光通讯fp芯片原理通信行业深度报告：元宇宙之光，新一轮数据流量投资浪潮风云再起

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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通信行业深度报告：元宇宙之光，新一轮数据流量投资浪潮风云再起

（报告出品方/作者：民生证券，马天诣）

1.光模块技术更迭迅速，产业向国内转移趋势显著

1.1 光模块是光通信系统的核心构成，产品种类繁多劳动密集型

特征明显光模块是光通信领域的核心部分，主要实现光电和电光转换功能，整体架构上，可分“芯片→OSA/ESA→光模块”三个维度。光学次模块（OSA，optical sub-assembly）由无源/有源光器件(包含光芯片)和光组件构成，实现光收发功能。与光学次模块对应的是电子次模块(ESA， electrical Sub-assembly)，也叫 PCBA (Printed Circuit Board Assembly )，即是把电芯片和 PCB 板组装在一起的半成品，主要实现光芯片驱动、纠错编码、跨组放大、信号处理，电信号速率转换（部分光模块中光口速率与电口速率不一致）等功能。从零部件成本拆分的角度，光器件整体的成本占比超 70%，特别是 OSA 内的涉及到的光器件占了光器件总成本近八成，除光器件外，还包括电路板，控制电芯片，外壳等。

下沉到 OSA 的层面来看，传统的光学次模块 OSA 一般分为光发射次模块（TOSA， transmitter optical sub-assembly）和光接收次模块（ROSA，Receiver Optical Subassembly）两部分。前者是把激光器芯片及相关的光器件封装实现将电信号转化成光信号发出的功能，同理，后者是把探测器芯片及相关的光器件封装实现接收光信号并将之转换成电信号的功能。传统意义上，光模块厂商主要负责从上游采购芯片、组件、光器件等材料进行封装测试、电路设计等，其中将激光器芯片/探测器芯片封装为 TOSA/ROSA 的过程是光模块封装的关键。为了满足气密性、封装密度等不同性能要求，封装工艺主要包括了 TO-CAN 同轴封装、蝶形封装、 COB 封装、BOX 封装等。

以传统的 TO-CAN 同轴封装为例，TOSA 从结构上可细分为“光芯片→TO-CAN→TOSA” 三个层次。To-CAN 是将激光器芯片搭配滤镜、金属管帽等无源器件和组件封装后得到，做成 TO-CAN 之后，相当于具备了基本的激光器封装，但是激光器发射的光斑直径和光纤还是不一样，还要进一步和透镜、光纤进行耦合对准，把绝大部分能量聚焦到光纤里，由此通过将 ToCAN 与隔离器、适配器（包含陶瓷套筒、陶瓷插芯等）等封装，得到 TOSA。

最后下沉到 OSA 内的光芯片层面来看，光芯片是光模块的核心，成本占整个光模块成本的 30%~70%（和光模块低端高端有关），其是实现光发射和光接收的基础，有高壁垒高技术门槛的特点。一般来说，光模块中的核心光芯片主要是激光器芯片和探测器芯片。

激光器芯片：光模块使用半导体激光器，其工作原理的核心是辐射和放大，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。典型材料平台为Ⅲ-Ⅴ族化合物（主要是 InP、GaAs），不同材料的带隙大小不同，因而就对应了不同的激光发光波长。1）据发光类型分，分面发射和边发射，面发射型有 VCSEL（垂直腔面发射激光器），边发射型主要有 FP（法布里-珀罗激光器）、 DFB（分布反馈式激光器）、EML（电吸收调制激光器）；2）据适用距离分，VCSEL （超短距离）< FP（短距离）< DFB（中等距离）< EML（长距离）。

探测器芯片：光模块用的探测器属于光生伏特型（光输入/电压输出），工作原理是基于内光电效应（当光线照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象）将光信号直接转变为电信号从而实现光探测。常用的是主要是光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）两类，前者灵敏度相对较低，应用于中短距离，后者灵敏度高，应用于中长距离。

从光模块分类角度，由于应用场景较多需求各异，因而分类方式多样，命名复杂。光模块常见的分类方式包括了封装类型、速率、距离、激光器类型、探测器类型等。分类方式多样主要是光模块应用场景的多样化导致的需求分化，不同场景对光模块的性能指标（距离，速率，功耗等）提出了不同需求，从而衍生出多种不同的分类维度。另一方面，速率、封装方式的快速演化也体现出光模块技术更迭迅速。整体而言，小型化、高速率、低功耗、低成本是光模块整体的发展趋势。

光模块制造环节属于轻资产的劳动密集型产业。从光模块厂商的角度，由于产品种类较多迭代速度快，因此选择更低的自动化程度，采取劳动密集型相对具有更显著优势。一方面，机械升级成本远高于工人学习成本，在产品快速迭代时相对处于劣势，另一方面，相对弹性较大的人力成本支出，产线机器折旧更为刚性，可能放大营收波动。从头部厂商发展历程来看，以上是产线自动化程度更高的海外龙头 AAOI 逐渐落后的原因之一。反观国内的头部光模块企业，在人力成本方面相对具有明显优势，因而逐渐在光模块行业逐渐占据重要地位，光模块行业近年来向我国转移的趋势显著。以国内光模块企业中际旭创和新易盛来看，2020 年生产人员占比分别达到了 67%和 77%，人均年薪为 12.03 万元和 12.32 万元。

光模块的以上特性也推动了未来产业链向更专业化分工的方向转变。海外厂商的人力成本、供应链完善程度较之国内厂商处于劣势，且随需求分化，封装类型变得更为多样化，封装产线建设的资本投入变高，因而海外龙头逐渐倾向于将封装整体外包。当前海外发展方向是将所有光学部分集成为“光引擎”（光芯片、散热、光学组件、管壳等全部封装在一起）全部外包，而模块厂商更专注上游光芯片及产品设计等环节，因而未来产业链专业化分工将更趋显著。

1.2 位于产业链中游，产业向我国转移的大趋势持续推进

光模块位于光通信产业链中游，参与者众多，竞争相对激烈。光通信产业链大致可分为 “光芯片、光器件、光模块、设备商、最终客户”几部分。上游光芯片及电芯片多为国外公司垄断，行业门槛较高，其中，光芯片近年来中低端产品逐渐国产化，但高端光芯片仍被国外厂商掌握。光器件细分领域众多，单个领域市场规模较小，行业整体较分散，竞争相对并不激烈。中游光模块领域参与厂商众多竞争相对激烈，技术更迭周期短。近年来国内光模块厂商实力提升迅速，产业东移大趋势明显。产业链下游是光通信设备商，呈少数几家主导的寡头垄断格局。光模块的最终应用领域集中在 B 端电信市场（大型运营商）和数通市场（云计算巨头）。

受下游电信市场、数通市场需求影响，光模块行业周期性和成长性兼备，下游运营商和云计算巨头的资本支出一定程度上是行业景气度的风向标。

电信市场：1）需求角度，运营商的通信代际更迭时间较长（例如 5~7 年），资本开支周期性显著，通常呈规律性波动，初期上升明显，后期逐年回落。进入 5G 时代，运营商资本支出则相对更为平稳，但整体而言，电信市场需求的周期性还是相对明显。当前电信市场光模块需求的主要驱动因素包括了固网接入侧扩大千兆光纤网络覆盖、无线接入侧的 5G 基站建设以及 5G 推行带来的承载网扩容升级等；2）产品角度，固网接入侧和无线接入侧构筑了电信市场光模块的主要需求，产品以低端光模块为主，代际更迭慢于数通领域，技术门槛相对不高，参与者众多，竞争激烈，对价格较为敏感，因而毛利率较低。除接入侧应用之外，光模块在城域网、骨干网等中长距离传输领域也有大量应用；3）下游客户角度，传统模式是运营商向设备商采购，设备商向光模块厂商采购，近 1~2 年来，运营商也有小规模地尝试直采模式。

