OS 和软件进行开源。

如此一来，一是有可能降低成本，第二软件开源之后，整个产业的话语权将转移到开 源标准制定厂商和核心器件供应商，产业结构有望重塑。

从光设备与服务器、交换机的异同来看开放光网络的适用场景和可持续性

通信设备乃至 IT 设备的软件开源化并不是一个新鲜事，在手机、无线设备、服务器、 交换机都有或多或少的尝试，也有成功或不成功的案例。 以上的 IT 设备有一个共同的特点，都涉及到复杂的数据和系统交换及处理，所以必然 就会需要一个软件系统来负责相应的事情，这个软件系统通常也被称为操作系统 OS （Operating System），所谓的开源，通常指的是这个 OS 以及硬件接口的开源。

我们通过复盘手机、服务器、交换机、无线网络的历史，发现开源成功的核心是 OS 与硬件的分离必须产生足够的商业利益。要么是市场足够大，上层软件足够多和复杂，OS 可以成为单独的商业产品，可以给主导方足够的回报，例如安卓之于谷歌，Linux 之于 Redhat；要么 OS 卖不了钱，但是某个单一下游主体市场份额占比足够高，应用场景又相 对简单，该下游不需要投入海量的研发费用覆盖各种场景，比如交换机的 OS 之于 AWS。 否则单一主体的收益和投入不匹配，很难取得比较好的效果。我们接下来就各种 IT 设备的 开源背后的核心商业动力展开论述。

手机、服务器 OS：巨大市场空间，海量上层软件，丰厚商业回报

手机和服务器是一个典型的软硬件厂商解耦的场景，核心原因是两者都是计算平台， 承载了海量的应用软件。要考虑不同软件的适配、时间调度、内存分配、IO 吞吐，甚至是 UI 界面，使得两者的 OS 极其复杂，需要投入海量的研发费用。 既然需要投入海量的研发费用，如果没有清晰的商业模式，显然是无法运转下去的。 但正因为上层拥有海量的软件，使得 2C 端的手机 OS 可以通过软件分发来赚钱，2B 端的 服务器 OS 可以通过给厂商制作发行版的 Linux 来赚钱。正是因为形成了良性商业闭环， 安卓和 Redhat 的 Linux 能够不断迭代，构筑了繁荣的现代社会的数字基石。

谷歌安卓操作系统的商业模式

谷歌安卓操作系统（AOSP）本身并不收费，旨在吸引更多开发者和用户，拓展生态。 那谷歌怎么挣钱，怎么形成商业闭环呢？在 AOSP 之上，谷歌捆绑了 GMS，GMS 提供了 一系列的移动服务，以及谷歌地图、搜索、Gmail 等众多功能，海外的智能手机离开了 GMS 几乎是寸步难行。不同于 AOSP 的开源，使用 GMS 必须得到谷歌授权，而 GMS 的分发 应用市场仅有 Google Play 一个选择，我们知道，手机的应用分发能力具有巨大的商业价 值，仅此一项，谷歌就有极大的动力持续推动智能手机以及安卓的发展。

2020 年，安卓一年 APP 下载量高达 1085 亿次，全球用户在 Google Play 上的消费 达 386 亿美金，按 30%的佣金来算，光 Google Play 商城的应用分发，就能给谷歌创造 116 亿美金的收入，这还不包括谷歌的搜索、音乐、Youtube 等自营产品的收入。应当说， 安卓为谷歌创造了巨大的商业价值。（报告来源：未来智库）

Redhat 服务器操作系统的商业模式

在服务器的操作系统提供商中，Redhat 无疑是最成功的那一个。Redhat 以 OS 为起 点，成为全球领先的开源软件解决方案提供商。 公司成立于 20 世纪 90 年代初，最开始聚焦于 Linux 开源操作系统技术，靠附件的出 售盈利。1999 年在纳斯达克上市，2002 年，红帽发布首个企业级 Linux 服务器操作系统， 后改名为 Linux (RHEL)。2011 年，公司开始向软件可视化和云计算领域进军。2015 年， 微软与红帽结成战略合作伙伴。2018年10年，IBM宣布以340亿美元的价格收购Red Hat。 2020 年，公司发布全球企业开源现状“开放混合云将成为新常态”，助力打造统一体验。

