光模塊概述

1.1

光模塊-光通信系統(tǒng)的核心，構(gòu)建高速信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

由于現(xiàn)代通信都是由光纖光纜傳輸，而終端發(fā)送和接收都是電信號，所以兩端需要有光電信號的轉(zhuǎn)換裝置——光模塊。

光模塊由接收部分與發(fā)射部分組成，其中發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳送后，接收端將光信號還原為電信號。光模塊作為光電轉(zhuǎn)換元器件，產(chǎn)品種類多，已大量應(yīng)用于通信行業(yè)和數(shù)據(jù)中心行業(yè)。當(dāng)前通信行業(yè)10G和數(shù)通行業(yè)100G產(chǎn)品種類最為齊全，是市場主力。未來通信行業(yè)25G/100G光模塊和數(shù)通行業(yè)400光模塊為下一代產(chǎn)品。

圖：光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

資料來源：IMT-2020（5G）推進(jìn)組《5G承載光模塊白皮書》

1.2

從成本構(gòu)成角度理解光模塊

光模塊產(chǎn)品所需原材料主要包括光器件、電路芯片、PCB 以及結(jié)構(gòu)件等。其中，光器件占光模塊成本達(dá)到70%+，具體看光器件，以激光器為主的發(fā)射組件就占了光器件近一半的成本，以探測器為主的接收組件占比達(dá)到32%，兩者合計(jì)占光器件成本為80%。

光模塊成本構(gòu)成圖（數(shù)據(jù)來源：紅塔證券）

貳

光模塊需求邏輯及市場規(guī)模

2.1

依托5G與數(shù)據(jù)中心“新基建”雙重驅(qū)動，高速光模塊市場迎來爆發(fā)式增長機(jī)遇。

運(yùn)營商發(fā)力5G基站建設(shè)，2019年我國已建成超過13萬個(gè)5G基站，2020-2022年為5G主建設(shè)期，光模塊作為5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，廣泛應(yīng)用于無線及傳輸設(shè)備（5G前傳、中回傳、傳輸市場等），5G驅(qū)動電信市場光模塊新一輪增長。

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對光模塊需求（資料來源：WIND，開源證券研究所）

伴隨5G時(shí)代流量需求爆發(fā)增長，帶動全球IDC高速發(fā)展。為滿足大帶寬需求，新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)表現(xiàn)為更多的橫向流量，帶來更多的互連需求。云計(jì)算巨頭（亞馬遜、谷歌、Facebook、微軟）資本開支已于2019Q2逐步回暖，隨著資本開支回暖和數(shù)據(jù)中心的代際更迭，云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將有望迎來上升期，打開數(shù)通光模塊需求空間。國內(nèi)方面，隨著國內(nèi)企業(yè)上云的加速、5G商用后移動數(shù)據(jù)流量的提升，推動國內(nèi)云計(jì)算巨頭提升資本開支以提高其處理數(shù)據(jù)能力。

全球主要云計(jì)算廠商資本開支（百萬美元）及同比增速

數(shù)據(jù)來源：Bloomberg，東吳證券研究所

5G與云數(shù)據(jù)中心共振，驅(qū)動光模塊行業(yè)走向高景氣

2.2

市場規(guī)模

根據(jù)Yole最新報(bào)告，光模塊市場規(guī)模2019年達(dá)到近77 億美元，依托5G與數(shù)據(jù)中心“新基建”雙重驅(qū)動，2025年市場規(guī)模預(yù)計(jì)177億美元。

從細(xì)分市場看，數(shù)通（應(yīng)用于IDC）用光模塊增長遠(yuǎn)高于電信用光模塊（7%），實(shí)現(xiàn)年復(fù)合增長率20%，預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)近121億美元市場規(guī)模。

2019-2025 光模塊市場增長預(yù)測（單位：美元）

資料來源：yole

產(chǎn)業(yè)鏈分析

叁

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈分工明確，高端光模塊國內(nèi)廠商逐步突破

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈公司分布

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈遵循芯片（襯底-外延片-芯片）—>器件—>模塊—>客戶流程。

整體來看，受歷史原因影響，歐美日等發(fā)達(dá)國家技術(shù)起步較早，因此專注于芯片和產(chǎn)品的研發(fā)，擁有較大的技術(shù)優(yōu)勢。中國憑借著勞動力優(yōu)勢，在產(chǎn)業(yè)鏈的中游占據(jù)較大市場份額，我國已經(jīng)成為全球光模塊制造基地，從OEM、ODM模式發(fā)展為多個(gè)全球市占率領(lǐng)先的光模塊品牌。

