作者：网络投稿 发布时间：2023-03-17 00:00 阅读次数：60
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壹
光模块概述
1.1
光模块-光通信系统的核心，构建高速信息网络的基础
由于现代通信都是由光纤光缆传输，而终端发送和接收都是电信号，所以两端需要有光电信号的转换装置——光模块。
光模块由接收部分与发射部分组成，其中发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端将光信号还原为电信号。光模块作为光电转换元器件，产品种类多，已大量应用于通信行业和数据中心行业。当前通信行业10G和数通行业100G产品种类最为齐全，是市场主力。未来通信行业25G/100G光模块和数通行业400光模块为下一代产品。
图：光模块内部结构
资料来源：IMT-2020（5G）推进组《5G承载光模块白皮书》
1.2
从成本构成角度理解光模块
光模块产品所需原材料主要包括光器件、电路芯片、PCB 以及结构件等。其中，光器件占光模块成本达到70%+，具体看光器件，以激光器为主的发射组件就占了光器件近一半的成本，以探测器为主的接收组件占比达到32%，两者合计占光器件成本为80%。
光模块成本构成图（数据来源：红塔证券）
贰
光模块需求逻辑及市场规模
2.1
依托5G与数据中心“新基建”双重驱动，高速光模块市场迎来爆发式增长机遇。
运营商发力5G基站建设，2019年我国已建成超过13万个5G基站，2020-2022年为5G主建设期，光模块作为5G网络的基础构成单元，广泛应用于无线及传输设备（5G前传、中回传、传输市场等），5G驱动电信市场光模块新一轮增长。
5G网络建设对光模块需求（资料来源：WIND，开源证券研究所）
伴随5G时代流量需求爆发增长，带动全球IDC高速发展。为满足大带宽需求，新一代数据中心网络架构表现为更多的横向流量，带来更多的互连需求。云计算巨头（亚马逊、谷歌、Facebook、微软）资本开支已于2019Q2逐步回暖，随着资本开支回暖和数据中心的代际更迭，云基础设施建设将有望迎来上升期，打开数通光模块需求空间。国内方面，随着国内企业上云的加速、5G商用后移动数据流量的提升，推动国内云计算巨头提升资本开支以提高其处理数据能力。
全球主要云计算厂商资本开支（百万美元）及同比增速
数据来源：Bloomberg，东吴证券研究所
5G与云数据中心共振，驱动光模块行业走向高景气
2.2
市场规模
根据Yole最新报告，光模块市场规模2019年达到近77 亿美元，依托5G与数据中心“新基建”双重驱动，2025年市场规模预计177亿美元。
从细分市场看，数通（应用于IDC）用光模块增长远高于电信用光模块（7%），实现年复合增长率20%，预计2025年实现近121亿美元市场规模。
2019-2025 光模块市场增长预测（单位：美元）
资料来源：yole
产业链分析
叁
光模块产业链分工明确，高端光模块国内厂商逐步突破
光模块产业链公司分布
光模块产业链遵循芯片（衬底-外延片-芯片）—>器件—>模块—>客户流程。
整体来看，受历史原因影响，欧美日等发达国家技术起步较早，因此专注于芯片和产品的研发，拥有较大的技术优势。中国凭借着劳动力优势，在产业链的中游占据较大市场份额，我国已经成为全球光模块制造基地，从OEM、ODM模式发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。
国内光模块产业，越往上游越薄弱，技术壁垒越高。衬底几乎垄断在日美厂商手中（住友化学、AXTI等），芯片层面，越高速率光模块其光芯片成本占比越高（如下图）。国内企业具备10G及以下中低速激光器能力，25G光芯片仅源杰半导体（DFB）、索尔思（EML）等具备供货能力，技术瓶颈较高，突破需要时间积累。
光芯片在不同级别光模块中的高成本占比
资料来源：红塔证券
中游光模块市场属于“劳动+工艺”密集型产业，由于对劳动力成本要求较高，日美厂商没有竞争优势，产业链进一步向国内集中。中游市场规模大，但行业竞争厂商众多，且大部分公司集中于100G以下低速光模块封装，应用领域更多集中于电信市场，针对具备更大应用潜力的数通市场，国内只有中际旭创（300308）具备供货能力。
下游主要为设备商（华为、中兴等）、数据中心厂商（谷歌、亚马逊、微软、Facebook、阿里巴巴、腾讯等）、运营商等。
肆
行业技术路线
硅光技术持续发展，技术上不断取得突破
4.1
硅光技术及其优势