数通市场：1）需求角度，数通市场需求主要受流量增长驱动。多因素共同推动流量高速增长，当前，公有云的快速发展，数字化转型加速企业上云，高清视频、直播等大流量场景为流量的高速增长提供了确定性。我们认为，未来推动流量增长的“杀手级应用”将是元宇宙。流量高速增长促使云计算巨头加大资本开支建设数据中心，进而拉动光模块需求。云计算巨头的资本支出整体呈震荡上行的趋势，整体来看需求的成长性显著，但同时也伴有一定的周期性，周期性来源于云计算巨头阶段性进入去库存期从而一定程度上会减弱需求，这在 2018H2~2019H1 以及 2021H1 体现得相对明显。2）产品角度，光模块主要用于数据中心内部通信以及数据中心间的互通互联，较之电信市场，数通市场的技术更新需求更快，通常每 3~4 年即面临一次升级换代的压力，产品毛利率也相对更高。

全球光模块市场规模持续保持两位数增长，未来预计数通市场是增长的主要驱动力。据 Yole 统计，2020 年全球光模块市场整体规模达 96 亿美元，较 2019 年的 77 亿美元增长近 25%。值得一提的是，过去三年中国光模块产业增长了 24%，而美国仅增长了 1%，光模块行业向国内转移的大趋势日趋显著。Yole 进一步预测，2026 年全球光模块市场整体规模有望进一步增长至 209 亿美元，2020~2026 年的年复合增速预计约 14%。增长的主要驱动力来自数通领域对高速光模块的需求，年复合增速预计达 19%，2026 年数通市场规模有望增至 151 亿美元。

竞争格局方面，国内光模块厂市场份额提升显著，光通信产业链整体向中国转移的大趋势日趋明显。LightCounting 统计的过去十年前十大光模块厂商排名直观反映了行业内的变迁。 2010 年无国内企业进入前十，而经过 10 年发展到了 2020 年，国内厂商通过劳动力红利在光模块行业逐渐占据重要地位，以中际旭创、华为、海信为代表的国内企业已经跻身全球光模块前五，光迅科技、新易盛、华工正源也占据前十之列。

1.3 数通市场规律：新产品导入期聚焦先发优势，成熟期成本领先、大规模交付能力是核心

光模块代际更迭迅速，这一点在数通市场尤为显著。回溯过去十几年数通光模块的更新迭代过程，从 10G 迭代到 40G 经历了 5 年，40G 迭代到 100G 经历了 4 年，而从 100G 迭代到 400G 仅约 3 年，光模块加速代际更迭已成为数通市场的普遍趋势。

数通光模块加速代际迭代、速率不断提升的背后，有多方面的驱动因素。1）首先是流量的高速增长；2）其次我们可以发现在高速率光模块进入规模放量期后，价格降幅明显，因而光模块单位速率成本在下降，这也是促使下游云计算巨头愿意不断推动光模块代际更迭的重要原因；3）再者，数据中心 I/O 接口带宽需求的增加同样也带动了可插拔光模块速率的演进，由于在数据中心馁高速光模块主要用于交换机间的互联，因此光模块接口速率需要与交换机芯片能力相匹配，当前交换 ASIC 芯片领域两年容量翻一倍的摩尔定律尚未失效，因而驱动数通光模块速率的不断更迭升级。未来 ASIC 交换容量将沿着 12.8T->25.6T->51.2T->102.4T 方向扩容，对应光模块的演进路线是 400G->800G->1.6T->3.2T。2018 年 10 月博通 StrataXGS Tomahawk3 系列 12.8T 交换机量产，带来 400G 光模块需求，而随下一代 25.6T 交换机的推进，将推动 800G 光模块需求。

伴随着快速代际更迭，新品光模块价格自推出起便逐年下降。一般而言，新产品导入初期降幅显著，进入成熟期后每年的降幅趋于平稳。在技术更迭初期，由于只有少数提前布局、技术领先的厂商具备批量生产能力，因而下游客户愿意付出一定溢价，产品能保持相对可观的价格。而随着产品持续放量、技术趋于成熟使生产厂家逐渐增多，市场竞争变得激烈，价格降幅明显。

一般而言，更迭初期降价幅度通常在 30~40%，当产品进入成熟期后每年的降幅在 15% 左右。以 400G 数通光模块来看，2019 年和 2020 年是技术更迭初期，产品价格降幅均在 30~35% 间，而 2021 年的情况则相对特殊，受供应链短缺和部分原材料价格上涨等因素影响，价格降幅明显趋缓，除 400G 外，特别是 100G，价格降幅百分比趋减到个位数区间。虽然光模块价格逐年下降，但头部厂商具有一定议价能力，一定程度上能够将降价影响向上游传导，并且随着产能提升推动良率提升制造成本也有下降，叠加产品设计和制造工艺上的不断优化，因而能够较好消化降价影响，对利润的影响相对不太大。

根据光模块行业的价格特点，可以总结出数通市场的竞争规律，即在技术更迭时的新产品导入期重点聚焦先发优势，当产品进入成熟期则成本领先为王。

1）在技术更迭的初期，先发优势的重要性明显：新产品从研发成功到送样验证到小规模量产再到大规模量产的周期一般在 1 年半以内。一般而言，大客户的光模块供应商最多就是 2-3 家，因此产品量产的越早，单价越高、毛利率越高。享有技术领先优势的企业将提前锁定大客户订单，并获得超额受益。

2）产品成熟期，成本领先、大规模交付能力是核心竞争优势：成本优势包括原材料成本和制造成本两个方面。原材料成本主要取决于量的大小，另外对上游产业链进行整合也将降低原材料成本。制造成本方面，光模块制造环节属于轻资产的劳动密集型产业，因而制造成本主要取决于人力成本，国内企业在这方面优势明显。制造成本还与产品良率有关，产能增长也有助于高端产品良率的提升，因而在产品成熟期规模效应有一定体现。另外，对于数通领域的云计算巨头，大规模交付能力、快速相应客户需求尤为重要，头部厂商的供应链更为稳定，产能优势明显，具备大规模交付能力，而中小厂商相对会有劣势，特别是在类似 2021 年出现上游芯片短缺的情况下，对中小厂商会有一定冲击。（报告来源：未来智库）

1.4 电信市场规律：毛利率较低聚焦成本领先，光芯片加速国产化进程提供未来降本空间

电信市场竞争较为激烈，毛利率普遍低于数通市场。电信市场所用光模块相对偏低端，价值量不高，当前 5G 前/中/回传现所用主流光模块为 25G/50G/100G，而近几年数通市场主流光模块已迭代至 100G/200G/400G 光模块。产品相对偏低端导致了技术壁垒较低，因而大小厂商纷纷涌入，激烈竞争导致毛利率较低。从国内光模块厂商的毛利率来看，主业聚焦电信级光模块的厂商（光迅科技、博创科技、华工科技）毛利率均低于更专注数通市场的厂商（中际旭创、新易盛）。其实不仅仅在电信市场，包括在数通市场中，为了不错过代际更迭的机遇，在光模块代际更迭开始后各厂商也是积极扩产，伴随着各家产能相继放量，价格及毛利率将显著下降，新产品的红利期窗口也即逐渐消失。

在这样的情况下，光模块厂商深度聚焦成本领先战略，从上游成本侧的角度，一方面是强化规模效应，原材料成本和量的大小有关。另一方面，近年来可以明显看到，光芯片国产化替代的进程在加速。光芯片是光模块成本占比的大头，低端光模块中成本占比约 30~40%，在高端光模块中占比可能高达近 60%，未来随着国产化推进，光模块整体还有仅一步降成本的空间。

当前包括光模块厂商和国内光芯片厂商在光芯片领域都有明显进展。光模块厂商方面，部分厂商积极向产业链上游光芯片领域拓展，致力于优化自身成本侧支出。光迅科技在光芯片领域布局多年，于 2020 年实现 25G EML/VCSEL/DFB 光芯片量产。根据公司公告，公司 25G VCSEL 及 DFB 光芯片实现 60%自供。

华工科技方面，子公司云岭光电于 2021 年实现 25GCWDM/EML/DFB 量产，其自研光芯片在 10G 光模块产品中自供率近 80%。硅光芯片方面，在 2021 年 10 月的武汉光博会上，华工科技表示其自研 400G 硅光芯片已流片成功，预计明年 800G 硅光芯片也将出样，若形成国产替代，公司认为整个模块物料成本可节省 15%。博创科技与德国 Sicoya、陕西源杰合作开发硅光芯片，暂未自供，未来有望用于其硅光模块。国内光芯片厂商方面，包括陕西源杰、武汉敏芯、中科光芯等，陕西源杰于 2020 年 3 月量产 25G DFB，其他部分厂商近年来也均陆续推出 25G DFB、25G PIN PD 等光芯片，整体进展迅速。

