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1、 1/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 行业研究报告 慧博智能投研 光模块光模块行业行业深度:深度:发展现状发展现状、竞争格局竞争格局、市市场空间场空间、产业链产业链及及相关公司相关公司深度梳理深度梳理 伴随我国数字经济发展,以科技创新推动产业发展取得新突破,人工智能基础设施体系也在不断构建,探索 AI 应用新模式,全面向“AI+”战略转变。而光模块作为链接 AI 与通信的基石,引领新一轮科技革命升级,光模块 100G/200G-400G-800G 快速迭代带来产品量价齐升。海外高速光模块需求订单有望逐步加量,长期来看光模块产业将迎来蓬勃发展新机遇
2、。围绕光模块,下面我们从其基本知识及驱动发展因素等研究入手,了解光模块国内外发展情况及竞争格局,并对该行业产业链进行梳理及市场空间进行预期,并对该行业未来发展方向及趋势进行解读,方便读者深入了解这一行业。目录目录 一、概述.1 二、驱动因素.4 三、发展现状及竞争格局.8 四、市场空间.11 五、产业链梳理.15 六、相关公司.20 七、未来发展方向及趋势.38 八、参考研报.50 一、一、概述概述 1.定义定义 光模块(Optical Modules)作为光纤通信中的重要组成部分,是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。2/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业
3、|深度深度|研究报告研究报告 光模块通常由光发射组件(含激光器)、光接收组件(含光探测器)、驱动电路和光、电接口等组成。光模块用于实现电-光和光-电信号的转换。在发送端,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。在接收端,一定速率的光信号输入模块后由光探测器(PD)转换为电信号,经前置放大器后输出相应速率的电信号。2.成本架构成本架构 光模块中实现光电转换作用的核心部件是光电芯片,光芯片是光模块中完成光电信号转换的直接芯片,而电芯片是实现对光芯片工作的配套支撑,两者都是光模块的核心部件。成本占比来看,光芯片通常占
4、光模块成本的 40%-60%,电芯片占 10%-30%之间。3/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 光模块的主要升级在速率,光通信芯片的成本随着光模块速率的不断升高而提高。作为最主要的成本构成,芯片的差异也成为了衡量光器件高低端的主要标准。越高速、越高端的光模块,光芯片和电芯片的成本占比就越高。4/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 3.分类分类 光模块可按照传输速率、复用技术、封装方式等进行分类,其中 400G 及 800G 光模块主要用 QSFP-DD、OSFP 封装方式。二、二、驱动因素驱动因素 1.
5、政策推动数据传输速度提升,光模块需求相应增长政策推动数据传输速度提升,光模块需求相应增长 2023 年 10 月,为推进算力基础设施高质量发展,充分发挥算力对数字经济的驱动作用,工业和信息化部、中央网信办、教育部、国家卫生健康委、中国人民银行、国务院国资委六部门近日联合印发算力基础设施高质量发展行动计划(以下简称行动计划),结合算力基础设施产业现状和发展趋势,5/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 明确“多元供给,优化布局;需求牵引,强化赋能;创新驱动,汇聚合力;绿色低碳,安全可靠”的基本原则,并制定了到 2025 年的主要发展目标。其中,运载力方面
6、,国家枢纽节点数据中心集群间基本实现不高于理论时延 1.5 倍的直连网络传输,重点应用场所光传送网(OTN)覆盖率达到 80%,骨干网、城域网全面支持 IPv6、SRv6 等创新技术使用占比达到 40%。2.以以 ChatGPT 为代表的为代表的 AI 浪潮带动人工智能集群升级,光模块浪潮带动人工智能集群升级,光模块需求高增需求高增(1)网络架构变化带来需求数量增长网络架构变化带来需求数量增长 数据中心拓扑结构由传统三层结构向叶脊结构转变,收敛比快速收窄。传统三层结构的设计初衷主要为南北向流量,但随着移动互联网的蓬勃发展,数据中心东西向流量大幅增长。一方面,由于虚拟机的出现,数据中心流量发生了
7、巨大变化;另一方面,STP 协议下网络拓扑结构的上行链路被阻塞,造成了带宽的浪费,同时由于发生变更时需要重新收敛,容易发生故障从而影响整个网络,因此传统三层架构在传输东西向流量时不仅浪费核心交换机的资源,潜在阻塞也有可能形成延迟导致用户响应时间过长,已不能满足数据中心内部高速互联的需求。叶脊结构应运而生,其叶交换机相当于三层结构中的接入层交换机直接连接终端、服务器,脊交换机相当于核心交换机与叶交换机的直接互联。这样扁平化设计不仅减少了延迟、提高了扩展性、均衡分担了负载,也增加了光纤接口数,对光模块的需求大幅增长。6/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告
8、 (2)流量传输量流量传输量和速度需求增长推动光模块代际缩短和速度需求增长推动光模块代际缩短 随着 ChatGPT 的问世以及 AI 相关应用的快速发展,AI 算力需求高速增长,对数据中心的吞吐量也提出了更高的要求。为了实现更高的传输速率以匹配日渐提高的计算速度需求,光模块的代际 100G 到400G 超 3 年,而 800G 到 1.6T 代际有望缩短至不到两年。(3)对功耗和价格的极致要求推动结构升级对功耗和价格的极致要求推动结构升级 随着光电转换速度提升,功耗将不可避免地受到拉动,因此对下游客户来说,降功耗也是重要的升级方向。根据思科的数据,过去的 12 年时间,数据中心的网络交换带宽提
9、升了 80 倍,背后的代价就是:交换芯片功耗提升约 8 倍,光模块功耗提升 26 倍,交换芯片 SerDes 功耗提升 25 倍。7/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 结构的优化是光模块重要的降功耗方向之一,CPO、LPO、薄膜铌酸锂则是重要路径。作为实现“光互连”的最终目标,硅光技术通过将模块中的光学器件与电子元件整合到一个独立的微芯片中,使光信号处理与电信号的处理深度融合,最终实现真正意义上的“光互联”。在此基础上,CPO(光电共封装)作为硅光路上的中间站,通过将光引擎和交换芯片封装在一起,缩短了距离,使电信号可以更快传输,提高了效率,减少了尺
10、寸,降低了功耗。LPO(线性驱动可插拔光模块)则是通过线性直驱技术替换传统的 DSP,实现系统降功耗、降延迟的优势,并且成本低。但是其传输距离有所牺牲,适用于数据中心等短距离传输场景。薄膜铌酸锂方面,随着离子切割技术及微米波导刻蚀技术的成熟,薄膜铌酸锂调制器的集成度得以提升,调制器得以小型化,铌酸锂材料优质的光电性能得以显现,功耗及成本也得以充分降低。根据 Macom 的数据,具有 DSP 功能的 800G 多模光模块的功耗可超过 13W,而利用MACOMPUREDRIVE 技术的 800G 多模光模块功耗低于 4W;同时 DSP 芯片约占 BOM 的成本的 20-40%,相对应的 LPO 也
11、会带来该部分成本的降低。8/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 三、三、发展现状及竞争格局发展现状及竞争格局 1.光芯片国内厂商竞争领域集中于光芯片国内厂商竞争领域集中于 25Gb/s 以下产品,以下产品,25Gb/s 及以上产品及以上产品国产化率尚有不足国产化率尚有不足 2.欧美日国家光芯片厂商具有技术经验先发优势欧美日国家光芯片厂商具有技术经验先发优势 欧美日国家光芯片厂商具有技术经验先发优势,逐步实现产业闭环,并建立起较高的行业壁垒,拥有可量产 25Gb/s 速率以上光芯片的技术。国内厂商在芯片制造中对外延技术的掌握尚未成熟,因此高端外延片主要