全球数据流量呈快速增长态势，对传输需求逐步提升。目前，传统光模块主要利用III-V族半导体芯片、电路芯片、光学组件等器件封装而成，本质上属于“电互联”范畴。随着晶体管加工尺寸逐渐缩小，将逐渐面临传输瓶颈。目前，对于传统的三五族半导体光芯片，25Gbps已接近传输速率的瓶颈，进一步提升速率需要采用PAM4 等技术。随着高速光模块在数据中心的大量运用，传统III-V 族半导体的光芯片将面临并行传输、三五族磊晶成本高昂等问题。在此背景下，硅光子技术应运而生，成为III-V 族半导体之外的一大选择。
在硅光子技术中，芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。硅光芯片将多个光器件集成在同一硅基衬底上，一改以往器件分立的局面，芯片集中度大幅提升。硅光子技术主要有以下优势：
集成度高。硅光子技术以硅作为集成芯片的衬底。硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的硅CMOS 工艺制作光器件。与传统方案相比，硅光子技术具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。
成本下降潜力大。在光器件和光模块中，光芯片的成本占比较高。传统的GaAs /InP 衬底因晶圆材料生长受限，生产成本较高。近年来，随着传输速率的进一步提升，需要更大的三五族晶圆，芯片的成本支出将进一步提升。与三五族半导体相比，硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。
4.2
硅光技术发展趋势及市场规模
从发展历程看，硅光集成技术将遵循由光子集成→光电集成的发展过程，待技术成熟后指向芯片内部光互联。目前，通信领域的硅光模块属于光子集成范畴，从制造工艺看可分为两类：单片集成与混合集成。目前已量产的硅光模块中，基于硅衬底的混合集成是主要方式。
硅光集成技术发展趋势示意图
资料来源：《光子集成研究进展》，长江证券研究所
从市场规模上看，硅光模块市场规模增长较快。据Yole预测，硅光模块在2018年-2024年间的复合年增长率将达到44.5%，有望从2018年的4.55亿美元增长到2024年的40亿美元，2024年占整体市场规模21%。
资料来源：Yole、招商证券
4.3
硅光子市场国内外布局情况
国内
◈Intel（IDM模式）：数据中心硅光模块500m距离批量供货；产品有100GPSM4产品、100GCWDM4产品；
◈CISCO：收购硅光子企业Acacia（Fabless模式，硅光相干模块已向电信客户量产出货）。
国外
◈中际旭创：400G硅光芯片及相干技术在研；100G产品无硅光技术；
◈光迅科技：研发100G硅光芯片通过测试并投产；
◈亨通光电：通过英国亨通洛克利（Rockley）布局硅光模块，开发出 100G AOC、100G PSM4、100G CWDM4 硅光模块，并逐步形成量产，同时正加快推进400G硅光模块的研发产业化；
◈博创科技：400G QSFP-DD 数据通信硅光模块解决方案DR4(500m)和DR4+ (2km)。另博创科技、源杰半导体、Sicoya等成立合资公司布局硅光模块，三者分别提供封装集成能力、激光器芯片、硅光芯片。
4.4
硅光技术尚未成熟，行业技术格局稳定
由于传统的EML/DML信号调制方式已接近带宽极限，对硅光来说是一次弯道超车的机会，但：硅光技术尚未成熟，行业技术格局仍将保持稳定。主要表现为：
硅光产品良率较低、传输损耗较大，硅光方案成本优势不明显。由于InP和GaAs（III-V族材料）晶圆尺寸较小，材料成本高，加工成本较高，业内人士希望通过大尺寸、加工技术成熟的硅晶圆替代InP和GaAs，但是由于硅是间接带隙材料，硅发光效率极低，若采用硅光技术来制作光模块，光源成为一个难点。另外从生产成本、材料本身的特性考虑，硅光难以取代现有III-V族技术，尤其是在长距传输中。
未来硅光可能在相干光通信和400G光模块（短距超高速传输）中有部分应用。比如100G硅光模块在PSM4（500m）和400G硅光模块在DR4（500m）场景下有成本竞争优势。
伍
行业竞争
5.1
从产品角度，400G光模块成为市场竞争主力产品
从产品角度看，目前100G光模块对传统10G、25G光模块进行加速迭代，成为当前主力产品，未来仍将持续扩大，即使未来400G作为下一代主流产品推向市场，随着整体市场的增量和迭代周期的存在，100G产品的需求量仍将持续扩大并维持一段时间。
各类别数通光模块全球出货量（个）分析
资料来源：LightCounting
另外，超大规模数据中心建设引领光模块进入400G 时代，从现有技术规格来看，400G 光模块主要分为OSFP（25G PAM4*8;更适合电信；）、QSFP-DD（50G NRZ*8；适合短距数据中心）、CFP8 三种方案。当前400G模块的需求来源是云厂商，对于其超大数据中心而言，并不要求长距离传输，对能耗指标和尺寸要求较高，QSFP-DD为数据中心400G光模块首选。