2.新一轮数据流量投资加速行业拐点到来，数通光模块技术更迭高速推进

2.1 景气转好，新一轮数据流量投资风云再起，行业拐点将至

从今年光模块行业的边际变化来看，需求边际转好、原材料价格上涨供应链短缺、光模块厂商去库存等现象较为显著。

1）从下游需求来看，上半年需求相对疲软，光模块行业景气度低，进入下半年后有一定程度回升。海外需求方面，一季度相对是传统淡季，叠加客户消化库存等因素需求相对下滑，二、三季度开始部分海外重点客户开始上量，加紧部署 200G/400G 等产品，景气度迎来边际向好。国内需求方面，受头部客户需求降幅明显的影响，上半年国内数通市场需求疲软，特别是 100G 产品的需求量下滑较大，下半年迎来边际改善。

2）原材料方面，包括光芯片、DSP 电芯片、某些组件面临一定程度的短缺，部分原材料价格上涨。价格上涨、供应链短缺一定程度上也使得今年光模块产品价格降幅收窄，100G 产品价格降幅小于 10%，高端的 400G 产品价格降幅约在 15%左右。相对而言，头部厂商的供应链更为稳定、备货更为充足、一般芯片厂商优先保证头部大客户供应，因而较之供应链短缺交付能力整体受较大影响的中小厂商，受到的冲击相对较小。

3）库存方面，受疫情催化，2020 年二，三季度迎来需求显著增长，光模块厂商加速扩产。但从 2020 年四季度开始包括 2021 年上半年，随着疫情变缓，海外客户消化库存国内客户需求疲软，数通市场需求整体回落，部分订单延后，扩产带来的库存积压相对严重，进入四季度后基本出清。

从下游数通市场整体的景气度来看，在经历了年初的低谷后，景气度整体进入稳步上行通道。云计算巨头的 CAPEX 是景气度的风向标，海外来看，2021 年三季度，北美 5 家云计算巨头 FAAMG（Facebook、亚马逊、苹果、微软和谷歌）资本开支总计达 349.16 亿美元，同比 +36.4%，环比+10.4%。国内方面，经历了 2020 年四季度和 2021 年一季度的大幅下滑后，二、三季度阿里、百度环比提升显著，腾讯二季度降幅收窄，三季度止跌企稳。信骅（Aspeed）的月度营收数据一般认为是云计算景气度的先验指标，具体来看，2021 年 10 月的单月营收达 3.56 亿新台币，创历史新高，同比增长 88.6%，环比增长 15.9%，预示景气度整体上行。

展望未来，我们认为新一轮数据流量投资浪潮风云再起，数通市场将迈入未来 3~5 年新一轮的景气上行周期，上游光模块行业拐点将至。2021 年，伴随着 Facebook、微软、英伟达这 3 家科技巨头已正式宣布进军元宇宙，元宇宙大幕开启。不仅仅是元宇宙所带来催化，未来包括 5G 相关应用进程加快，云计算、物联网等领域的进一步发展，都将推动算力需求和数据流量加速增长，各大云计算巨头预计将持续加大基础设施投入。以云宇宙领军者 Facebook 为例，公司披露 2022 年 CAPEX 将增加至 290~340 亿元，较之 2021 年的约 190 亿美元，增长至少超 50%，彰显了公司全力布局元宇宙的决心。在这样的大背景下，我们认为，光模块领域作为产业链上游有望充分受益，行业拐点将至。

2.2 行业技术更迭高速推进，短期聚焦 800G 进展中长期关注硅光模块和相干光模块领域

当前处在 400G 大规模放量，行业逐步开始进入 800G 的技术迭代初期。需求侧来看，受流量高速增长、光模块单位速率成本下降、交换机芯片升级扩容等因素驱动，海外巨头对 800G 有需求。从供给侧来看，当前各光模块厂商加速推进 800G 进程。我们认为，传统分立式结构的 800G 光模块预计将先于 800G 硅光模块进入规模量产，以行业内进度相对有所领先的中际旭创为例，其早在 2020 年即推出了 800G OSFP 和 QSFP-DD800 光模块产品线，根据公司公告，其 2021 年上半年已向海外客户送样评估，当前已实现小批量销售，预计 2022 年开始量产。考虑到技术更迭阶段存在较大的红利窗口期，因而短期内需要重点聚焦行业内厂商在传统分立式结构的 800G 光模块领域的整体进展。

中长期维度，需要关注硅光模块及相干光模块领域。硅光方面，尽管前些年已有一定进展，但当前硅光模块的优势相对不明显。未来随着光模块向更高速率演进、硅光产业链发展更为成熟，硅光模块的优势预计将真正开始显著体现，届时先发布局的硅光厂商可能获得弯道超车的机遇。相干光模块方面，在未来流量高速增长的大背景下相干技术将持续下沉，应用场景进一步拓宽。在其成本、功耗等问题上持续优化的大背景下，有望迎来较大发展机遇。我们可以发现，除了传统的相干光模块厂商，近年来我们可以看到非相干领域的光模块头部厂商也开始涉足相干光模块领域。

2.2.1 数通 800G 光模块：技术迭代初期，光模块厂商发力布局聚焦先发优势

当前 400G 数通光模块已启动大规模放量，行业正逐步进入 800G 的技术迭代初期。根据 Lightcounting 2021 年的预测，2022 年开始海外客户将产生 800G 的批量需求，2024 年后 800G 销售将开始超越 400G，而到 2026 年 800G 将成为光模块销售的主力。Lightcounting 同时预测，到 2026 年，阿里巴巴，亚马逊，脸书，谷歌和微软的光模块消费将从 2020 年的 14 亿美元增长到 30 亿美元。

自 2019 年以来，已经有一些标准化组织在讨论 800G 以太网光模块的技术细节，光模块向 800G 演进的进程开始受到广泛关注。

800G Pluggable MSA：2019 年 9 月成立，发起人包括了中国信息通信研究院所属泰尔实验室、腾讯、华为、新华三、海信宽带、光迅科技、住友电工、立讯精密、山一电机，其后陆续还有其他公司加入。该组织聚焦的是针对数据中心应用的基于 PAM4 调制技术的 800Gbps 以太网传输规范，包括 8X100G 与 4X200G 两种，传输距离包括 100 米，500 米和 2 公里。

IPEC：2020 年 9 月 10 日，由中国信息通信研究院、美团、华为、烽火通信、博创科技、CIG （Cambridge Industries Group）、意华、海信宽带、华工正源、Source Photonics 和 Yamaichi 等联合发起成立，致力于打造开放、透明的光电标准和光电产业平台。

IEEE Beyond 800G：2019 年 11 月成立，聚焦<80km 的以太网场景。

从当前行业内众多光模块厂商的 800G 进展来看，多家均有布局，聚焦抢占先发优势。从行业内光模块公司的 800G 产品进展来看，国内厂商整体走在前列，2020 年，光迅科技和中际旭创率先发布了 800G 相关产品，进入 2021 年，包括 II-VI（Finisar）、新易盛、华工正源、亨通洛克利、剑桥科技、索尔思等厂商也相继发布了自身的 800G 产品。同时我们也可以发现，行业内部分公司进展相对领先，以中际旭创为例，早在 2020 年即推出了 800G OSFP 和 QSFPDD800 光模块产品线，2021 年上半年已向海外客户送样评估，当前已实现小批量销售，预计 2022 年实现量产。

除此之外，关于 800G 光模块的封装方式也是近两年来业界一直讨论关注的焦点，除了传统的热插拔封装方式外，CPO（Co-packaging）封装也是未来可能的方向之一。CPO 简单而言就是将光收发器/光引擎和电芯片封装在一起，只保留光口，而不是采用可插拔光模块的形式。这种封装方式可以有效地降低整个系统的功耗，提高信号密度，降低时延，同时降低体积大小。当前不同巨头站不同阵营，聚焦 CPO 的包括一些硅光公司和对光模块有较大需求的数据中心公司。例如 2019 年，Facebook 和微软在 2019 年成立的 CPO Collaboration 旨在解决 SMF 上更长距离（长达 2 公里）连接，以替代在大型数据中心中广泛部署的可插拔光模块。虽然 CPO 领域非常火热，但是目前对它的质疑主要集中在对系统的可靠性、可生产制造性、是否能提供足够高的带宽、成本是否降低等方面。