12、依赖进口,导致发展受限。分速率市场来看,国内厂商目前能够规模量产 2.5Gb/s、10Gb/s 激光器芯片,25Gb/s 激光器芯片仅少部分厂商实现批量发货,50Gb/s、硅光方案大部分厂商仍处于验证试产阶段。9/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 3.电芯片国产化率偏低,核心供应厂商仍以海外企业为主电芯片国产化率偏低,核心供应厂商仍以海外企业为主 电芯片包括激光驱动芯片 LDDriver、跨阻放大器芯片 TIA、限幅放大芯片 LA、DSP 电信号处理芯片等,但国内只有少数供应商涉足 25Gb/s 及以下速率的电芯片产品,25Gb/s 以上基本依赖进
13、口。4.近年来国内光模块厂商高速发展,行业内呈现近年来国内光模块厂商高速发展,行业内呈现“西退东进西退东进”趋势趋势 10/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 2010 年至今以来国内光模块厂商飞速发展,全球排名逐步靠前,2010 年国内仅有一家武汉电信器件有限公司(WTD)入围全球 top10 榜单,LightCounting 公布的 2022 年全球 Top10 榜单中国内厂商强者愈强,共计 7 家入围,其中中际旭创与 Coherent 并列高居榜首。5.2015-2023 年光模块月度出口规模震荡上行,年光模块月度出口规模震荡上行,2023 年
14、年 11 月、月、12 月连月连续创下新高续创下新高 根据海关出口数据,2015-2023 年我国光模块出口年化复合增速为 12.26%,上升趋势明显。2023 年呈现前低后高的走势,主要原因为国内头部厂商高速率产品海外订单 Q2、Q3 逐步起量,拉动出口需求增长。11/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 6.全球前十中国厂商占半数以上,云厂商控制供应商数量全球前十中国厂商占半数以上,云厂商控制供应商数量 光模块市场中国厂商占据主导,根据 LightCouting,2022 年全球前十大光模块厂商中中际旭创(Innolight)、华为、光迅科技(Ac
15、celink)、海信、新易盛(Eoptolink)、华工正源(HGG)、索尔思光电(SourcePhotonics,被华西股份收购)七家公司为中国大陆厂商,其中中际旭创为高端光模块市场龙头,400G 光模块全球份额在 50%左右。云厂商倾向控制光模块供应商数量,切换新产品时优先考虑已有供应商。云厂商在导入新的光模块供应商时,均会对潜在供应商的光模块进行对传等测试,由于会在同一计算中心混用不同厂商的光模块,需对各厂商的光模块进行组合测试。云厂商选择的供应商越多,测试的工作量呈几何级增长,测试及日常运行中出错概率也相应增加,因此云厂商往往会将光模块供应商数量控制在 3 个左右。同时,由于云厂商对已
16、有供应商的产品工艺稳定性、批量交付能力充分了解,因此在导入 800G、1.6T 光模块等新产品时,一般会优先考虑已有供应商。四四、市场空间市场空间 1.2022-2028 年全球光模块市场规模年全球光模块市场规模 CAGR 将实现将实现 12%,2028 年全球规年全球规模有望突破模有望突破 200 亿美元亿美元 根据 YoleIntelligence 数据,2022 年全球光模块市场规模为 110 亿美元,在大型云服务运营商对 800G高数据速率模块的高需求和国家电信对增加光纤网络容量的要求推动下,预计 2028 年将增至 223 亿美元,2022-2028 年化复合增速将达到 12%。12
17、/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 2.光模块国内市场需求规模为光模块国内市场需求规模为 20-30 亿美元,占比全球约亿美元,占比全球约 1/4 根据 LightCounting 预测,2018-2023 年中国光模块部署量占比全球 25%-35%,2024-2029 年占比20%-25%,略有下降。北美云服务商在 AI 集群中部署 800G 的计划较为激进,这将成为未来 2-3 年中国份额下降的主要因素。13/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 3.2024 年年 800G 将步入规模化放量阶段,将步
18、入规模化放量阶段,1.6T 时代逐步临近时代逐步临近 光模块的更新迭代周期约为 3-5 年,海外厂商光模块部署时间领先。400G 的增量于 2019 年开始,海外云服务商部署时间比国内厂商更快,Amazon、Google、Microsoft 和 Meta 在 2019 年起在其超大型数据中心内部采用 100G/400G 架构,并商用部署 400G 光模块。国内互联网厂商中,短视频公司的流量增长和机房空间压力最大,2021 年字节跳动成为国内第一个批量采购 400G 光模块的客户。受海外 AI 算力需求驱动,旭创 23 年 3 月 800G 需求起量,23 年下半年 400G 订单出货增加。根据
19、C114 通信网消息,2023 年初由于数据中心需求和资本开支收缩等因素影响,市场原本预期较为悲观,但自 2023 年 3 月以来,公司海外大客户 800G 需求开始起量,并不断增加和补充订单,其背后主要驱动力来自于 AI 算力相配套的交换机网络需求;2023 年下半年,部分海外大客户开始提高 400G 光模块的需求用于以太网 400G 交换机网络,公司 400G 订单和出货量也开始显著增加。800G 光模块的技术升级包括三代:1)第一代为 8 光 8 电,光接口 8*100Gb/s,电接口*100Gb/s,也是最早的一代,于 2021 年投入商用;2)第二代为 4 光 8 电,光接口 4*2
20、00Gb/s,电接口 8*100Gb/s,商用时间预计为 2024 年;3)第三代为 4 光 4 电,光接口 4*200Gb/s,电接口 4*200Gb/s,商用时间 14/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 预计为 2026 年。8*100Gb/s 是 800G 光模块前期应用市场的主流方案,当单通道电接口速率与光接口速率相同时,光模块的架构将达到最佳,并具有低功耗、低成本等优势,所以 4*200Gb/s 是 800G 光模块的理想架构,未来也将成为 1.6Tb/s 的实现基础。4.预计预计 1.6T 光模块需求有望于光模块需求有望于 2025 年
21、实现年实现 根据 FiberMall 数据预测,2021-2025 年交换机密度预计大约每 2 年翻 1 倍,相对应光模块速率也将同步匹配。例如 2021 年 25.6Tb/s 交换机所对应 400G 光模块,2023 年 51.2Tb/s 交换机对应 800G 光模块,假设按此速率线性推演,预计 2025 年当交换机速率达到 102.4Tb/s 时,1.6T 光模块的需求也将有望实现。5.国内龙头厂商预计最早国内龙头厂商预计最早 2024 年下半年海外客户将开始采购和部署年下半年海外客户将开始采购和部署 1.6T光模块光模块 旭创透露 800G 从 2023 年 Q2 开始起量以来,每个季度
22、保持了订单和出货量的环比增长,800G 产品23 年 Q4 相较 Q3 的出货增速度仍非常明显。且 DSP 和 EML 等核心原材料在 Q3 和 Q4 都已得到不同程度的缓解。旭创预计 AI 大客户最快在今年下半年开始采购和部署 1.6T 光模块。15/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 五五、产业链产业链梳理梳理 光模块上游主要包括光芯片、电芯片、光器件等供应商,其中光器件供应商较多,国产化率较高,但芯片工艺技术壁垒高,研发成本大,国外大厂占据高端光芯片、电芯片领域市场大部分份额。光模块身处中游,属于技术壁垒相对较低的封装环节。光模块由光芯片、光器