國內(nèi)光模塊產(chǎn)業(yè)，越往上游越薄弱，技術(shù)壁壘越高。襯底幾乎壟斷在日美廠商手中（住友化學(xué)、AXTI等），芯片層面，越高速率光模塊其光芯片成本占比越高（如下圖）。國內(nèi)企業(yè)具備10G及以下中低速激光器能力，25G光芯片僅源杰半導(dǎo)體（DFB）、索爾思（EML）等具備供貨能力，技術(shù)瓶頸較高，突破需要時(shí)間積累。

光芯片在不同級別光模塊中的高成本占比

資料來源：紅塔證券

中游光模塊市場屬于“勞動+工藝”密集型產(chǎn)業(yè)，由于對勞動力成本要求較高，日美廠商沒有競爭優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步向國內(nèi)集中。中游市場規(guī)模大，但行業(yè)競爭廠商眾多，且大部分公司集中于100G以下低速光模塊封裝，應(yīng)用領(lǐng)域更多集中于電信市場，針對具備更大應(yīng)用潛力的數(shù)通市場，國內(nèi)只有中際旭創(chuàng)（300308）具備供貨能力。

下游主要為設(shè)備商（華為、中興等）、數(shù)據(jù)中心廠商（谷歌、亞馬遜、微軟、Facebook、阿里巴巴、騰訊等）、運(yùn)營商等。

肆

行業(yè)技術(shù)路線

硅光技術(shù)持續(xù)發(fā)展，技術(shù)上不斷取得突破

4.1

硅光技術(shù)及其優(yōu)勢

全球數(shù)據(jù)流量呈快速增長態(tài)勢，對傳輸需求逐步提升。目前，傳統(tǒng)光模塊主要利用III-V族半導(dǎo)體芯片、電路芯片、光學(xué)組件等器件封裝而成，本質(zhì)上屬于“電互聯(lián)”范疇。隨著晶體管加工尺寸逐漸縮小，將逐漸面臨傳輸瓶頸。目前，對于傳統(tǒng)的三五族半導(dǎo)體光芯片，25Gbps已接近傳輸速率的瓶頸，進(jìn)一步提升速率需要采用PAM4 等技術(shù)。隨著高速光模塊在數(shù)據(jù)中心的大量運(yùn)用，傳統(tǒng)III-V 族半導(dǎo)體的光芯片將面臨并行傳輸、三五族磊晶成本高昂等問題。在此背景下，硅光子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為III-V 族半導(dǎo)體之外的一大選擇。

在硅光子技術(shù)中，芯片的概念由原先的激光器芯片延伸至集成芯片。硅光芯片將多個(gè)光器件集成在同一硅基襯底上，一改以往器件分立的局面，芯片集中度大幅提升。硅光子技術(shù)主要有以下優(yōu)勢：

集成度高。硅光子技術(shù)以硅作為集成芯片的襯底。硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的硅CMOS 工藝制作光器件。與傳統(tǒng)方案相比，硅光子技術(shù)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。

成本下降潛力大。在光器件和光模塊中，光芯片的成本占比較高。傳統(tǒng)的GaAs /InP 襯底因晶圓材料生長受限，生產(chǎn)成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進(jìn)一步提升，需要更大的三五族晶圓，芯片的成本支出將進(jìn)一步提升。與三五族半導(dǎo)體相比，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。

4.2

硅光技術(shù)發(fā)展趨勢及市場規(guī)模

從發(fā)展歷程看，硅光集成技術(shù)將遵循由光子集成→光電集成的發(fā)展過程，待技術(shù)成熟后指向芯片內(nèi)部光互聯(lián)。目前，通信領(lǐng)域的硅光模塊屬于光子集成范疇，從制造工藝看可分為兩類：單片集成與混合集成。目前已量產(chǎn)的硅光模塊中，基于硅襯底的混合集成是主要方式。

硅光集成技術(shù)發(fā)展趨勢示意圖

資料來源：《光子集成研究進(jìn)展》，長江證券研究所

從市場規(guī)模上看，硅光模塊市場規(guī)模增長較快。據(jù)Yole預(yù)測，硅光模塊在2018年-2024年間的復(fù)合年增長率將達(dá)到44.5%，有望從2018年的4.55億美元增長到2024年的40億美元，2024年占整體市場規(guī)模21%。

資料來源：Yole、招商證券

4.3

硅光子市場國內(nèi)外布局情況

國內(nèi)

?Intel（IDM模式）：數(shù)據(jù)中心硅光模塊500m距離批量供貨；產(chǎn)品有100GPSM4產(chǎn)品、100GCWDM4產(chǎn)品；