2.2.2 硅光模块：产业链、工艺等亟待发展成熟，未来硅光厂商有望获得弯道超车机遇

硅光模块是基于硅和硅基衬底材料，利用现有 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。其核心理念是“以光代电”，利用激光束代替电子信号进行数据传输，实现了真正意义上的“光互联”，可以进一步提升芯片与芯片间的连接速度。此外，在硅基底上利用蚀刻工艺加上外延生长等加工工艺制备调制器、接收器等关键器件，通过将相关光学器件与电子元件整合到一个独立的微芯片中从而实现调制器、接收器以及无源光学器件的高度集成。与之相较，传统光模块是将 III-V 族半导体芯片、电芯片、光学组件等分立式器件封装而成，集成度相对不高，且本质上属于“电互联”。随着未来晶体管尺寸不断变小，电互连将面临诸多局限。当下而言，硅光模块较之传统分立式的光模块优劣势相对明显。

优势方面：硅光集成优点包括了低功耗、高集成度体积减小，通过光子介质传输信息因而连接速度更快，同时，硅光技术可以通过晶圆测试等方法进行批量测试，测试效率显著提升。另外是成本问题，从材料成本角度，传统的Ⅲ-Ⅴ族材料（GaAs / InP）衬底因晶圆材料生长受限，生产成本较高，而随着传输速率的进一步提升，需要更大的Ⅲ-Ⅴ族晶圆，芯片的成本支出将进一步提升。与Ⅲ-Ⅴ族材料相比，硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，因而理论上芯片成本可显著降低。

劣势方面：整体产业化不成熟，没有成熟产业链做晶圆级的测试，包括流片硅光的量也不足，产业化程度不够；并且，当前芯片良率低，因而成本优势并不明显。传统Ⅲ -Ⅴ族半导体芯片的良率在 90%以上，而由于硅是间接带隙半导体，发光效率低，难做激光器，因而硅光芯片通常需要将 III-V 族半导体键合在硅基衬底上。由于硅光集成的工艺尚未成熟，在激光耦合等步骤上的良率较低，导致硅光模块成本难以进一步提升。另外，高集成度也导致硅基光波导的尺寸小，硅波导与光纤的耦合效率低，在耦合过程中会产生损耗。

一般认为，硅光技术与传统分立式技术的成本平衡点在 400G，具体比较数据中心 400G 光模块传统方案与硅光方案，硅光相对而言优势并不突出。我们认为未来随着光模块速率向 800G 及以上更高速率演进，受制于传统光芯片（随传输速率提升需更大Ⅲ-Ⅴ族晶圆，因而芯片成本提升）价格及供应能力等问题，硅光的成本优势有望逐渐凸显，同时伴随着硅光模块产业链、工艺等发展得更为成熟，其渗透率有望迎来加速提升。

硅光模块整体前景可期，2026 年市占率预计有望过半。根据 Lightcounting 的统计，从 2016 年开始，基于 SiP 产品的市场份额稳步增长，2018 年以后增长加速。其预计，全球硅光模块市场将在 2026 年接近达 80 亿美元，市占率超 50%。同时 2021-2026 年硅光模块整体累计规模将接近 300 亿美元。

从当前的竞争格局来看，各大主流光模块厂商在硅光领域基本均有相应布局。其中，Intel 是业内耕耘最早、技术最完善的厂商，2016 年即实现 100G 硅光模块商用开启批量出货。从最前沿的 800G 情况来看，Intel、Cisco 等头部厂商的进度整体处于行业领先地位。我们认为，随着硅光模块逐渐走向成熟，在该领域领先的海外巨头可能将加剧数通光模块领域竞争的激烈程度。

2.2.3 相干光模块：相干技术持续下沉市场空间广阔，非相干厂商加入拓展自身布局

随着单通道传输速率的提高，相干技术的应用场景持续下沉延伸。相干技术从过去的骨干网（>1000km）下沉到城域（100~1000km）甚至边缘接入网（<100km）。另一方面在数通领域，相干技术也已经成为数据中心间互联（DCI）的主流方案（80~120km）。

相干光模块解决的主要问题是优化信噪比。数据中心中的光模块，从 100G 向 200G、400G 提速时，都遇到电器件和光器件的带宽发展速率相对有限的问题，因而聚焦如何在不提高带宽的前提下，去实现 bit 率的提高。可以采用 PAM4 或相干调制，他们都能够做到在与 100G 的 NRZ 同样带宽下拓展 bit 率。其中，PAM4 是低成本满足高 bit 率要求，其劣化了信噪比，而相干相对成本更高，但优化了信噪比。

短距离的应用场景（数据中心内部）：对信噪比要求不高，同时 400G 基本都加了更好的 CDR 或直接用 DSP 补偿一部分 PAM4 信噪比的劣化，因此通常采用成本较低的 PAM4（例如 400G 光模块，2km 传输距离）。

长距离的场景（数据中心互联）：长距离传播对信噪比、灵敏度要求高。数据中心互联的距离可能达上百公里，由于用 PAM4 方案信噪比难以满足要求，灵敏度的劣化，即使加上 DSP 也很难长距离传播，因而主要采用相干技术。而未来，随着光模块速率的持续提升，相干技术有望得到更广泛应用，未来有望下沉到更短传输距离的应用场景。

相干光模块市场发展至今仅有约 10 年，未来在流量高速增长的大背景下相干技术将持续下沉，伴随着其成本、功耗等问题上的持续优化，整体市场空间广阔。Lightcounting 预测，采用相干技术的 DWDM 光模块市场 2020 年销售额达 10 亿美金，到 2025 年将达到 25 亿美金，年复合增速达 20.1%。届时 DCI（数据中心互联）应用场景中相干探测的光模块比重预期由 2020 年的 39%提升到 2025 年 78%。Cignal AI 预测，随着高速相干光传输技术不断从长途/干线等长距离的应用场景下沉到区域/数据中心等中短距离的应用场景，用于高速相干光通信的数字光调制器需求将持续增长，2024 年全球高速相干可插拔光器件出货量将达到 200 万端口。

从市场参与方来看，除了传统的相干光模块商如 Infinera、Cisco（acacia）、Ciena、 Lumentum、华为、中兴等持续深耕，部分非相干领域的光模块厂商也开始加入。传统相干光模块厂商的产品迭代加速推进，2019 年以来，传统相干光模块厂商，包括 Ciena、华为、Infinera 等厂商相继发布了其 800G 相干光模块产品。另一方面，我们也可以发现，传统非相干领域的光模块厂商也开始切入相干光模块领域以拓展其业务布局。除了布局更早的光迅科技，数通光模块龙头中际旭创也已切入该领域，2020 年上半年，公司首先推出了的 100G/200G/400G CFP2 DCO 系列的相干光模块产品，当前，旭创科技已能够提供全系列 100G、200G 和 400G 相干光学解决方案，覆盖 ZR（120km 短距）、MR（城域）和 LH（长距）等各种应用场景，支持 CFP2、 OSFP 和 QSFP-DD 封装。（报告来源：未来智库）

3.电信市场景气度整体回暖，10GPON加速渗透

3.1 5G：短期景气度回暖趋势有望延续，长期需求有保证

3.1.1 边际变化：2021 下半年开始边际向好，景气度回升趋势明年有望延续

2021 年上半年电信市场需求疲软，下半年开始景气度回升。从 5G 基站建设情况来看，根据工信部数据，截止 2021 年三季度，全国 5G 基站总数达 115.9 万个，前三季度合计新增 38.8 万个。从单季度情况来看，2021 年一季度延续了 2020 年四季度的情况，基站建设进度整体趋缓，新增基站数仅 4.8 万个。二、三季度开始逐步增加，分别建成 14.2 万个和 19.8 万个，基站建设进度加速明显。从光模块的需求来看，2021 年上半年电信市场包括 5G 前传、中回传需求均较为疲软，客户主要在消库存，大量订单推迟延后执行。下半年开始，随着运营商集采招标恢复，产业链整体景气度重新迎来回升。2021 年 6 月中国移动和中国广电开启 700MHz 基站联合招标，共计 48 万站，2021 年 7 月中国电信与中国联通 5G 基站（2.1GHz）招标开启，共计 24.2 万站。我们认为，从基站招标传导到上游光模块厂商实现收入确认需要 1~2 个季度，因而电信市场回暖给光模块厂商带来的业绩边际改善将逐渐体现。

