2023年通信行光模塊行業(yè)研究 光通信在通信系統(tǒng)中不可或缺

2023年通信行光模塊行業(yè)研究光通信在通信系統(tǒng)中不可或缺1.光模塊：光網(wǎng)絡(luò)核心連接器件，深度受益算力帶寬增長需求1.1.全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)如火如荼，光通信產(chǎn)業(yè)鏈大有可為我國通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)前正處于向綠色全光網(wǎng)邁進關(guān)鍵節(jié)點。通信網(wǎng)絡(luò)是支撐我國數(shù)字經(jīng)濟建設(shè)及經(jīng)濟社會進一步發(fā)展的關(guān)鍵性公共基礎(chǔ)設(shè)施，其帶寬、時延、連接能力的提升是支撐滿足AIGC爆發(fā)下大流量需求的必要條件。而與傳統(tǒng)銅線相比，光纖作為通信介質(zhì)既可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，又能夠降低能耗，符合國家綠色中國戰(zhàn)略要求。回顧我國固網(wǎng)通信接入領(lǐng)域發(fā)展歷史，2010年前主要以銅纜連接為主，當(dāng)時技術(shù)尚不成熟，速率低且距離受限。2010年-2020年為光纖網(wǎng)絡(luò)逐步普及，滲透率緩慢提升階段，骨干網(wǎng)部分銅纜被光纖替代，光纖到戶開始建設(shè)。2020年至今我國已較大程度實現(xiàn)光纖到戶，進一步提速的雙千兆戰(zhàn)略正在建設(shè)，我國固定網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正向F5G千兆光網(wǎng)的綠色全光網(wǎng)時代邁進。光通信普及解決傳統(tǒng)通信方式銅纜信號衰減、高能耗痛點。傳統(tǒng)固網(wǎng)建設(shè)大都采用銅線作為通信傳輸媒介，存在信號衰減快、能耗更高等缺點，此外銅作為國家戰(zhàn)略資源，自給率較低。根據(jù)中鋁集團統(tǒng)計，我國銅精礦自給率從2000年的43.25%降至2020年的22.8%，固網(wǎng)建設(shè)繼續(xù)大量使用銅纜會進一步加劇銅礦供應(yīng)短缺風(fēng)險。而F5G千兆光網(wǎng)采用光纖作為介質(zhì)，其原料二氧化硅易獲得且使用壽命長，此外光信號傳輸相比電信號傳輸衰減損耗及抗干擾能力更強。對家庭用戶使用光纖網(wǎng)絡(luò)相對于銅線/同軸電纜的節(jié)能幅度可以達(dá)到60-75%/70-85%，每戶每天可節(jié)省電量達(dá)0.15kWh。1.2.光模塊是光通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心部件光通信在通信系統(tǒng)中不可或缺，應(yīng)用范圍有望持續(xù)拓展。光通信作為目前多種通信方式中的一類，主要指以玻璃光纖為介質(zhì)。光纖通信的通信系統(tǒng)，屬于通信技術(shù)的一種。因光纖傳輸?shù)母咚俾实蛽p耗優(yōu)勢在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。目前電信系統(tǒng)組成中的發(fā)射機、接收機、傳輸媒介以及模擬數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化過程中均需用到光通信技術(shù)。隨著全光網(wǎng)建設(shè)進程深入光通信將進一步提升在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用廣度，光通信產(chǎn)業(yè)鏈處于長期成長周期。光通信產(chǎn)業(yè)鏈：光芯片國產(chǎn)化潛力大，光模塊世界領(lǐng)先深度受益AI需求爆發(fā)。光通信光通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的光芯片、光組件廠商，中游的光器件、光模塊及光通信設(shè)備廠商以及下游的客戶三個環(huán)節(jié)。光通信設(shè)備主要應(yīng)用在電信市場的運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及數(shù)據(jù)通信市場的互聯(lián)網(wǎng)廠商的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)通信中。從各個環(huán)節(jié)來看，光芯片環(huán)節(jié)價值量高，但尤其在高速光芯片領(lǐng)域由國外廠商主導(dǎo)，國內(nèi)廠商從低速光芯片開始逐步提升滲透率。