23、件、集成电路芯片、印制电路板、结构件等封装而成,是实现电信号和光信号互相转换的核心部件,属于光模块产业链中游的后端垂直整合产品。光模块下游包括互联网及云计算企业、电信运营商、数据通信和光通信设备商等。其中互联网及云计算企业、电信运营商为光模块最终用户。1.上游上游 前面已经提及光器件和光芯片是光模块的两大核心部件,成本占比最高。根据联特科技招股书,光模块成本结构中,光器件占比 36.5%,集成电路芯片占比 22.4%,光芯片占比 18.5%。光器件是光模块的重 16/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 要组成部分,在成本中占比最高,主要包括 TOSA
24、、ROSA 及构成 TOSA、ROSA 的组件,如 TO、波分复用器、TO 座、TO 帽、隔离器、透镜、滤光片等配套件。光芯片包括 COC(载体芯片)、LDCHIP(光发射芯片)及 PDCHIP(光接收芯片);集成电路芯片包括驱动芯片、信号处理芯片及相关器件。光模块向高速率、小型化、集成化方向发展,未来采用硅光集成技术的 CPO 形式有望超越传统光模块。根据联特科技招股书,第一代(1995 年-2000 年)以 1X9、GBIC、SFF 形式为主流代表。1X9 是较早的光模块应用,是固定的光模块产品。第二代(2000 年-2028 年)以 SFP、QSFP、QSFP-DD/OSFP等形式为代表
25、。随着数据通信网络向高速率、大容量发展,通信设备端口密度提升,推动光模块不断突破技术限制,向小型化、高速率、智能化、集成化方向发展,光模块也由 10G-40G 升级到100G/200G/400G 高速光模块领域。第三代(2024 年后)以光电共封装(CPO)形式为代表,主要采用硅光集成技术。预计到 2024 年,800G 高速光模块会进入规模化生产阶段,光电共封装、硅光集成技术会在速率、能耗、成本方面逐渐超越传统光模块。2.下游下游 光模块的应用场景主要分为两大领域:4G/5G 无线网络、固定宽带 FTTX、传输与数通网络等为代表的电信领域;承载 AR/VR、人工智能、元宇宙等应用的数据中心领
26、域。这两大应用场景的规模增速是影响光模块需求景气度的核心指标。(1)电信领域:)电信领域:5G 网络驱动光模块量价齐升网络驱动光模块量价齐升 5G 网络建设以 2019 年为元年,2020 年进入高速增长期,预计至 2025 年左右基站数量趋于稳定。,2020 至 2024 年是 5G 网络规模建设期,2025 年至 2028 年为 5G 网络完善期,在 2029 年左右将开始引入 6G 网络。17/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 5G 网络建设对于智能化发展、提升社会生产效率具有重要意义,并带来数据流量的大幅增长。从光模块业务收入增速角度来看,
27、其与数据中心规模增速、移动通信网络建设、以及运营商资本开支具有相关性。(2)数据中心领域:)数据中心领域:数据中心迎来周期向上拐点,光模块产业进入量价齐升的周期数据中心迎来周期向上拐点,光模块产业进入量价齐升的周期 数据中心产业整体发展周期呈现出“四中心三拐点”的特征,在 AI 算力的驱动下产业正迎来第三次上升拐点。云计算中心阶段,光模块速率经历了由 10G/25G 向 40G/100G 的过渡。这一阶段,光模块主流速率经历了由 10G/25G 向 40G/100G 的过渡,2012 年北美市场以 10G 为主。2014 年开始步入 40G,2016 年100G 开始规模化应用。18/50 2
28、024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 算力中心阶段,光模块速率开始向 400G/800G 过渡,目前已有不少龙头厂商开始研发 1.6T 系列。我国数据中心产业起步相对北美较晚,体现在光模块应用端层面,性能相对北美同期较为落后。自2020 年起,我国数据中心开始步入算力中心阶段,三大运营商资本开支由 5G 网络向算力网络倾斜。从资本支出的角度来看,三大运营商向互联网和算力网络大幅倾斜。综合以上因素推断,当前国内数据中心的建设正处于周期向上的拐点,智能算力将驱动新一轮资本开支增长。数据中心内部流量的增加带来网络架构变迁,除了促进高速率光模块的发展,也形成了低功耗、
29、低成本、智能化的趋势。在 AI、无人驾驶、物联网等智能算力应用场景的推动下,总体推断 2023-2025 年全球数据中心规模增速或保持上升的趋势。在网络流量不断增长、叶脊架构广泛应用的背景下,数通光模块需求增速预计进入上升通道;同时交换机之间的设备交换容量不断提升促进了高速率产品的规模化应用,数通产品平均单价呈现上升趋势,综合导致了光模块产业进入量价齐升的周期。19/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 (3)光模块行业下游客户结构的变迁:从企业主导转向云厂商主导光模块行业下游客户结构的变迁:从企业主导转向云厂商主导 2007 年前后,谷歌在其数据中心
30、内开始部署 10G 光模块,拉开了云厂商对光模块采购需求的序幕,彼时光模块最大的下游市场为企业数据中心(即传统数据中心)。根据 Light Counting 于 2023 年 7 月发布的Mega Data Center Optics中的数据,2016 年全球以太网光模块的销售额中,企业客户贡献了42%的份额,仍位居第一位,其次分别为云厂商、电信运营商,分别贡献了 36%、22%的份额。2022年,云厂商在全球光模块市场的销售额中占比攀升至 67%,超越了企业与电信领域,成为光模块下游第一大客户群体。20/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 六六、相
31、关公司相关公司 1.中际旭创中际旭创 公司自 2008 年成立以来,始终专注于高端光通信模块的研发生产。经过 15 年砥砺前行,公司已成为全球领先的光模块整体解决方案提供商。公司凭借持续行业领先的技术和制造能力,集高端光通信收发模块研发、设计、封装、测试和销售于一体,为全球云数据中心客户提供包括 100G/200G/400G/800G高速光模块,为电信设备上提供包括 5G 前传、中传和回传光模块,以及应用于骨干网和核心网传输光模块的一体化高端整体解决方案。公司围绕高端光通信模块业务,为客户提供一站式光模块集成解决方案。公司通过 H 清晰的产品发展战略,不断完善光模块系列产品矩阵及下游行业应用领
32、域布局。公司目前四大产品解决方案包括:数据中心及以太网产品、5G 网络产品、相干传输产品、光纤到户产品。21/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司主营业务长期保持快速增长,营业收入 2017-2022 年均复合增速 32.5%,高端光模块业务近年来成为公司业务主要增长引擎。2022 年公司实现营业收入 96.42 亿元,同比增长 25.3%,2017-2022 年均复合增速为 32.5%,2023 年前 3 季度公司实现营收 70.30 亿元,同比增长 2.4%。自公司 2008 年成立以来,公司业务始终聚焦于高端光模块产品研发及生产,在发展初期
33、通过先发布局并推出 40G 数据中心用高端光模块产品打开发展局面:自 2017 年资产重组以来高端光模块业务快速增长,2022 年高端光模块业务营收 87.46 亿元,2017-2022 年均复合增速达到 46.6%。2021 年公司剥离子公司中际智能电机绕组装备业务,进一步聚焦于高速光模块业务。在全球 AIGC 推动的人工智能发展浪潮下,公司凭借长期在高端高速光模块的技术引领地位有望持续提升行业竞争地位。22/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司光模块产品矩阵聚焦高端高速光模块产品,其中数据中心及以太网领域在 800G/400G 和相干光模块等