电信市场景气度回升的趋势明年将得以延续，整体看好电信光模块市场。首先，从运营商资本开支的角度，2021 年上半年 5G 建设延后导致三大运营商资本开支同比下降 21.9%，随着下半年开始 5G 建设加速，景气度回暖明显。根据运营商指引，我们预计下半年三大运营商资本开支合计达 2133 亿元，同比增长 30.8%。

展望明年，考虑到电信和中移动两大运营商相继回归 A 股上市，募集资金后有望加大相关的资本投入，因而我们认为预计明年运营商资本开支有望在今年基础上保持平稳增长，产业链景气度回升趋势有望延续。其次，从光模块厂商的角度，受 2021 年上半年需求疲软、行业竞争激烈、原材料价格上涨等因素影响，部分厂商的电信光模块毛利率已到个位数，净利率接近 0%，这样的大环境会加速小厂商出清。小厂商出清完成后，电信光模块价格走势有望向好。再者，随着光芯片国产化进程的加速，国产替代比例的稳步提升，也有望为光模块厂商提供降本空间。由此，我们整体看好电信光模块市场。

3.1.2 中长期：通信“十四五”规划指引，电信光模块整体需求有保证

2021~2025 年 5G 基站数预计净增约 300 万站，整体来看，电信光模块中长期需求有保证。《“十四五”信息通信行业发展规划》指出，力争建成全球规模最大的 5G 独立组网网络，2025 年每万人拥有 5G 站数达到 26 个(净增 21 个)。根据第七次人口普查结果全国约 14.12 亿人，预计 2021~2025 年 5G 基站数净增约 300 万站，平均每年净增 60 万站。5G 基站的稳步建设将推动电信级光模块需求保持稳定、快速的增长。

5G 前传：所需光模块量大，传输距离较短，主要为 10G/25G SFP 光模块，技术成熟，市场准入门槛较低，价值量较中回传、回传低，竞争较为激烈。与之相较，5G 中回传、回传所需光模块量较前传少，相对高端，初期以 25G-100G 为主，5G 规模商用后将迭代至 200/400G 光模块，价值量更高，竞争压力相对平缓。

5G 中/回传：承载网扩容升级，光模块向高速率迭代。SPN（切片分组网）、智能城域网与 STN（智能传送网）分别是中国移动/中国联通/中国电信的 5G 承载网络格式。 2019 年起，三大运营商均开启承载网的连续招标，承载网进入规模建设模式。可以发现，近两年来招标频出，整体景气度较好，将显著拉动中回传光模块的需求。

5G 光模块市场空间测算：

根据工信部数据，截至 2021 年 9 月底 4G 基站总数为 586 万个，假设 5G 基站（宏基站+ 小基站）所需基站总数为 4G 的 2-3 倍，得出 5G 基站建设总数约为 1172-1758 万个，减去已建 5G 基站 115.9 万个，则仍需约 1056-1642 万个。假设宏基站：小基站= 1：2，即所需新建宏基站 352-547 个，小基站 704-1095 个。

前传：根据带宽需求，每个 AAU 对应一或两对 25G 光模块，宏基站/小基站具有三个无线扇面，由此推算，一个 5G 基站需 6/12 个光模块，预计未来单纤双向数量将上升，假设平均 8 个光模块/每个基站，估计 5G 前传所需光模块约为 8448 万个。

中传：三个宏基站或十个小基站需一个 DU，推算 DU 数量约为 188-292 万个。DU 与 CU 连接需一对 50G/100G 光模块，即共 375-584 万个光模块。承载网扩容升级，中/回传所用高速率光模块占比将逐渐上升，假设中传光模块 50G:100G 比例为 3：1，50G 光模块所需量为 282- 438 万个，100G 光模块 94-146 万个。

回传：每个 CU 对应 6-10 个 DU，CU 约为 19-49 万个。每个 CU 需通过 2-4 个 100G 光模块与核心网连接，假设 100G:200G 光模块为 3：1，得 100G 回传光模块 28-146 万个，200G 光模块 9-49 万个。

若均取中间值测算，即待建 5G 基站 1349 万个（包括宏基站 450 万个，小基站 889 万个），前传 25G 光模块 8448 万个；DU240 万个，对应 50G/100G 中传光模块 360/120 万个；CU34 万个，100G/200G 光模块 87/29 万个，5G 光模块市场空间约为 259.3 亿元。

3.2 固网接入：政策持续加码，10G PON 加速渗透

10G-PON 为 F5G 千兆光网的核心技术。光纤网络技术中，目前最主流的是无源光网络（PON，Passive Optical Network），其仅使用无源硬件来调节信号，用点对多点的方式连接 OLT （光线路终端）与 ONU（光网络单元）。PON 协议分为 APON/BPON/EPON/GPON，10G-PON 为 GPON 的高速率版本，对应千兆网络，具有高带宽、广连接、超低时延等优势，成为 F5G 核心技术（F5G 即由欧洲电信标准协会定义的第五代固定网络，其代表为千兆光纤网络）。

短期来看，运营商加速“千兆光网”建设，招标项目频出。横向对比近年来的招标情况， 2021 年 10G-PON 采购招标数量及金额创新高，市场持续火热。其中，中国电信 2021 年天翼网关 4.0 集中采购项目标包 4/5 共采购 10G-PON 设备 642.2 台，总招标金额高达 50 亿元。我们认为，运营商在“千兆光网”上的争夺和大规模投入将加速 10G-PON 的规模建设，光模块厂商将直接受益。

中长期来看，政策持续加码，10G-PON 端口未来 5 年的年复合增速有望接近 40%。2021 年 11 月，工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》，提出将持续扩大千兆光纤网络覆盖范围，推进城市及重点乡镇 10G-PON 设备规模部署， 2025 年 10G-PON 及以上端口数力争达 1200 万个，较之 2020 年的 320 万个新增 880 万个，五年 CAGR 达 39%。千兆宽带用户数方面，2025 年将增至 6000 万户,较之 2020 年的 640 万户，规模扩大接近 10 倍，五年 CAGR 达 56%。

除国内以外，欧洲将 F5G 作为战略基础设施，10G-PON 是 F5G 的核心技术，预计在海外也将迎来快速发展。根据华为欧洲数据，欧洲约 90%流量由固网承载，疫情加速欧洲固网升级需求，其于 2020 年 5 月宣布将 F5G 作为战略基础设施。截止到 2020 年 8 月，全球 F5G 成员快速发展至 45 家，远程办公作为 F5G 其中一个重要的应用，全球 F5G 有望迎来加速建设，进而拉动 10G-PON 需求。

国内厂商在 10G-PON 光模块全球领先，未来有望充分受益。10G-PON 领域国内厂商全球领先，产品较为齐全。主要厂商包括中际旭创(储翰科技)、博创科技、光迅科技、华工科技（华工正源）等。其中，博创科技产品最齐全，且封装制式最新，均为 SFP+，中际旭创与光迅科技 10G-PON 产品布局较为相似，华工科技仅布局 XGPON 产品，未涉及 XGS-PON 领域。 F5G 建设主战场在中国与欧洲，国内 10G-PON 光模块厂商有望充分受益。