RedHat 成立之初聚焦于 Linux 操作系统技术，凭借深厚的技术积累，为 Linux 社区的 发展不断注入新鲜血液，并推出 Linux 商业化版本。如今，公司以 Linux 为基础，打造出 一个 IT 全栈式开源解决方案组合，包括高性能操作系统、虚拟化、管理、中间件、云和 存储技术等。面向未来，公司致力于开放混合多云，帮助广大客户实现数字化与云化转型。

我们知道，服务器操作系统的使用者主要是云厂商以及企业用户等 B 端客户，通过系 统免费，应用软件分发收费的模式不太能行得通。Linux 虽然是开源操作系统，但是使用 过程中依然会遇到很多问题，绝大多数商业公司没有能力或者没有必要在这一块投入足够 的 IT 资源去处理相关问题，这就意味着一个商业发行版本的 Linux 市场需求。 Redhat 商业层面的打法是基于社区项目进行开发，在开放源代码的许可下发布产品， 最终通过订阅模式盈利。由于软件的可读源代码是公开的，许可证允许修改，因此公司可 使用全球社区贡献者的集体输入、资源和知识，协作开发、维护和增强软件。产品发布之 后，公司主要通过年度或多年订阅（1-3 年为主）通过 CCSPs（如公有云提供商和托管服 务提供商）按需提供公司软件产品来获取盈利。

交换机、无线设备的 OS 解耦：运营商场景动力不足，云计算部分场景可行

手机市场和服务器的操作系统承载了海量的应用，极其复杂，从而衍生了一个单独的 OS 市场，并给了相关公司很好的商业回报。而交换机、无线设备的 OS 则更多像一个嵌 入式 OS，仅仅用于对设备进行管理、调度、通信，相对封闭，很少有第三方应用，更谈 不上生态。加之这两种专用设备的市场体量和手机、服务器差距较大，OS 的价值量也偏 小，比较难单独孕育出一个交换机的 OS 公司或者是无线设备的 OS 公司。Google 自研 交换机操作系统成功以后，有一批人出走创建了 Cumulus，希望做成一个类似微软的交换 机软件公司，但是他们很快发现独立 OS 需要适配各种交换芯片以及硬件，工作量极大， 投入回报不成正比。

我们认为，在通信设备的 OS 无法直接形成商业销售，开源出来所有方都能受益的情 况下，需要下游有极高的集中度，整个商业闭环才能形成。我们看到，2020 年公有云厂 商 CR4 的集中度达到了 73.4%，而且数据中心作为单一场景，在美国的市场规模达到了 39.5 亿美金，占美国以太网交换机市场份额的 46%。自己是主要的受益方，且只需要考 虑单一场景，OS 的研发不需要考虑运营商、企业网的各种复杂场景，投入不需要那么大， 这是亚马逊、谷歌、微软纷纷自研或开源数据中心交换机 OS 的原因。

相比数据中心交换机，运营商和企业网的交换机 OS 的开源进程，以及无线设备的开 源进程就显得比较滞后。我们判断这与运营商和企业市场的行业集中度有关系，根据 IDC 数据，2020 年全球电信运营商的营收大约在 1.53 万亿美元左右，全球最大电信运营商中 国移动 2020 年营收大约为 1180 亿美元，CR1 市占率约为 10%。这使得运营商缺乏足够 强的动力做垂直一体化。另外，运营商和企业网的应用场景也远比数据中心复杂，投入产 出回报比比较低。

开放光网络进程：DCI 场景有望实现，运营商场景缺乏支撑

开放光网络的几个核心环节有体系的搭建、控制器的软件、南北向的接口，以上均有 不同的组织和公司在推进。由于光网络的市场空间比交换机要小很多，更远小于服务器， 这使得开放光网络的推进速度比较缓慢，且有各种问题。

系统设计层面：Google 成功在 DCI 商用，AT&T 和 Facebook 推进运营商场景无果

倡导体系架构开源的有三大流派，一是 Google 主导的 OpenConfig（部分 OTT 厂家 商用），二是 AT&T 主导的 Open ROADM（未商用），三是 Facebook 主导的 TIP（未商用）。