34、品类具备行业领先地位。数据中心及以太网应用领域,在全球最新一代 800G 高速光模块产品方面,中际旭创和 Coherent(相干公司)是目前已实现 800G 产品出货的两家领先企业,公司相比 Coherent 拥有更全面的 800G 高速光模块产品矩阵。在 400G 光模块产品方面,公司在 OSFP 封装技术和 DCO 相干光模块领域拥有行业最丰富的产品矩阵。公司目前在相干光模块领域具备全行业最完善的产品矩阵,其中 400G 和 100G 相干光模块产品品类行业领先,也是全球唯一推出 200G 相干光模块产品的企业。公司电信网络传输产品在 400G/200G 和 DCO 相干光模块等高端光模块
35、领域具备领先优势。公司自2018 年加速布局国内电信市场业务以来,凭借在数据中心通信领域积累的技术优势和规模制造能力推出应用于 5G 电信网络传输的高速光模块产品,2019 年公司 5G 前传、中传和回传产品成功导入国内住通信设备.上客户,其中 25G 前传光模块出货量位居前列。2020 年公司在行业率先推出应用于电信网络传输的 400G/200G/100G 相干光模块产品,进一步提升公司正在电信网络传输市场的竞争地位。2021年联合新华三推出采用 400GZR/ZR+QSFP-DD 相干光模块的 100G 单波 LR1/ER1/BiDi 等系列产品,为 400G/100G 电信应用市场提供更
36、加经济高效的全套解决方案。23/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 24/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 2.光迅科技光迅科技 光迅科技是全产业链布局的光通信器件供应商,主营光电子器件、模块和子系统产品的研发、生产及销售,为传统电信领域光通信龙头企业。公司前身为 1976 年成立的邮电部固体器件研究所,并于 2004 年改制完成,整体变更为武汉光迅科技股份有限公司,2009 年公司于深交所上市。从公司产业链布局来看,公司由电信市场拓展至数通市场,形成由光芯片等元器件到光模块的全布局。公司 2009 年上
37、市之初募集资金用于光纤放大器与子系统产品建设项目与光无源器件与光集成产品建设项目,2013 年完成收购丹麦 IPX 公司完善高端芯片布局,2014 年公司定增 6.1 亿元用于宽带网络核心光电子芯片与器件产业化项目,产品速率提升至 10G、40G 及以上,2019 年公司再次定增 19.5 亿元用于数据通信用高速光收发模块产能扩充项目,加强数通市场高速率光模块建设,2023 年公司在数据通信用高速光收发模块产能扩充项目上继续定增 15.7 亿元,提升公司产能和研发实力。25/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 按应用领域分,公司产品可分为传输类产品、
38、接入类产品和数据通信类产品。其中,传输类产品分为无源和有源两大类,包括传输类光收发模块、光放大器、波长管理类光器件、监控和保护类光器件、光连接器等。传输类光模块包括直接调制光模块和相干光模块,支持 10Gb/s、100Gb/s、400Gb/s 等速率,用于城域、远距离长途传输系统;光放大器产品包括掺铒光纤放大器、拉曼放大器和混合光放大器;光无源器件包括 AWG(阵列波导光栅)、VMUX(光功率可调波分复用器)、WDM(波分复用器)、VOA(可调光衰减器)、OPM(光性能监测功能模块)等光传送网所需的光器件;智能光器件包括WSS(波长选择开关)、OTDR(光时域反射仪)、相干器件等。接入类产品支
39、持固网接入和无线接入应用:固网接入产品有 GPONOLT/ONU、10GPON(10GEPON、10GGPON、10GComboPON)的BOSA 和光收发模块等;无线接入类包括 4GLTE 和 5G 网络用 CPRI/eCPRI 的各种 10G、25G、50G、100G 灰光和彩光光收发模块。数据通信产品主要用于云计算数据中心、AI 智算中心、企业网、存储网等领域,包括数据中心内互联光模块、数据中心互联光模块、AOC(有源光缆)等产品。此外,公司在10G、100G、400G 长跨距、光线路保护、分光放大以及传感类方面也有解决方案。26/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度
40、深度|研究报告研究报告 公司积极拓展海外市场,在马来西亚、德国、美国、丹麦、法国设立子公司及制造中心,进行光通信器件的研发生产及销售,并在美国、德国、韩国设有办事处,加强公司海外事业建设和市场拓展。27/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 400G 骨干网建设启动,公司作为相干光模块龙头有望充分受益。今年三月份,中国移动完成了首个400GQPSK 离线系统超长距离原型机的验证,为 400G 骨干网络的建设奠定基础。2023 年 10 月 31 日,中国移动通信也发布了骨干传送网 400GOTN 新技术试验网设备集中采购。400G 骨干网建设的临近将显
41、著推动其中必要设备相干光模块的需求。光迅科技在相干光模块布局进展处于国内领先水平。公司于格拉斯哥 ECOC2023 上展示了高输出功率 400GZR+相干模块,该产品出光功率最大可达+5dBm,功耗和散热表现也完全满足电信级组网应用,目前产品已完成验证,将于近期正式商用。公司在相干产品布局领先,在 400G 骨干网建设的大背景下有望充分享受利好。公司在硅光、1.6T 等高端数通产品布局领先,有望承接 AI 爆发带来的需求增量。随着国内外科技巨头对于 AI 的持续投入以及 Copilot 等 AI 应用的不断落地,AI 算力基础设施性能要求的不断提升正在推动其网络设备的快速升级,从而显著带动高端
42、数通模块的需求。公司作为国内老牌光通信龙头厂商,在底层技术积累深厚,相关产品布局领先。目前公司 800GDR8 硅光高速模块送样验证进展顺利,并已具备大批量生产能力,可同时支持 1x800G、2x400G、4x200G、8x100G 等多种应用场景。同时公司在2023 年 11 月中国国际进口博览会上展示了与国家信息光电子创新中心等联合推出的 1.6Tb/s 硅光芯片,在国际上首次验证了 8 200Gb/sPAM4 硅光互连芯片集成架构,有望作为下一代 AI 数据中心互连的解决方案。公司在 1.6T、硅光等先进方案上布局领先,未来有望实现高端数通光模块的快速放量。3.锐捷网络锐捷网络 锐捷网络
43、成立于 2003 年,是业内领先的 ICT 基础设施及解决方案提供商。自成立以来,公司聚焦网络设备及网络安全产品的研发和销售。随着云计算、虚拟化等技术发展,2013 年公司发布业内首个虚拟化计算机教室解决方案(云课堂),自此形成网络设备、网络安全、云桌面解决方案三大主营业务板块。公司始终重视技术与场景应用的充分融合,敏锐洞察用户需求进行产品创新,历经 20 余年的发展,公司产品广泛应用于政府、运营商、金融、互联网、教育、医疗、能源、交通、商业、制造业等行业的信息化建设,业务覆盖 50 多个国家和地区。公司品类不断丰富,形成较完善的产品矩阵,应用场景广泛。锐捷主要产品包括网络设备(交换机、路由器
44、、无线产品等),网络安全产品(安全网关、下一代防火墙、安全态势感知等),云桌面整体解决方案(云服务器、云终端和云桌面软件)、不单独对外销售的操作系统 RGOS、IT 运维、智慧教室等,可满足于数据中心、园区、SMB 等场景的局域网、城域网和广域网等各层级网络建设需求。通过多年的研发创新和市场拓展,公司在交换机、无线产品、云桌面等多个领域稳居市场前列。根据 IDC 28/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告(2022),锐捷网络在中国以太网交换机市场占有率排名第三;中国企业级 WLAN 市场占有率排名第二;中国 Wi-Fi6 产品出货量排名第一;2022