4.重点公司分析

4.1 中际旭创：高端光模块龙头，中移动参与定增提振发展动力

深耕行业十余年，高端光模块龙头。公司前身是中际装备，聚焦电机定子绕组制造设备， 2012 年在创业板挂牌上市。2017 年通过重大资产重组的方式收购苏州旭创，更名为中际旭创，其主营业务变更为用于数通及电信领域的光模块，根据 Lightcounting，公司在 2020 年全球光模块厂商中排名全球第二。全资子公司苏州旭创成立于 2008 年，在数通市场为客户提供 40G 至 400G 的高速光模块，在电信市场主要为设备商客户提供 5G 前传、中传和回传光模块及各类高端综合解决方案。公司 2019 年收购成都储翰，进一步扩展在电信市场业务布局，成都储瀚聚焦于接入网光模块和光组件，拥有从芯片封装到光电器件到光电模块的垂直整合产品线。

高端产品持续放量保证业绩，聚焦研发拓展未来发展空间。受益于全球流量高速增长以及海外重点客户的数据中心技术迭代需求，2021 年，公司 200G/400G 等高端产品的出货量保持持续增长，前三季度，400G 光模块营收已超过 100G 成为收入贡献占比最大的品种。研发方面，公司在 800G、相干、硅光等领域均持续投入，当前 800G 数通产品和 400G ZR 相干光模块已向客户送样测试和新产品发布。

定增助力产能升级，中移动参与提振公司未来动力。2021 年 10 月，公司启动定增，旨在新增各类高端光通信模块 175 万只的年产能、接入网用高端光电器件 920 万只的年产能。中移动本次成功认购 1610 万股，投资总额约 4.99 亿元，交易完成后将持有公司 2.01%的股份。入股后，双方有望在光通信领域展开更深入的合作，中际旭创各业务线有望获得更大的发展空间。（报告来源：未来智库）

4.2 新易盛：成长迅速的光模块供应商，聚焦高端产品及前瞻技术路线并持续取得突破

深耕行业十余年，成长迅速的光模块供应商。公司成立于 2008 年，2016 年在创业板挂牌上市。公司自成立以来，一直深耕于光通信行业领域，专注于光模块的研发、生产和销售，目前主要产品为点对点光模块和 PON 光模块，不同型号光模块产品已超过 3,000 种，主要应用于电信领域和数通领域，为数据中心客户提供 100G、200G、400G 和 800G 的高速产品；为电信设备商客户提供 5G 前传、中传和回传光模块、以及应用于城域网、骨干网和核心网传输的光模块产品。

蓄力加速高端光模块及前瞻领域突破，聚焦光模块代际更迭窗口期的发展机遇。近年来，公司的高速率光模块、硅光模块相关研发项目取得多项进展，逐渐在高端光模块领域取得先发优势，高端产品销售占比持续提升。当前，公司是国内少数批量交付运用于数据中心市场的 100G、200G、400G 高速光模块、掌握高速率光器件芯片封装和光器件封装的企业。前沿领域研究方面，目前已成功推出基于硅光解决方案的 400G 光模块产品及基于 EML 和 SiPh 解决方案的 800G 光模块产品组合。另一方面，公司对境外参股公司 Alpine 的收购也在推进过程中，该公司拥有自主开发的 nCP4 TM 硅光子技术平台，能提供单波长 100G 光学解决方案，DWDM, CWDM 和 LAN-WDM 连接方案。未来，公司有望抓住光模块代际更迭窗口期所带来的机遇。

定制扩产，持续提升高端光模块领域的竞争力。2020 年公司启动定增，“高速率光模块生产线项目”项目投资总额近 18 亿元，项目聚焦于提升 5G 通讯光模块、100G 光模块和 400G 光模块的产能，规划新增年产能 285 万只高速率光模块的生产能力，将进一步夯实公司在高端光模块领域的竞争地位。

4.3 华工科技：光模块产业链一体化布局，校企改革增发展动能

以“激光技术及其应用”为主业，校企改革注入发展动能。公司成立于 1999 年，脱胎于华工科技大学，2000 年在深交所挂牌上市。成立以来，公司坚持“以激光技术及其应用”为主业，投资发展传感器产业，具有覆盖广泛的产品线。当前业务板块分为三大块，即信息激光（光通信、激光全息防伪）、能量激光（智能装备事业部、精密激光事业部）、传感器。2021H1，其“光电器件系列产品”的营收占比过半，达 52.5%，构筑了公司主要的营收来源。2020 年公司启动校企改革，控股股东变为国恒基金（持股 19%），最终实际控制人为武汉市国资委。此次改革有望进一步加强资源协同，通过制定具体有效的激励方案，为公司发展带来新活力。

光模块产业链一体化布局，持续加强芯片实力。公司光通信业务由子公司华工正源承担，产品覆盖有源光器件、无源光器件以及智能终端，实现 25G 到 400G 光模块全覆盖。有源光器件主要包括 QSFP 系列、SFP 系列、10G PON 系列、CFP 系列等，无源光器件主要为 CON 器件、MPO 器件以及插件组件。公司在光模块领域实力强劲，据 Lightcounting，公司在 2020 年全球光模块厂商中排名第十。电信光模块是传统深耕领域，近年来业务向高端数通光模块领域持续演进。公司在 2018 年推出首款 400G 数通光模块 QSFP-DD SR8 系列， 2020 年公司已实现 400G PAM4 光模块批量发货。另一方面，公司加速向产业链上游的光芯片领域延伸，构建光模块产业链一体化布局。2018 年，公司投资 6000 万元设立光芯片合资公司云岭光电，专研通信半导体激光器芯片，当前进展迅速，目前公司是国内少数能实现 5G 用 25G 光芯片全国产化的企业。未来，公司将重点推进 25G EML、50G EML 等高速率、长波长的中高端光芯片。

4.4 亨通光电：光纤光缆领先者，新能源业务有望快速增长，硅光模块实现量产

深耕光通信二十逾载，拓展海洋、能源业务，向平台型公司发展。公司成立于 1993 年， 2003 年在上交所主板上市。公司原主营业务为光纤光缆，保持国内领先地位，在夯实光纤光缆业务的同时，公司持续拓展业务领域。2011 年，公司收购线缆和力缆资产，进入电缆、智能电网等领域；2013 年，公司进军海缆、海洋工程、网络安全、新能源等领域。公司现形成通信网络、能源互联两大主要业务领域，其中通信网络业务包括“光棒-光纤-光缆-光器件”四大主要产品，能源互联业务包括海上风电、光伏、储能等多个领域，逐渐向平台型公司发展。

能源业务：碳达峰/碳中和背景下，公司新能源业务上升空间大。海上风电是重要的可再生能源，根据国家能源局数据，2021H1 国内新增海上风电装机量同比增长 102%达 2.16GW，海上风电市场规模高速增长。海上风电领域，公司拥有超高压海缆、海底光电复合缆、动态缆、脐带缆等丰富产品且技术经验丰富，首创采用 90 度绝缘材料的±535KV 超高压海缆，竞争力显著。除了海上风电领域，公司在光伏及储能领域也有相应布局，光伏+储能有望成为未来新能源趋势，公司新能源业务将进入快速增长模式。

光通信业务：光纤光缆触底反弹，400G QSFP-DD DR4 硅光模块成功量产。光纤光缆由于技术壁垒相对较低，4G/5G 建设放量期间涌入较多厂商，市场呈价格战恶性竞争状态，近年来小厂商逐步退出，价格进行触底反弹，公司光纤光缆业务盈利能力将大幅提升。硅光子技术拥有集成度高、成本低、传输线更好等优势，更加符合 5G 对传输速率的需求，已小范围应用于数据中心和城域骨干网。2018 年公司与英国洛克利成立合资子公司亨通洛克利，其于 2020 年 3 月推出 400G 硅光模块，使用英国洛克利小型化的硅光芯片和电芯片，2021 年 3 月实现量产，有望快速拓展海外数通市场客户。

4.5 博创科技：发力聚焦硅光技术路线，拓展未来成长空间

无源业务起家，持续完善产品品类。公司成立于 2003 年，2016 年在创业板挂牌上市。以 PLC 光分路器为代表的光无源器件起家，在细分领域深耕并持续拓展产品品类，当前光无源产品有 PLC 光分路器、阵列波导光栅（AWG）和可调光功率波分复用器（VMUX）、用于光功率衰减的 MEMS 可调光衰减器以及光纤阵列等。2019 年，公司收购 Kaiam 位于英国的 PLC 业务相关资产进一步强化实力，从而具备 PLC 芯片及 MEMS 芯片自给能力。