?CISCO：收購硅光子企業(yè)Acacia（Fabless模式，硅光相干模塊已向電信客戶量產(chǎn)出貨）。

國外

?中際旭創(chuàng)：400G硅光芯片及相干技術(shù)在研；100G產(chǎn)品無硅光技術(shù)；

?光迅科技：研發(fā)100G硅光芯片通過測試并投產(chǎn)；

?亨通光電：通過英國亨通洛克利（Rockley）布局硅光模塊，開發(fā)出 100G AOC、100G PSM4、100G CWDM4 硅光模塊，并逐步形成量產(chǎn)，同時(shí)正加快推進(jìn)400G硅光模塊的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化；

?博創(chuàng)科技：400G QSFP-DD 數(shù)據(jù)通信硅光模塊解決方案DR4(500m)和DR4+ (2km)。另博創(chuàng)科技、源杰半導(dǎo)體、Sicoya等成立合資公司布局硅光模塊，三者分別提供封裝集成能力、激光器芯片、硅光芯片。

4.4

硅光技術(shù)尚未成熟，行業(yè)技術(shù)格局穩(wěn)定

由于傳統(tǒng)的EML/DML信號調(diào)制方式已接近帶寬極限，對硅光來說是一次彎道超車的機(jī)會，但：硅光技術(shù)尚未成熟，行業(yè)技術(shù)格局仍將保持穩(wěn)定。主要表現(xiàn)為：

硅光產(chǎn)品良率較低、傳輸損耗較大，硅光方案成本優(yōu)勢不明顯。由于InP和GaAs（III-V族材料）晶圓尺寸較小，材料成本高，加工成本較高，業(yè)內(nèi)人士希望通過大尺寸、加工技術(shù)成熟的硅晶圓替代InP和GaAs，但是由于硅是間接帶隙材料，硅發(fā)光效率極低，若采用硅光技術(shù)來制作光模塊，光源成為一個(gè)難點(diǎn)。另外從生產(chǎn)成本、材料本身的特性考慮，硅光難以取代現(xiàn)有III-V族技術(shù)，尤其是在長距傳輸中。

未來硅光可能在相干光通信和400G光模塊（短距超高速傳輸）中有部分應(yīng)用。比如100G硅光模塊在PSM4（500m）和400G硅光模塊在DR4（500m）場景下有成本競爭優(yōu)勢。

伍

行業(yè)競爭

5.1

從產(chǎn)品角度，400G光模塊成為市場競爭主力產(chǎn)品

從產(chǎn)品角度看，目前100G光模塊對傳統(tǒng)10G、25G光模塊進(jìn)行加速迭代，成為當(dāng)前主力產(chǎn)品，未來仍將持續(xù)擴(kuò)大，即使未來400G作為下一代主流產(chǎn)品推向市場，隨著整體市場的增量和迭代周期的存在，100G產(chǎn)品的需求量仍將持續(xù)擴(kuò)大并維持一段時(shí)間。

各類別數(shù)通光模塊全球出貨量（個(gè)）分析

資料來源：LightCounting

另外，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心建設(shè)引領(lǐng)光模塊進(jìn)入400G 時(shí)代，從現(xiàn)有技術(shù)規(guī)格來看，400G 光模塊主要分為OSFP（25G PAM4*8;更適合電信；）、QSFP-DD（50G NRZ*8；適合短距數(shù)據(jù)中心）、CFP8 三種方案。當(dāng)前400G模塊的需求來源是云廠商，對于其超大數(shù)據(jù)中心而言，并不要求長距離傳輸，對能耗指標(biāo)和尺寸要求較高，QSFP-DD為數(shù)據(jù)中心400G光模塊首選。

從部署時(shí)間上來看，北美數(shù)據(jù)中心2020年進(jìn)入100G/400G過渡階段，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心部署進(jìn)度落后1到2年。云巨頭部署400G網(wǎng)絡(luò)后，400G相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈才會進(jìn)入規(guī)?；渴痣A段：對光模塊、光纖連接器、高速PCB板等逐一升級。

5.2

從公司角度，產(chǎn)業(yè)鏈向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，改變光模塊產(chǎn)業(yè)鏈格局

資料來源：Yole

從細(xì)分領(lǐng)域電信市場看，海外廠商主要有Finisar、Lumentum、II-VI、Acacia、Oclaro等國際知名企業(yè)，其占據(jù)高端光模塊市場；國內(nèi)廠商聚焦在無線接入、FTTH及城域100G以下速率產(chǎn)品；如光迅科技、新易盛、華工正源等。

從細(xì)分領(lǐng)域數(shù)通市場看，根據(jù)2019年全球光模塊市場銷售情況及對光模塊公司下游客戶的分析，目前國內(nèi)外數(shù)通領(lǐng)域（應(yīng)用于IDC）具備高速光模塊供貨能力企業(yè)有中際旭創(chuàng)（300308）、海外AAOI（應(yīng)用光電）和Finisar（菲尼薩）。