45、 年中国本地计算 IDV 云桌面市场占有率排名第一。网络设备国内份额增长,推动营收快速增长。2022 年公司营收规模由 2018 年的 42.8 亿元增长至 113.3亿元,对应四年间 CAGR 为 28%。其中,1)网络设备为公司核心业务板块,近两年收入占比均超过70%,其中 2022 年收入为 84.8 亿元,同比增长 28.3%,2018-2022 年 CAGR 为 29.01%;根据 IDC 和招股书数据,同期中国网络设备市场规模 CAGR 约 11.7%,锐捷呈现份额增长态势。公司网络设备业务毛利率维持在较高水平,2022 年得益于高速产品占比提升,毛利率同比增长 3.4ppt 至
46、43.3%。2)网络安全产品包含软硬件解决方案,SMB 安全网关为其中占比最高的品类之一,条线业务收入占比不高,近两年均在 8%左右,但成长性与盈利性俱佳,2018-2022 年 CAGR 达 30.5%,2022 年毛利率为40.6%。3)云桌面解决方案同样包含了软硬件的内涵,可以实现将 PC 的算力和存储迁移到虚拟化平台上的效果,2022 年受下游行业需求疲弱影响,板块收入同比下滑 34%至 7.4 亿元,占收比下滑约5.7ppt,毛利率基本维持在 30%。29/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 锐捷网络为星网锐捷子公司,福建省国资委为公司实控
47、人。公司于 2022 年 11 月从星网锐捷分拆至创业板上市,截至 2023 年三季报,星网锐捷持有公司 44.88%的股份,为公司第一大股东;福建省国资委通过控股电子信息集团成为公司实控人。公司第二大股东锐进咨询为员工持股平台,持有公司 43.12%的股份,根据公司招股书,截至 2022 年 8 月底,共计 1229 名员工参与员工持股计划。完善的员工激励机制有助于调动公司骨干员工积极性,保障团队稳定发展。4.天孚通信天孚通信 苏州天孚光通信股份有限公司成立于 2005 年,深耕光器件领域多年,是业界领先的光器件整体解决方案提供商。公司通过自主研发和产业并购,在精密陶瓷、工程塑料、复合金属、
48、光学玻璃等基础材料领域积累沉淀了多项业界领先的工艺技术,产品广泛应用于光纤通信、光学传感、激光雷达、生物光子学等领域。同时,公司注重国际化产业布局,以苏州为总部和研发中心,日本和深圳为研发分支,江西、深圳和苏州为量产基地,泰国工厂也预计将于今年投入运营。30/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 天孚通信致力于各类中高速光器件产品的研发、生产、销售和服务,拥有十三大产品线。同时为下游客户提供垂直整合一站式解决方案,共拥有八大解决方案,包括高速率同轴器件封装解决方案、高速率BOX 器件封装解决方案、AWG 系列光器件无源解决方案、微光学解决方案等。天孚通
49、信各类产品线及方案可分为光无源器件和光有源器件。自成立以来公司深耕光无源器件领域,并依托于在无源器件和有源耦合上的技术沉淀,开辟光电集成有源产品,实现多产品线垂直整合;同时公司利用激光雷达和光通信器件的技术复用性,开拓激光雷达市场并实现量产交付,有望开启新增量业务。公司持续高研发投入构建丰富产品序列,积淀高质产品拥有行业头部毛利率。公司始终注重研发,研发投入不断增长并维持在同业头部。经过十余年砥砺耕耘,公司在精密陶瓷、工程塑料、复合金属、光学玻璃等基础材料领域积累沉淀了多项全球领先的工艺技术。同时公司通过自有资金建设、股权收购等方式逐步扩大战略产品版图,目前已具备光收发模块上游配套光器件较为齐
50、备品类的器件研发、规模量产能力,根据不同客户不同应用场景,公司为客户提供定制化光器件垂直一站式产品解决方案,享受到同业领先的毛利率。31/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 32/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司前瞻布局高速光引擎产品及相关零组件,将在 AI 浪潮中全面受益。2020 年天孚通信募集资金 7.86亿元,依托于公司在无源器件和有源耦合方面的技术沉淀,前瞻开辟光电集成有源产品,实现多产品线垂直整合。在 AI 算力加速建设的背景下,下游客户对高速光模块、高集成度光引擎及高速光器件的需求均同
51、步扩大,公司有望全面受益。5.源杰科技源杰科技 公司成立于 2013 年 1 月 28 日,专注于进行高速半导体芯片的研发、设计和生产,是一家工业化规模生产的高科技企业。公司从半导体晶体生长,晶圆工艺,芯片测试与封装全部开发完毕。产品涵盖从 2.5G到 50G 磷化铟激光器芯片,拥有完整独立的自主知识产权,从最终的使用场景来看,产品广泛应用于光纤到户、数据中心与云计算、5G 移动通信网络、通信骨干网络和工业物联网等。经过多年的稳健发展,公司产品的技术先进性、市场覆盖率和性能稳定性位居行业前列。33/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司主要产品为
52、2.5G、10G、25G 及更高速率激光器芯片系列产品,主要应用于光通信领域。经过多年研发与产业化积累,公司已建立了包含芯片设计、晶圆制造、芯片加工和测试的 IDM 全流程业务体系已实现向客户 A1、海信宽带、中际旭创等国际前十大及国内主流光模块厂商批量供货,产品用于客户中兴通讯、诺基亚等国内外大型通讯设备商,并最终应用于中国移动、中国联通、中国电信、AT&T 等国内外知名运营商网络中,成为国内领先的光芯片供应商。根据 C&C 的统计,2020 年在磷化铟(InP)半导体激光器芯片产品对外销售的国内厂商中,公司收入排名第一,其中 10G、25G 激光器芯片系列产品的出货量在国内同行业公司中均排
53、名第一,2.5G 激光器芯片系列产品的出货量在国内同行业公司中排名领先。主要产品类型及应用领域情况如下:34/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 策略使上市前公司收入受产品结构影响稳中有波动。2019-2023 年公司营业收入分别为 0.81 亿元、2.33 亿元、2.32 亿元和 2.83 亿元。其 2020 年收入规模迅速增长,主要是受 5G 政策推动影响,公司的25G 激光器芯片系列产品市场需求量激增。2021 年,一方面受 5G 基站建设频段方案调整的影响,25G激光器芯片系列产品的出货量较上年度回落,另一方面受益于光纤接入市场需求的持续推动
54、,公司的10G 激光器芯片系列产品销售规模大幅增加,全年整体收入较上年度持平。2022 年公司主要产品销售规模保持稳定增长。2023 年以来,公司受下游客户需求偏弱影响营收及利润均出现下滑。公司的主营业务收入来自 2.5G、10G、25G 及更高速率激光器芯片系列产品,其他业务收入为零星的技术服务收入。公司的主营业务收入占营业收入的比重一直保持在 99%以上,主营业务结构稳定。市场方面,公司以光纤接入市场为基础,积极拓展 4G/5G 移动通信网络、数据中心相关业务。公司收入结构随着各应用市场的渗透程度及市场波动发生变动。1)光纤接入:FTTx 普遍采用 PON 技术接入,当前 PON 技术跨入
55、以 10G-PON 技术为代表的双千兆时代。10G-PON 需求快速增长及未来 25G/50G-PON 的出现将驱动 10G 以上高速光芯片用量需求大幅增加。2)4G/5G 移动通信网络:全球移动通信网络市场正处于 4G 向 5G 快速发展阶段,收入呈现较大波动主要与移动通信市场的产品需求及结构变动有关。未来 5G 前传仍然朝着 25G 及更高速率的方向拓展,同时 5G 建设的广覆盖将进一步扩大加强、重点区域的扩容升级以及 5G 精品网络的打造,25G 及以上速率光芯片仍然是 5G 前传市场的未来需求。3)数据中心:根据招股说明书引用 LightCounting 的数据,预测至 2025 年,