OpenConfig 获得了商用，算是比较成功。2015 年，谷歌牵头成立， 定义自用网络 设备的开放 YANG 模型接口，其中包括 DCI BOX 部分，用于数据中心点到点互联；采用 自用、够用原则， Google 不需要的特性一般都不接纳，也不对外提供配套控制器软件产 品，基本满足自身 DCI 互联的需求之后，2018 年后该模型就没有做大的演进。 OpenConfig 成功的原因还是在于它聚焦的数据中心互联（DCI）这单一场景，没有考 虑复杂的运营商网络场景，收敛了需求，使得开发相对简单。基于谷歌的 OpenConfig， BAT 也分别定义了自己的私有扩展模型，这使得 OpenConfig 的版本比较发散，对于 DCI BOX 厂商来说，要做的工作量还比较多。

除了谷歌定义了数据中心的 DCI 产品以外，AT&T 和 Facebook 也试图定义运营商网 络的光网络产品。2019 年，AT&T 携手 Cinea 测试了单厂家的 OpenROADM 控制器北向 接口定义，AT&T 的现网厂商富士通、Nokia、Infinera 都没有参与，这使得 OpenROADM 推动起来非常困难。从 2019 年以后，项目就基本处于停滞状态。Facebook 设计的 TIP 从 2016-2021年在光网络层面开源了 4代白盒设计，从 Voyager、Cassini到 Galileo、Phoenix。 由于 Facebook 自身不是运营商，其推进的力度更弱，一直没有运营商对其进行大规模测 试，更不用提商用。

开源控制器软件层面：OpenDaylight 没有找到商业模式，无法形成商业闭环

Opendaylight 源于 Cisco、Brocade、Big Switch 的联合项目，后来单独成立了 Lumina 公司，志在成为网络领域的 Redhat。但如前文所述，Redhat 商业成功的前提是服务器操 作系统市场空间足够大，且 OS 并非单一的通信功能，而是承载了上层大量应用，极富商 业价值。和 Lumina 有点相似的是数据中心交换机独立 OS 公司 Cumulus，Cumulus 最终 也没有能够独立运作下去，而是被英伟达所收购。

从谷歌、AT&T、Facebook、Lumina 等商业组织的情况来看，我们认为光网络的开源 和交换机有点类似，在数据中心层面有望实现商业闭环，而对于运营商场景而言，由于应 用场景复杂且缺乏单一利益主体足够强有力的支撑，商业化实现起来比较困难。

开放光网络对国内光通信的挑战与机遇

从服务器和交换机的历史来看，控制软件或者说 OS 开源后，整机设备提供商将不拥 有高毛利，整个产业的价值高地将往核心器件厂商转移。 以服务器为例，在大型机和小型机时代，IBM 和 HP 拥有高毛利。服务器从小型机转 向 X86 之后，新的整机厂商如浪潮信息不再拥有高毛利率，整个产业链的主导权转移到了 提供 Linux 的 Redhat、提供 CPU 的 Intel 身上。

交换机的情况也类似，思科由于提供芯片、OS、整机一体化解决方案，能拥有高毛利， 持续推动产业创新。当 AWS、谷歌将数据中心交换机白牌化后，整机厂商不再拥有高毛 利，整个产业链的主导权转移到了 OS 厂商以及提供交换芯片的博通身上。智邦科技毛利 率比较低，由于没有纯粹的第三方 OS 厂商，Arista 也提供 OS 和白盒交换机硬件进行对 接，我们以 Arista 的财务指标来代替 OS 厂商。

我们认为，和交换机类似，数据中心的 DCI 互联后续有望逐步采用开放网络，这一块 价值链的主导权将逐步从整机厂商里转移到核心光器件厂商。这对中国光通信厂商而言， 既是挑战，也有一定的机遇。挑战在于，中国的总体格局是光通信设备强，核心光器件弱； 机遇在于，中国光器件厂商多数体量还不太大，有些公司如果聚焦于数据中心 DCI 互联， 有望取得比较快的成长。

如果说光器件中国厂商正在拾级而上，话语权逐步增强，那么在开放光网络标准层面， 中国厂商就相对缺位。从系统架构、管控软件、接口定义主要分布均由美国厂商所主导， 这主要也因为美国云计算进程领先中国，DCI 互联需求先于中国所形成的。随着中国云计 算蓬勃发展，后续中国在 DCI 互联的开放光网络层面也有望获得更多的话语权。

（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】。未来智库 - 官方网站

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