从部署时间上来看，北美数据中心2020年进入100G/400G过渡阶段，国内数据中心部署进度落后1到2年。云巨头部署400G网络后，400G相关产业链才会进入规模化部署阶段：对光模块、光纤连接器、高速PCB板等逐一升级。
5.2
从公司角度，产业链向国内转移，改变光模块产业链格局
资料来源：Yole
从细分领域电信市场看，海外厂商主要有Finisar、Lumentum、II-VI、Acacia、Oclaro等国际知名企业，其占据高端光模块市场；国内厂商聚焦在无线接入、FTTH及城域100G以下速率产品；如光迅科技、新易盛、华工正源等。
从细分领域数通市场看，根据2019年全球光模块市场销售情况及对光模块公司下游客户的分析，目前国内外数通领域（应用于IDC）具备高速光模块供货能力企业有中际旭创（300308）、海外AAOI（应用光电）和Finisar（菲尼萨）。
陆
把握光模块行业景气周期，行业投资逻辑梳理
第一
高端产品线布局
光模块的小型化、低成本以及高速率是产品迭代的主要方向，高端产品布局是企业盈利的重要一环。针对未来高速增长的数通光模块市场，400G产品是光模块厂商竞争核心点，也是行业内占据利润制高点的产品。按照云计算厂商部署400G数据中心规划，光模块作为400G网络相关产业链，未来5年销售额205%速度增长，2023年占据市场份额25%。以国内数通光模块龙头中际旭创为例，目前具备400G单模量产能力，主要做技术含量、利润率均高的光模块，而且具有较高的规模效应和产品良率，毛利率保持行业领先。
第二
成本控制能力
下游客户主要关注产品成本、性能，即性价比，尤其是云计算厂商：Facebook、AWS、微软等，其更新换代相较电信会更快，所以同等性能下成本尤为重要。从另一个角度看，伴随下一代更高速率产品的量产，低速率产品价格必然会下降（行业均价：未来逐步将至1美元/G，甚至更低）。以100G产品为例，目前国内售价120美金-150美金，未来会持续下降，为保证一定利润空间，必须具备成本控制能力，比如培养供应链实现核心原材料降本、国产替代降本、产品设计降本、基于工艺优势提升产品良率降低制造成本、人力降本、规模化生产后降本等等。
第三
工艺/技术壁垒
光模块属于工艺密集型行业，涵盖核心光学工艺、电路设计、器件及模块封装工艺等要素，Know-How高。尤其高端光模块，技术壁垒很高，企业需要持续加大研发投入，关注公司具备的涉及光、电层面的工艺。目前为实现光模块产品更低成本、更高速率、更高集成度，相较于传统光模块厂商分立器件组装，硅光技术的光模块逐步发展起来，但硅光产品良率低、传输损耗大，未来400G硅光模块预计在DR4（500m）短距场景下有成本竞争优势，因此硅光技术布局也可以作为关注点之一（比如博创科技（300548）、源杰半导体），但其短期内不会因硅光技术变革对光模块行业格局产生影响。另外，工艺Know-How依赖团队，关注团队产品设计层面、工程方面的人员配置。
第四
客户资源优势
进入下游头部客户供应链体系是产品具备市场竞争力的最优体现。云数据中心是100G、400G光模块产品主要的需求方，目前能规模供货云数据中心的有中际旭创（供货Google、AWS等）、AAOI（供货Facebook、微软、AWS、Cisco等）、Finisar（供货Cisco、华为等），可关注行业内其它具备数通光模块供货能力的企业，在高速增长的市场驱动下，有望快速形成全球营收规模。
第五
量产能力
光模块市场需求远大于供给，未来5年属于产业周期上升期，企业需要抓住行业机遇，具备产线、足够产能、快速落地能力等，行业内头部下游客户也会对供应商有最低产能要求；另外，从产品设计、进一步优化、送样客户测试、小批量供货至最终量产，不确定较大，需关注企业产品具体进展。
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不是国企。
武汉联特科技成立于2011年，坐落在武汉-中国光谷，是专业从事研究、设计、生产和销售光收发模块的制造商。自成立以来，联特科技一直专注10G/25G/40G/100G光通信收发模块的开发，产品全面，包括：AOC, SFP+,QSFP+, XFP, QSFP28,CFP等。近年来，联特科技以稳定的质量，真诚的服务，贴身的定制开发赢得了越来越多包括部分大型电信设备商客户的信任，为数据中心、长途传输、无线网络和固网接入等领域提供数以百万计的光模块产品，营业额年复合增长率超过50%。在波分光模块、光数据连接器全球市场上有可观的占有率，是光器件领域发展快的供应商之一，不断吸引着行业精英慕名前来加盟。
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