56、全球以太网用数据中心光模块市场规模将增长至 62.74 亿美元,年均复合增长率为 11.19%,其中 100G 及以上光模块市场占比将超过 90%。公司目前业务占比以电信市场类为主,预计未来数据中心业务占比将稳步抬升。业务和产品快速发展使销售、管理费用率有波动,研发投入稳定增长。公司销售费用占比较低且整体保持稳定。公司销售费用率略高于同行业可比公司平均值,主要系联亚光电、全新光电为境外较成熟的生产厂商,销售规模稳定,销售费用占营业收入较低,而公司处于快速增长阶段,市场拓展投入较大,销售费用率较高。公司管理费主要由职工薪酬、股份支付、折旧与摊销、咨询服务费等构成。近年增长较快,主要系公司为提升管
57、理水平,引进了多名高级管理人才导致薪酬支付增加和员工股权激励计提股份支付费用等原因所致。公司研发费用占营业收入的比例相对较高,主要原因系公司在优化成熟产品工艺的基础上,持续投入开发 10G、25G 及以上速率激光器芯片,研发投片量较多。研发费用率稳中稍有波动主要系公司营业收入规模快速增长,研发费用金额每年均保持较快速增长。35/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 公司秉持纵向延拓与横向发展并行的发展方式。纵向延拓方面,在现有的光通信领域中继续纵向深耕,推出更高速率的激光器芯片产品;横向发展方面,不断扩充光芯片新的应用场景,积极向激光雷达、消费电子等领
58、域布局探索。此外,根据公司招股说明书,公司正在加速研发下一代激光器芯片产品,并积极拓展光芯片在其他领域的应用。目前,公司在光通信领域已着手 50G、100G 高速率激光器芯片产品以及硅光直流光源大功率激光器芯片产品的商用推进,力图实现在高端激光器芯片产品的特性及可靠性方面对美、日垄断企业的全面对标。同时已与部分激光雷达厂商达成合作意向,实现激光雷达领域光芯片少量送样,努力实现新技术领域的弯道超车。公司未来发展可期。6.新易盛新易盛 聚焦光模块十数年,通过收购完善全球化布局。公司成立于 2008 年,于 2011 年 7 月成立全资子公司四川新易盛,并在同年 12 月完成股份制改革。于 2016
59、 年在深交所创业板上市,后通过成立全资子公司香港新易盛和美国新易盛完善海外市场布局,并在 2022 年完成 AlpineOptoelectronics100%股权交割。通过十余载的技术深耕,完善多场景产品布局。目前业务已涵盖数据中心、电信网络(FTTx、LTE 和传输)、安全监控以及智能电网等领域。公司于 2016 年实现 100G 光模块交付,在 2019 年实现 400G光模块批量出货,目前已具备 800G 光模块出货能力,是国内少数可实现 800G 高速率光模块批量交付的企业。36/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 新易盛是国内少数具备 10
60、0G、400G 和 800G 光模块批量交付能力的、掌握高速率光器件芯片封装和光器件封装的企业。截至 2023 年中报,公司在高速率光模块、硅光模块、相干光模块、800GLPO 光模块等相关新产品新技术研发项目取得多项突破和进展,高速率光模块产品销售占比持续提升。具体产品方面,公司已成功推出 800G 的单波 200G 光模块产品,同时 800G 和 400G 光模块产品组合已涵盖基于硅光解决方案的 800G、400G 光模块产品及 400GZR/ZR+相干光模块产品、以及基于 LPO 方案的 800G 光模块。新易盛通过管理的持续精细化,实现经营效率的持续改善,盈利能力位行业前列。持续推进工
61、艺优化改进和精益化管理,通过优化信息化系统,提高自动化运用率,持续改善工艺流程,提升整体生产效率。通过工艺设计提升和改善、操作标准时间及物料标准用量的设定、夹具与工具的设计升级、生产计划与管制、业务流程的改善等手段持续提高内部运作效率,实现“平衡生产线、标准化作业”等,使公司能灵活应对多品种、小批量、短交期的生产效率管理,减少库存,缩短生产周期,降低成本,保证质量和交货期,提高生产力,最终形成公司的核心竞争力。7.光库科技光库科技 公司成立于 2000 年 11 月,于 2017 年在深交所创业板上市。公司是专业从事光纤器件和芯片集成的国家高新技术企业。公司产品应用于光纤激光、光纤通讯、数据中
62、心、无人驾驶、光纤传感、医疗设备、科研等领域,广泛销往欧、美、日等 40 多个国家和地区。公司也是全球仅有的几家海底长途光网络核心器件供货商之一。建有“广东省光电器件工程技术研究中心”、“广东省企业技术中心”、“广东省院士专家企业工作站”、“博士后科研工作站”等创新平台。公司以成为“全球光器件的领导者”为使命。在业务、人员、资产、机构、财务方面与控股股东完全分离、相互独立。具有完整的供应、生产和销售系统,具有独立完整的业务体系和面向市场的自主经营能力。高管团队由激光、芯片及光通讯领域内国际顶尖人才组成。公司现任董事长兼总经理王兴龙先生于2007 年作为联合创办人加入公司,2018 年 4 月至
63、今担任公司董事长,总经理职务。其余高层管理团队大多具有光通信技术领域的专业背景及从业经验,产业资源丰富。公司是专业从事光纤器件、铌酸锂调制器件及光子集成器件的设计、研发、生产、销售及服务的高新技术企业,所在行业属于国家鼓励和扶持的光电子器件及其他电子器件制造业。37/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 研发投入持续上升。公司时刻关注行业发展趋势和市场需求变化,不断加强自主研发和技术创新能力,应对技术更新换代带来的风险。光纤激光器件方面,公司自主研发的 10kW 激光合束器、3kW 光纤光栅、500W 隔离器、10kW 激光输出头等多款产品达到全球先进
64、水平;光通讯器件方面,在光通讯领域,公司通过产业垂直整合、技术创新等方式,建立了从原料光学冷加工、机械件加工、光学镀膜、光纤金属化到光无源器件和光无源模块等全系列的研发和生产体系。在数据通讯领域,公司致力于研发生产高端微型光纤连接产品、微光学连接产品、保偏光纤阵列和高密度光纤阵列产品。主要应用于 40Gbps、100Gbps、400Gbps、800Gbps 等高速、超高速光模块、相干通讯模块和 WSS 产品中,并成为全球多 38/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 家大型数据通讯公司的核心供应商。2023H1 研发费用为 6310.7 万元,同比增长
65、 40%,占公司营业收入的 18.6%。公告收购拜安,营收目标具有挑战性。公司公告收购拜安 52%股权,完成后拜安将并表。从披露的财务数据看,公司 2022/2023Q3 营收分别为 0.53 亿/0.26 亿元,而业绩承诺中,2024-2026 年营收需分别达到 1.6/2/2.5 亿元,相较过去两期的营收均有大幅度的增长和提升,同时扣非净利润需实现扭亏,2024-2026 对应为 0.1/0.15/0.2 亿元。同时,协议中列明剩余股权收购安排,在完成 85%的累计净利润或累计营收,同时不发生商誉减值的情况下,公司可被要求收购剩余 48%股权。补强 1550 光源模块能力,扩大战略布局。上
66、海拜安实业在车规级 1550nm 激光雷达光源模块有量化的解决方案,同时是主要 1550 激光雷达大客户的供应商,我们预计完成交易后,公司原有光纤激光器件布局,和拜安光源模块的能力和供应链地位,有望拓展公司新业务,丰富公司产品线。七七、未来发展方向未来发展方向及趋势及趋势 算力时代背景下,数据中心成为能耗大户,光模块技术的升级不仅仅是简单的速率翻倍,更需要解决高速率带来的的功耗、成本问题。2021 年我国数据中心耗电量为 2166 亿千瓦时,约为三峡电站同期年发电量 1036.49 亿千瓦时的 2 倍;2022 年,我国数据中心耗电量达到 2700 亿千瓦时,占全社会用电量约3%;根据中国能源
67、报统计,预计 2025 年该比重将接近 5%。光模块能耗占据数据中心交换网络能耗比重的 40%-50%。根据 FibalMall 数据显示,数据中心应用中400G 光模块能耗为 10-12W,800G 能耗为 15-18W,未来 1.6T 能耗将是 400G 的 2 倍,预计高达 20-24W;同时 Cisco 的数据显示 2010-2022 光引擎能耗提升约 26 倍。显而易见,光模块能耗的激增给数据中心的成本端带来巨大压力,解决其能耗问题成为当下光模块技术更新的关键。1.LPO LPO(Linear-drive Pluggable Optics,线性驱动可插拔光模块),采用线性驱动技术代替
