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.docx

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1、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

2、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

3、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-CANTOSA” 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

4、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

5、）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-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）25.6T-51.2T-102.4T 方 向扩容，对应光模块的演进路线是 400G-800G

6、-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 3040%

7、，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 3035% 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

8、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

9、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。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/

10、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

11、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 3040%，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 6

12、0%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

13、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

14、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

15、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

16、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 35 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

17、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 290340 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 8

18、00G 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

19、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

20、 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

21、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

22、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1000km）下沉到城域（1001000km）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（80120km）。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，PAM

23、4 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

24、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

25、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

26、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。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

27、 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 700

28、MHz 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 12 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

29、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，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

30、求有保证20212025 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 20212025 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

31、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