光器件光模塊領(lǐng)域，國內(nèi)龍頭中際旭創(chuàng)、新易盛、光迅科技、天孚通信等已取得世界領(lǐng)先地位，已成為北美頭部云廠商等客戶重要供應(yīng)商，深度受益AI算力爆發(fā)帶來的高速光模塊需求，有望迎來業(yè)績爆發(fā)式增長。光通信設(shè)備環(huán)節(jié)我國華為、中興、烽火等廠商均取得全球領(lǐng)先地位，國產(chǎn)化率較高。光纖通信通過光電信號轉(zhuǎn)換實現(xiàn)高速信息傳輸。光纖通信網(wǎng)絡(luò)主要由發(fā)射機、中繼器、接收器及光纖光纜等部件組成。其中光發(fā)送機由光源、驅(qū)動電路等組成，光源將輸入信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過連接器及耦合技術(shù)注入光纖線路在光纖中通過折射傳播。光中繼器的作用為將經(jīng)過長距離傳輸后受到損耗的微弱光信號通過放大、整形等環(huán)節(jié)再生成一定強度的光信號，降低信號失真并保證通信質(zhì)量。光接收機由光探測器、放大器和相關(guān)電路組成，負(fù)責(zé)將從光纖線路輸出的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)過放大和后處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。光模塊目前以可插拔式為主，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成中TOSA和ROSA為核心器件。光模塊集成了發(fā)射及接收數(shù)字或模擬信號的功能，通常以獨立于網(wǎng)絡(luò)外部的可插拔式為主，也有網(wǎng)絡(luò)芯片形式。一個典型光模塊包含發(fā)射器、接收器、集成電路、射頻電路、數(shù)字控制及機械部件等部分。其中TOSA（發(fā)射光組件/TransmitterOpticalSubassembly）、ROSA（接收光組件/ReceiverOpticalSubassembly）及電路板是成本占比最高的部件。而TOSA和ROSA作為發(fā)射和接收信號的關(guān)鍵器件，直接影響整體光模塊性能，其中TOSA主體為VCSEL、DFB、EML等激光器芯片，ROSA主體為APD、PIN等探測器芯片。一般光模塊中光芯片成本占比在30%-40%左右，而高端高速光模塊這一比例可以提升至50%左右。光模塊技術(shù)演技路線方面，光模塊技術(shù)迭代速率持續(xù)加快。從光模塊行業(yè)技術(shù)演進時間節(jié)點來看，2014年-2018年行業(yè)主要以100G光模塊為主流產(chǎn)品，2020-2021年行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)開始啟動400G/800G光模塊研發(fā)推進工作。在AIGC推動下，預(yù)計800G光模塊在2023年開始小批量生產(chǎn)，下一代1.6T光模塊預(yù)計2025年開始逐步量產(chǎn)。光模塊技術(shù)集成化趨勢不斷提升以應(yīng)對算力劇增帶來的更高技術(shù)要求。AIGC爆發(fā)下大模型訓(xùn)練需求快速提升、算力及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需求催生對于更高速率、更高性能機低功耗的光模塊產(chǎn)品需求。通過不斷縮減光模塊與交換機ASIC的距離，從而一方面減少銅線的使用降低功耗、另一方面縮短使用銅線的傳輸距離而提高光纖傳輸?shù)木嚯x占比從而提高整體光模塊的傳輸速率。目前大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線為可插拔式光模塊，技術(shù)成熟。主要通過QSFP連接器與交換機電路板連接，通過銅線與交換機ASIC芯片傳輸數(shù)據(jù)。未來光模塊會逐步集成到電路板上，并逐步縮進與ASIC芯片的物理距離：OBO板載光學(xué)為將收發(fā)模塊通過插槽插到電路板上，該項技術(shù)2015年開始研發(fā)；近封裝則是將光引擎插到承載交換機芯片的有機襯底上，光引擎與交換機芯片距離縮減到150mm，預(yù)計2026年左右時間點開始會有大規(guī)模應(yīng)用；共封裝技術(shù)下光學(xué)與交換機芯片距離進一步縮至50mm，且通過TSV技術(shù)完全集成，2.5D共封裝技術(shù)成為主導(dǎo)時間點推測在2032年左右，3D共封裝完全繼承時間點則要更遠(yuǎn)。從行業(yè)遠(yuǎn)期發(fā)展來看可插拔式光模塊受限于能耗指數(shù)級增長，推動以CPO為主要降低功耗技術(shù)路徑的研發(fā)及商業(yè)化需求。