68、传统 DSP(数字信号处理)/CDR(时钟数据回复)芯片,可实现降功耗、压成本的作用,但代价在于拿掉 DSP 后会导致系统误码率提升,通信距离缩短,因此 LPO 技术只适合用于短距离的应用场景,例如数据中心机柜到交换机的连接等。传统 DSP 可对高速信号在光-电、电-光之间转换后出现的失真问题进行修复,从而降低失真对系统误码率的影响,但功耗大成本高:1)400G 光模块中,7nmDSP 的功耗约为 4W,占整个模块功耗的 50%;2)400G 光模块中,DSPBOM 成本约占 20%-40%。LPO 技术去除了 DSP,将其相关功能集成到设备 39/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行
69、业行业|深度深度|研究报告研究报告 侧的交换芯片中,只留下具有高线性度的 Driver(驱动芯片)和 TIA(Trans-ImpedanceAmplifier,跨阻放大器),用于对高速信号进行一定程度传统 DSP 可对高速信号在光-电、电-光之间转换后出现的失真问题进行修复,从而降低失真对系统误码率的影响,但功耗大成本高:1)400G 光模块中,7nmDSP的功耗约为 4W,占整个模块功耗的 50%;2)400G 光模块中,DSPBOM 成本约占 20%-40%。LPO技术去除了 DSP,将其相关功能集成到设备侧的交换芯片中,只留下具有高线性度的 Driver(驱动芯片)和 TIA(Trans
70、-Impedance Amplifier,跨阻放大器),用于对高速信号进行一定程度的补偿。LPO 技术的优势包括:1)低功耗:OFC2023Macom 展示出的单通道 100G 单模 800GDR8、多模800GSR8Linear-drive 方案中多模功耗节省 70%,单模功耗节省 50%。根据 Macom 的数据,具有DSP 功能的 800G 多模光模块的功耗可以超过 13W,而采用 MacomPuredrive 技术的 800G 多模光模块的功耗不到 4W。2)低延迟:没有 DSP 后处理步骤减少,数据传输延迟减少,Macom 的 Linear-drive 方案中延时可降低 75%。3)
71、低成本:800G 光模块中去除 DSP 后系统总成本可降低约 8%。4)可热拔插:LPO 封装沿用传统热拔插技术,便于后期维护。LPO 产业发展来看,目前国内布局 LPO 的厂商包括新易盛、剑桥科技、中际旭创、海信宽带等。高线性度的 Driver、TIA 芯片主要供应商包括 Macom、Semtech、Maxim 以及 Broadcom。1)新易盛于OFC2023 上展出了 800GLPO 光模块,包括多模和单模应用。2)剑桥科技先后两次收购分别获得了Macom 和 Lumentum 日本公司的部分资产和研发团队,预计 23 年 7-10 月首批 LPO400G/800G 光模 40/50 2
72、024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 块产品可实现小批量供货。3)中际旭创有 LPO 相关技术储备和产品开发,且已向海外重点客户推出解决方案和送测。2.CPO CPO(Co-packagedoptics,共封装光学),是指将网络交换芯片和光模块共同装配在同一个插槽上,形成芯片和模组的共封装。与传统可热拔插式技术相比,CPO 技术的优势包括:1)低延迟,低功耗:由于光模块和交换芯片在同一个封装内,信号传输路径更短,可以实现更低的延迟。另外光电共封装技术可以减少信号传输的功耗,并提高整体系统的能效。2)高带宽:光电共封装技术支持高速光通信,可以提供更大的数据传输带
73、宽。3)小尺寸:相比传统的光模块和电子芯片分离封装的方式,光电共封装技术可以实现更紧凑的尺寸,有利于在高密度集成电路中的应用。41/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 CPO 发展进程处于起步阶段,算力时代背景下 AI 对网络速率需求提升,市场空间未来有望突破。LightCounting 在 2022 年 12 月报告中称,AI 对网络速率的需求是目前的 10 倍以上,在这一背景下,CPO 有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低 50%,将有效解决高速高密度互联传输场景。Yole 报告数据显示,2022 年,CPO 市场产生的收入达到约 3800 万美
74、元,预计 2033 年将达到 26 亿美元,2022-2033 年复合年增长率为 46%。3.硅光子技术硅光子技术 硅光子技术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技术。硅光子技术的核心理念是“以光代电”,即采用激光束代替电子信号传输数据,将光学器件与电子元件整合至一个独立的微芯片中,提升芯片之间的连接速度。将硅光材料和器件集成在同一硅基衬底上,形成由光调制器、探测器、无源波导器件等组成的集成光子器件。相较磷化铟(InP)等有源材料制作的传统分立器件,硅光光模块无需 ROSA(光接收组件)、TOSA(光发射组件)封装,因而硅光器件体积与数量更小、集成度更高。2
75、)低成本:相较于传统的分 42/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 立式器件,硅光模块的集成度更高,封装与人工成本降低;此外硅基材料成本较低且可以大尺寸制造,意味着硅基芯片成本得以大幅降低。3)兼容成熟 CMOS 工艺:硅光子技术能利用半导体在超大规模、微小制造和集成化上的成熟工艺积累优势。2022-2028 年硅基光电子芯片年化复合增速有望实现 44%。根据 Yole 数据,2022 年硅基光电子芯片规模约 6800 万美元,预计 2028 年市场规模将增长至 6 亿美元以上,2022-2028 年化复合增长率将实现44%,其主要增长动力是用于高速
76、数据中心互联、和对更高吞吐量及更低延迟需求的机器学习的 800G可插拔光模块。硅光子技术产业链的上游包括光芯片设计、SOI 衬底、外延片和代工厂,中游为光模块厂商,下游分为数通领域和电信领域。Intel、中际旭创、Coherent、Cisco 和 Marvell 等厂商同时具备 PIC 设计和模块集成能力,且与下游云厂商和 AI 等巨头客户保持紧密合作,优势显著,在供应链中的引领作用较为明显。43/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 海外头部厂商市场份额优势明显,国内厂商处于追赶阶段。竞争格局来看,数通市场中 Intel 占比处于领先地位,份额高达
77、61%,随后的 Cisco、Broadcom 分别占比 20%和 7%。电信市场中,Cisco 占据 49%的市场份额,紧随其后的 Lumentum 和 Marvell 分别占比 30%、18%,电信市场增长主要来自用于长途网络的相干可插拔模块。44/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 国内光模块厂商相继布局硅光技术领域,未来有望打开市场空间。随着 AIGC 领域对算力和高速率光模块需求的提升,国内多家厂商如中际旭创、新易盛等企业相继布局硅光技术领域,未来有望进一步打开市场空间。4.薄膜铌酸薄膜铌酸锂锂 电光调制器可以将电信号转换为光信号,从而实现光
78、信号的调制。通常来说,电光调制器有三类,基底分别采用:硅光、磷化铟和铌酸锂材料。其中硅光调制器适用于短程数据通信光模块,磷化铟调制器适用于中长距离光通信网络光模块,铌酸锂适用于 100Gbps 及以上的长距骨干网和单波 100200Gbps的超高速数据中心。45/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 三种材料比较对比来看,磷化铟材料成本较高。硅材料在光通信波段具有透明性和高折射率,制备工艺与 CMOS 兼容,可以制备大规模的硅集成光路,但硅材料不具备电光效应,硅基调制器只能采用热调制或载流子效应调制,从而限制了其速率。铌酸锂具有显著的电光效应,非常适合