从无源切入有源，寻求更大市场空间。2015 年公司与 Kaiam 公司合作切入光有源器件市场，2018 年进一步收购在 10G PON 领域领先的成都迪谱，完善有源业务整体布局。当前，公司的光有源产品主要涵盖了用于数通领域的 25G 至 400G 光收发模块、有源光缆（AOC）和高速铜缆、用于光纤接入网（PON）的光收发模块、用于无线承载网的光收发模块等。

先发聚焦硅光技术路线，拓展未来成长动力。硅光子技术是利用现有集成电路 CMOS 工艺在硅基材料上进行光电子器件开发和集成，相对分立式器件，硅光子技术能够降低尺寸、能耗以及成本，因而有望在下一代数据通信和无线光模块产品中占据更大份额。公司从 2017 年即开始投入硅光子技术研发，以自有资金 1000 万设立子公司上海圭博，2018 年为上海圭博增加投资 1900 万人民币，用于“硅基高速光收发模块开发和产业化项目”。2020 年，公司启动定增，为“年产 245 万只硅光收发模块技改项目”募集 4.3 亿元，推动硅光模块的产业化进程。当前，公司已成功开发数据通信 100G 和 400G 硅光收发模块、无线承载网 25G 硅光收发模块等产品，初步具备大规模产业化的基础，整体进度国内领先，部分产品已通过客户测试认证并初步建成产线，正式迈入批量出货阶段。

4.6 光迅科技：全球光器件龙头企业，芯片领域筑核心竞争优势

深耕行业二十年，全球领先的光电子器件、子系统解决方案供应商，持续打造在光通信产业链上的垂直整合能力。公司成立于 2001 年，前身是 1976 年成立的邮电部固体器件研究所， 2009 年登陆深交所，成为国内首家上市的光电子器件公司。2012 年 12 月，光迅科技和武汉电信器件有限公司（WTD）重组合并，推动企业在产业规模、技术研发等方面的快速发展。

2013 年，公司收购丹麦 IPX 公司（聚焦 Si/SiO2 材料系的波导芯片，主要产品是阵列波导光栅（AWG）等无源光器件产品），切入核心芯片技术，进军高端无源芯片市场。2016 年，增资大连藏龙光电子科技有限公司，并与法方合资成立 almae（专注高端电吸收调制半导体激光器 EML 芯片研发）。当前，公司在光通信传输网、接入网和数据网等领域构筑了从芯片到器件、模块、子系统的综合解决方案，能够为客户提供光电子有源模块、无源器件、光波导集成器件，及光纤放大器等子系统产品，持续打造在光通信产业链上的垂直整合能力。

聚焦光芯片研发，弥补国内短板领域，构筑长期维度的核心竞争优势。光芯片是光模块的核心部件，当前，公司有 PLC（平面光波导）、III-V、SiP（硅光）三大光电芯片平台。无源方面的 PLC 芯片有 AWG、MCS 系列；有源领域的 III-V 芯片有激光器类（FP 芯片、DFB 芯片、EML 芯片、VCSEL 芯片）、探测器类（PD 芯片、APD 芯片），公司已能够实现相关低端芯片多品类覆盖与自给自足。硅光领域，硅光芯片是和国家信息光电子创新中心共同设计，公司同时还负责完成封装，硅光 100G 模块在 2020 年已实现规模量产，当前重点推进 200G/400G 光模块的量产进程。

（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

通信行业专题报告：光器件行业研究框架与投资机会梳理

（报告出品方/作者：国信证券，马成龙、陈彤、付晓钦）

一、光器件市场概述

光电技术是信息技术的重要分支，应用广泛

光电技术是信息技术的重要分支，信息化时代下光电产业发展迅速。光电技术是获取光子信息或借助光子提取其他信息的重要手段，涉及光子与电子两大信息化社会的关键支柱。自上世纪80年代以来，光电子产品应用日益广泛，从产业链角度看包括光辐射（激光）、光探测、光传输、光处理、光显示、光存储、光集成及光转换（光伏）等多个领域。光电产业市场规模日益增长，据中国光学光电子行业协会，2019年中国光电行业总产值已突破1.5万亿元。当前，一些新兴的应用亦在快速发展，例如AR/VR、激光雷达等。

光通信应用场景：电信网络和数据中心

应用趋势：随着移动互联网和云计算的发展，数据中心的计算能力和数据交换能力呈指数级增长，光通信的应用主体从运营商网络转向数据中心。电信网络的光通信应用：1980年代光纤诞生以来，光通信应用从骨干网到城域网、接入网、基站。目前国内传输网络基本完成光纤化，但数据在进出网络时仍需要进行光电转换；未来向全光网演进。以光模块为例，据 LightCounting数据，电信市场（FTTx+无线前传/中回传+CWDM/DWDM）占比约为40%-45%。

数通市场：受海外云厂商资本开支驱动，增长稳定性强

整体来看，海外云厂商资本开支维持稳定增长态势。22Q1，海外三大云厂商及Meta资本开支合计355.18亿美元（同比+30%，环比-2.8%）。在全球数据流量快速增长背景下，云厂商资本开支整体呈稳定增长态势。短期来看，据Dell’Oro Group，大多数主要云服务提供商2022年将经历一个扩张周期，驱动2022年全球数据中心资本开支预计超过2400亿美元。

电信市场：受运营商资本开支周期变动影响，波动性较大

u 电信市场是光通信最早发力的市场，主要用于无线接入、固网接入和承载网等，市场受运营商资本开支周期变动影响显著。电信运营商的Capex具有周期性特点，在代际升级的主建设期，运营商Capex会有明显的上升——例如国内13-15年的4G主建设期及19年至今的5G主建设期，运营商资本开支有明显提升。受此影响，电信侧光通信市场的波动性较数通侧更为显著，仍以光模块为例，据LightCounting数据，2013-2015年期间随着4G建设加速，国内电信侧光模块市场快速增长，相同的趋势也在2019年5G建设开启时出现。因此，电信侧光通信市场增长与通信技术代际升级，也即运营商重点投入时期高度相关，相关时点的市场表现更为优异

二、光模块

光模块主要用于实现光、电信号的转换

光模块是用于设备与光纤之间光电转换的接口模块。光模块主要用于实现光电信号的转换。光模块主要由光学器件和辅料（外壳、插针、PCB与控制芯片）构成。光学器件（包括光芯片和光学元件组件）约占光模块成本70%以上，辅料（外壳、插针、PCB与电路芯片等）占光模块总成本近30%。

光发射组件TOSA一般包含激光二极管、背光监测二极管、耦合部件、TEC以及热敏电阻等元件。一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。光接收组件ROSA一般包含光电探测器、跨阻放大器、耦合部件等元件。一定速率的光信号输入模块后由光探测器转（PD/APD）换为电信号，经前置放大器（TIA)放到后输出相应速率的电信号。

光模块规格型号繁多，适用于不同应用场景

光模块种类繁多，有多种分类方式，包括按封装方式、光口速率、传输距离、调制格式、是否支持波分复用、适用的光纤类型、光接口工作模式、光芯片类型、连接器接头类型、使用方式、工作温度范围等。例如，400G光模块按照封装方式可以分为CDFP、CFP8、QSFP-DD和OSFP方案。按信号调制方式可分为NRZ和PAM4调制。按传输距离，可分为SR、DR、FR、LR等。早期的400G光模块用16路 25Gbps NRZ的实现方式，现在主流是4路106Gbps PAM4（400G-DR4,FR4,LR4）的实现方式。

光模块技术升级路线：向更高速率和更低成本演进

光模块速率升级的方法有两种：1、提高单通道的比特速率；2、增加通道数。10G到40G，提升的是通道数；从40G到100G，提升的是单通道波特率；从100G到400G，可用16*25G、4*100G（100G激光器的波特率存在瓶颈，可用50G激光器叠加更高的调制方式，即PAM4；对比传统NRZ调制，PAM4单个脉冲可以传递两比特信息，相同条件下信道容量可以提升一倍），或者采用8*50G方案。