陸

把握光模塊行業(yè)景氣周期，行業(yè)投資邏輯梳理

第一

高端產(chǎn)品線布局

光模塊的小型化、低成本以及高速率是產(chǎn)品迭代的主要方向，高端產(chǎn)品布局是企業(yè)盈利的重要一環(huán)。針對未來高速增長的數(shù)通光模塊市場，400G產(chǎn)品是光模塊廠商競爭核心點(diǎn)，也是行業(yè)內(nèi)占據(jù)利潤制高點(diǎn)的產(chǎn)品。按照云計(jì)算廠商部署400G數(shù)據(jù)中心規(guī)劃，光模塊作為400G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，未來5年銷售額205%速度增長，2023年占據(jù)市場份額25%。以國內(nèi)數(shù)通光模塊龍頭中際旭創(chuàng)為例，目前具備400G單模量產(chǎn)能力，主要做技術(shù)含量、利潤率均高的光模塊，而且具有較高的規(guī)模效應(yīng)和產(chǎn)品良率，毛利率保持行業(yè)領(lǐng)先。

第二

成本控制能力

下游客戶主要關(guān)注產(chǎn)品成本、性能，即性價(jià)比，尤其是云計(jì)算廠商：Facebook、AWS、微軟等，其更新?lián)Q代相較電信會更快，所以同等性能下成本尤為重要。從另一個(gè)角度看，伴隨下一代更高速率產(chǎn)品的量產(chǎn)，低速率產(chǎn)品價(jià)格必然會下降（行業(yè)均價(jià)：未來逐步將至1美元/G，甚至更低）。以100G產(chǎn)品為例，目前國內(nèi)售價(jià)120美金-150美金，未來會持續(xù)下降，為保證一定利潤空間，必須具備成本控制能力，比如培養(yǎng)供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)核心原材料降本、國產(chǎn)替代降本、產(chǎn)品設(shè)計(jì)降本、基于工藝優(yōu)勢提升產(chǎn)品良率降低制造成本、人力降本、規(guī)?；a(chǎn)后降本等等。

第三

工藝/技術(shù)壁壘

光模塊屬于工藝密集型行業(yè)，涵蓋核心光學(xué)工藝、電路設(shè)計(jì)、器件及模塊封裝工藝等要素，Know-How高。尤其高端光模塊，技術(shù)壁壘很高，企業(yè)需要持續(xù)加大研發(fā)投入，關(guān)注公司具備的涉及光、電層面的工藝。目前為實(shí)現(xiàn)光模塊產(chǎn)品更低成本、更高速率、更高集成度，相較于傳統(tǒng)光模塊廠商分立器件組裝，硅光技術(shù)的光模塊逐步發(fā)展起來，但硅光產(chǎn)品良率低、傳輸損耗大，未來400G硅光模塊預(yù)計(jì)在DR4（500m）短距場景下有成本競爭優(yōu)勢，因此硅光技術(shù)布局也可以作為關(guān)注點(diǎn)之一（比如博創(chuàng)科技（300548）、源杰半導(dǎo)體），但其短期內(nèi)不會因硅光技術(shù)變革對光模塊行業(yè)格局產(chǎn)生影響。另外，工藝Know-How依賴團(tuán)隊(duì)，關(guān)注團(tuán)隊(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面、工程方面的人員配置。

第四

客戶資源優(yōu)勢

進(jìn)入下游頭部客戶供應(yīng)鏈體系是產(chǎn)品具備市場競爭力的最優(yōu)體現(xiàn)。云數(shù)據(jù)中心是100G、400G光模塊產(chǎn)品主要的需求方，目前能規(guī)模供貨云數(shù)據(jù)中心的有中際旭創(chuàng)（供貨Google、AWS等）、AAOI（供貨Facebook、微軟、AWS、Cisco等）、Finisar（供貨Cisco、華為等），可關(guān)注行業(yè)內(nèi)其它具備數(shù)通光模塊供貨能力的企業(yè)，在高速增長的市場驅(qū)動下，有望快速形成全球營收規(guī)模。

第五

量產(chǎn)能力

光模塊市場需求遠(yuǎn)大于供給，未來5年屬于產(chǎn)業(yè)周期上升期，企業(yè)需要抓住行業(yè)機(jī)遇，具備產(chǎn)線、足夠產(chǎn)能、快速落地能力等，行業(yè)內(nèi)頭部下游客戶也會對供應(yīng)商有最低產(chǎn)能要求；另外，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、進(jìn)一步優(yōu)化、送樣客戶測試、小批量供貨至最終量產(chǎn)，不確定較大，需關(guān)注企業(yè)產(chǎn)品具體進(jìn)展。