79、制作高速电光调制器,但早期并没有合适的工艺可以制备薄膜铌酸锂晶圆,因此铌酸锂调制器只能使用体材料做分立元件,分立的铌酸锂体材料光学器件体积大,工艺与 CMOS 不兼容,不便于集成。传统铌酸锂调制器行业竞争格局较为稳定,全球仅有富士通、住友和光库科技三家公司可以批量供货。46/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 薄膜铌酸锂通过“离子切片”方式,从块状的铌酸锂晶体上剥离出铌酸锂薄膜,并键合到附有二氧化硅缓冲层的 Si 晶片上。相较于其他光电子材料,如磷化铟(成本受限)、硅光(性能功耗受限)、铌酸锂晶体(尺寸受限),薄膜铌酸锂可实现超快电光效应和高集成度光
80、波导,具有大带宽、低功耗、低损耗、小尺寸等优异特性,并可实现大尺寸晶圆规模制造。薄膜铌酸锂调制器是一种基于铌酸锂材料制作的光学调制器,与传统铌酸锂调制器相比,薄膜铌酸锂调制器在器件尺寸、电光带宽和集成度方面具有明显优势。47/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 薄膜铌酸锂调制器主要在骨干网通信的相干通信端口应用,根据 ResearchDive 数据预测,2023 年全球铌酸锂调制器市场规模将达 40.76 亿美元,预计 2030 年将达到 65.43 亿美元,2022-2030 年 CAGR 将实现 6.09%。5.算力时代下光模块降本降耗趋势凸显算
81、力时代下光模块降本降耗趋势凸显 数据中心的高能耗问题由来已久,算力背景下该问题愈显突出。工信部数据显示,2023 年我国数据中心耗电量预计将达到 2,667.92 亿千瓦时,占社会总耗电量的 3%。在此背景下我国多地区发布了对数据中心能效指标 PUE 的限制。在工信部印发的新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年)中要求,到 2023 年底新建大型及以上数据中心 PUE 需降低到 1.3 以下。算力需求提升带动网络带宽成倍提速,数据中心能耗呈指数型增长。根据 DigitalInformationWorld 发布的最新报告,数据中心为训练 AI 模型产生的能耗将为常规云工作的三倍。据
82、咨询机构 TiriasResearch 建模预测,到 2028 年数据中心功耗将接近 4250MW,比 2023 年增加 212 倍,数据中心基础设施加上运营成本总额或超 760 亿美元。48/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 数据中心的能耗主要体现在 IT 设备和制冷设备。IT 设备主要包括服务器和网络设备等。服务器承载了计算和存储业务,搭载了 CPU、内存等硬件。网络设备包括交换机、路由器以及防火墙等。IT 设备占数据中心整体的能耗达 45%,其次为制冷系统,占比达 43%。具体到 IT 设备,其中服务器类约占 50%左右,存储系统约占 35%
83、,网络通信设备约占 15%。数据中心带宽提升,带动高性能交换芯片和高速率光模块的应用。数据中心交换芯片的演变趋势基本处于每两年翻一番的快速增长,25.6T 交换芯片用 7nm 工艺,51.2T 则需要选择 5nm 工艺节点,预计2025 年 3nm 工艺节点可实现,并支持交换芯片实现 102.4T 的容量。对于光接口而言,25.6T 交换芯片对应 64 个 400G 光模块,已于 2021 年实现。2023 年随着 64 个 800G 模块的推出,支持交换机升级到51.2T。对于 102.T 的交换容量,则需要 1.6T 光模块,光口每波长速率达到 200G。高性能交换芯片和光模块的使用导致网
84、络设备功耗大幅增加。光模块速率的提升带来功耗大幅增加。400G 早期功耗为 10-12w,预计长期功耗为 8-10w,800G 功耗约为 16w。以英伟达 QM9700 交换机为例,具有 64 个 400G 端口,若满载光模块,单台交换机对应的功耗就高达 640w 以上。49/50 2024 年年 3 月月 4 日日 行业行业|深度深度|研究报告研究报告 交换芯片数据吞吐量提升带动 SerDes 速率的提升,SerDes 功耗也呈上升趋势。SerDes 是网络设备的核心器件,负责光模块和网络交换芯片的连接。将交换芯片输出的并行数据,转换成串行数据进行传输。在接收端,再将串行数据转换成并行数据。
85、在 102.4Tbps 时代,SerDes 速率需要达到 224G,芯片SerDes 功耗预计会达到 300W。受 PCB 材料工艺的限制,当 SerDes 速率增加时,为了保障信号的高质量传输,信号传输距离将会相应缩短。当 SerDes 速率达到 224G 时,最多只能支持 5-6 英寸的传输距离,这使得交换芯片和光模块之间的封装距离需要进一步缩短。综上所述,AI 算力的发展导致高性能交换芯片、高速率 SerDes 及光模块的渗透率加速提升,带来数据中心网络设备的功耗大幅提升。设备厂商 Cisco 的数据显示,2010-2022 年全球数据中心的网络交换带宽提升了 80 倍,背后的代价是交换
86、芯片功耗提升约 8 倍,光模块功耗提升 26 倍,交换芯片 SerDes 功耗提升 25 倍。除了网络设备功耗大幅提升,服务器的散热功耗也非常可观。根据 CCID 数据统计,2019 年中国数据中心能耗中,约有 43%是用于 IT 设备的散热,基本与 45%的 IT 设备自身的能耗持平。服务器散热需求带动液冷行业的发展。引入液冷,可以降低数据中心能近 90%的散热能耗。数据中心整体能耗,则可下降近 36%。50/50 2024 年年 3 月月 4 日日行业行业|深度深度|研究报告研究报告 在光模块降本降耗的发展趋势下,行业围绕驱动器、调制器、激光器以及电接口四个方面去降低功耗。八、参考研报八、
87、参考研报 1.华泰证券-通信行业:光模块,时代的跨越,从云计算迈向 AI2.天风证券-通信行业深度研究:AI 时代算力需求激涌,高速率光模块伴潮而行3.天风证券-通信行业专题研究:光器件光模块拐点显现,重点聚焦 AI 算力+卫星互联网+光缆海缆三大板块机遇4.华金证券-通信行业周报:电信将集采超 500 万台直连卫星手机,光模块迎来高复合增长5.国信证券-通信行业周报 2024 年第 5 期:AI 大模型持续发展,高速光模块需求旺盛-6.开源证券-通信设备行业光模块系列深度(一):光电之门,踏浪前行7.开源证券-通信设备行业深度报告:光模块系列深度(二),降本降耗趋势显著,聚焦技术创新8.安信
88、证券-通信行业深度分析:AI 产业热潮带动服务器、交换机、光模块及相关芯片行业蓬勃发展9.山西证券-光迅科技-002281-盈利能力环比提升明显,关注 400G 及国内算力需求释放10.中信证券-光迅科技-002281-2023 年三季报点评:业绩短期承压,产品布局领先,静待放量11.东北证券-中际旭创-300308-全球光模块领先企业,AIGC“旭”光时代再“创”新征程12.中金公司-锐捷网络-301165-敏锐迅捷的本土 ICT 厂商,AI 有望驱动新成长13.东吴证券-天孚通信-300394-无源+有源光器件平台化布局,全面受益 AI 算力建设浪潮14.国投证券-源杰科技-688498-高速率光芯片龙头,核心技术构筑性能与成本优势15.国元证券-新易盛-300502-公司首次覆盖报告:AI 时代乘风起,精细化管理助力九万里16.国泰君安-光库科技-300620-事件点评:收购上海拜安,加速激光雷达业务17.西南证券-光库科技-300620-光纤器件领先企业,薄膜铌酸锂未来可期18.招商证券-AI 算力光模块产业链系列三:光器件,AI 光网络之基石,国产厂商逐步争夺光器件全球话语权19.中信建投-宏达电子-300726-纵向深耕钽电容军民市场,横向多元化布局前景广阔免责声明:以上内容仅供学习交流,不构成投资建议。