光模块市场空间：预计2026年超过170亿美元

2020年全球光模块市场规模80亿美元，未来五年预计稳步增长。根据LightCounting预测，2016-2018年光模块行业增长平缓，2019年后光模块升级加速，尤其2020年受疫情和新基建政策催化，电信和数通市场需求强劲，全年光模块市场规模为80亿美元，同比增长23%。预计到2026年，全球光模块市场将超过170亿美元，2021-2026年的五年CAGR为14%。

市场结构：数通市场成为光模块需求的核心驱动

光模块按应用场景可以区分为以下几类。以太网光模块：主要用于数通市场，包括数据中心网络、运营商的城域网、骨干网。光纤通道光模块：主要用于数通市场，用于存储和高性能计算网络。光互连光模块：包括AOC，主要用于数通市场，用于短距离（20m以内的)机柜内部的服务器和TOR交换机互联。CWDM/DWDM光模块：用于各类光传输设备，包括数据中心互联和运营商网络；无线前传、无线（中）回传：主要用于电信市场，用于电信运营商网络中的无线接入网。有线接入光模块：主要用于电信市场，用于电信运营商网络中的点对多点光模块。

三、光电芯片

光芯片分类和供应环节

光芯片是实现光电信号转换的核心，光器件在性能提升、成本控制等方面很大程度上依赖于光芯片。光芯片可以按使用原理分为无源光芯片和有源光芯片，有源光芯片可以进一步按功能划分为激光器芯片、探测器芯片、调制器芯片和放大器芯片，无源光芯片可以按功能划分为PLC芯片、AWG芯片、光开关芯片等；光芯片也可以按基板（衬底）材料划分为磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）、硅基（Si）等。光芯片的原材料包括衬底材料、电子特气、光刻胶、湿电子化学品等。

激光器芯片：光发射组件核心

激光器芯片按发光类型可分为面发射芯片（VCSEL）和边发射芯片（FP、DFB、EML）。VCSEL，即垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-EmittingLaser），其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，激光由边缘射出的边射型激光（EEL）有所不同。

高速率光芯片：国产化率很低

国内高速率光芯片严重依赖进口，与国外产业领先水平存在一定差距。 25G及以上速率属于高速率光芯片，目前由欧美日领先企业占主导，如Oclaro、Avago、NeoPhotonics具备50G EML芯片能力，DFB和VCSEL激光器芯片大规模商用的最高速率已达到50G，Finisar、AAOI、Oclaro具备50G PAM4 DML芯片的能力。

VCSEL：非通信领域应用广泛

除光通信外，VCSEL主要应用领域包括消费电子以及激光雷达。（1）光通信方面：由于850nm的氧化物限制型的VCSEL具有低阈值电流、较高的弛豫振荡频率等优点，在高速数据传输以及光通信中有望广泛应用；（2）消费电子方面：VCSEL常作为红外光源用于3D成像与传感应用，可分为3D结构光（常用于人脸识别，如iPhoneFaceID）及飞行时间技术（ToF，在AR/VR领域有较大应用需求，如iPhone 12后置D-ToF Lidar）；（3）激光雷达方面：多结VCSEL技术的出现，充分发挥其高功率、高效率、高斜率、集成难度低、可靠性高、低功耗等方面的优点，在高性能全固态、远程汽车激光雷达的应用中具有重要意义，有望替代EEL成为未来激光雷达主流激光器。（报告来源：未来智库）

四、光器件

光器件：光模块的重要组成部分，起到光信号处理的重要功能

光器件指的是应用在光通信领域，利用光电转换效应制成的具备各种功能的光电子器件，细分领域众多。按照工作时是否发生光电转换分类，可分为光有源器件和光无源器件两大类，前者需要电源驱动，后者无需电源驱动。

光器件：工艺经验、对光学系统的理解是核心竞争力

工艺经验的积累、对光学系统的理解以及精密、精益加工制造能力是光器件行业核心竞争力。光器件种类多样，产品品质来源于工艺经验的积累、对光学系统的理解以及精密加工制造能力。以天孚通信为例，得益于公司多年积淀并持续改善的工艺技术，保障了产品制造的尺寸精度、生产质量和生产效率。例如公司对陶瓷套管的精密加工可以达到1µm以下的尺寸精度；对光收发接口组件所需的不锈钢零件的精密加工可以达到5µm以下的尺寸精度；拥有高精度贴合，金丝键合技术能力，自动化贴片设备精度可达±0.5um。

光器件竞争格局：格局分散，厂商规模小，行业收购兼并频发

光器件竞争格局：无源光器件市场和有源光器件的中低端领域处于完全竞争阶段，高端有源光器件领域处于相对完全竞争状态。国内光器件厂商多，竞争格局整体较为分散，受限于单个细分市场规模小，多数光器件厂商收入规模小。主要因为光器件定制化程度高，生产需要较多人工，较难形成规模效应，大部分厂商聚焦于个别品类，厂商营收超过10亿元企业较少。

趋势1：光器件向光引擎形态演进

什么是光引擎？光引擎指的是光电转换功能中负责光信号处理的部分。根据天孚通信公司公告，高速光引擎是在高速发射芯片和接收芯片封装基础上集成了精密微光学组件、精密机械组件、隔离器、光波导器件等，实现单路或者多路并行的光信号传输与接收功能。光引擎不仅可以用传统分立式元器件来集成，也可以通过硅光技术来实现，硅光方案涉及的光器件产品包括隔离器、光学透镜、微光学器件、FA产品、PM产品等。

趋势2：光通信器件厂商跨领域布局，寻找新成长曲线

以全球光器件代工龙头Fabrinet为例，其底层核心能力在于其精密机电制造服务能力和精密光学生产和封装能力。公司的应用领域以光通信业务为主，依托在光通信市场积累的能力，积极向非光通信领域步扩张，包括工业激光、智能驾驶、医疗等领域。目前非光通信业务收入占比约20%，根据公司CEO Seamus Grady表示，未来非包括工业、汽车和医疗在内的非通信业务收入有望占到50%。

五、光学元组件

光学元件是光学系统的基础，应用广广泛

光学元件组件是光器件光模块的基础。光通信行业常用的光学元件主要包括滤光片、偏振分束器、微透镜、柱面镜、窗口片、棱镜、波片、反射片等。

除了光通信领域，光学元件广泛应用于视频及图像等成像、传像的光学系统中。光学元件是实现成像和传像的基础，由光学材料加工而成，包括各种球面、非球面、平面、异形的透镜、棱镜、反射镜、滤光片、光栅等，发挥着反射、成像、分光、滤光、传输等作用；光学镜头及模组则是成像和传像的核心，是各下游应用领域的“眼睛”，重要地位日益凸显。同时，高功率光纤激光器的研发和产业化需要泵源、隔离器、合束器等光电子元器件的支撑，光电子元器件直接决定了光纤激光器输出的激光功率水平和性能参数。

精密光学元组件技术成熟、定制化程度高、差异化竞争为主

光学元组件按照精度和用途可分为传统光学元组件和精密光学元组件。传统光学元组件主要应用在传统照相机、望远镜、显微镜等传统光学产品，精密光学元组件主要用于光学检测仪器、医疗设备、激光器、建筑测绘、军用设备等。精密光学元组件具有高精度、高性能的特点，在生产技术、生产工艺以及设备等方面与传统光学元组件存在较大差异。精密光学元组件产业链附加值相对较低，中低端产品受劳动力成本影响较大，目前生产企业主要集中在中国大陆以及部分东南亚国家。

新兴市场：智能驾驶推进，汽车电子领域大有可为

汽车智能化增加车载摄像头、激光雷达等传感器，光学元件/组件有望受益。随着汽车智能驾驶逐步发展，车载传感器搭载数量、种类逐步增多，其中车载摄像头、激光雷达已成为核心传感器：车载摄像头已成为智能汽车标配，据ICV数据，2021年全球单车摄像头平均配置数量为2.3颗，前装车载摄像头总量将达约1.65亿颗，预计2026年将达3.7亿颗，市场规模达到306亿美元。根据BOM成本，车载摄像头中光学镜头、滤光片等光学元/组件成本占比约20%，另据舜宇光学，2021年其光电产品毛利率约10-15%，由此估计，2026年车载摄像头对应光学元/组件（滤光片与车载镜头）市场规模超50亿美元。