根據(jù)Science雜志文章《Recalibratingglobaldatacenterenergy-useestimates》數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心能耗2010-2018年僅增長了8%，外推到2022-2023年僅增長2%-3%，主要原因在于云廠商將算力從企業(yè)級數(shù)據(jù)中心向超大型數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移提高效率、以及服務(wù)器級內(nèi)存效率穩(wěn)步提升。從能耗分布來看，數(shù)據(jù)中心能源消耗主要來自于服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施。隨著數(shù)據(jù)中心PUE值降低及效能比提升，服務(wù)器電力消耗逐漸成為主要部分。存儲消耗占比也有較大提升但占比較低，基礎(chǔ)設(shè)施消耗占比逐漸下降。網(wǎng)絡(luò)消耗占比一直處于較低水平，2012/2018/2022年數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)側(cè)用電占比分別僅有1%/2%/3%。隨著800G等高速光模塊滲透率提升，功耗將呈指數(shù)級增長，預(yù)計到2028年光學(xué)部分能耗在數(shù)據(jù)中心占比將超過8%，傳統(tǒng)可插拔式光模塊進一步提速將受到功耗急劇增長限制，而以CPO為代表的新興技術(shù)相比可插拔式光模塊可實現(xiàn)25%-30%的功耗節(jié)省，CPO技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)在于封裝和低損耗光線互聯(lián)，在技術(shù)成熟后可以大幅改善光模塊耗電情況，支撐數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)傳輸帶寬提升。1.3.AIGC、云計算等驅(qū)動下數(shù)據(jù)流量爆發(fā)增長，算力需求及支出激增人工智能、云計算、5G、大數(shù)據(jù)、元宇宙等新技術(shù)應(yīng)用爆發(fā)下數(shù)據(jù)流量高速增長，數(shù)據(jù)中心主導(dǎo)數(shù)據(jù)流量處理和交換。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，2021年全球產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量為20.8ZB，其中99.04%（20.6ZB）為數(shù)據(jù)中心IDC產(chǎn)生的流量。其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部、數(shù)據(jù)中心與用戶間、數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心間產(chǎn)生的流量分別為14.7ZB、3.1ZB、2.8ZB。2016到2021年全球數(shù)據(jù)中心流量從6.8ZB增至20.6ZB，年復(fù)合增速24.8%，而云數(shù)據(jù)中心流量從6ZB增至2021年的19.5ZB，年復(fù)合增速達(dá)26.6%。在我國東數(shù)西算、數(shù)字經(jīng)濟建設(shè)背景下對于核心算力基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心的高吞吐及大帶寬需求愈發(fā)迫切。數(shù)據(jù)流量爆發(fā)及AIGC驅(qū)動下，企業(yè)人工智能（AI）支出快速增長，中國智能算力規(guī)模高速提升。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，全球企業(yè)AI投資從2019年的612.4億美元增至2021年的924.0億美元，預(yù)計2022年增長26.6%至1170.0億美元，2025年有望突破2000億元。AI支出增速顯著高于數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入增速。數(shù)字化進程推進下海量數(shù)據(jù)增長使得我國算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展。根據(jù)《2022-2023年中國人工智能計算力發(fā)展評估報告》，我國智能算力規(guī)模預(yù)計從2021年的155.2EFLOPS增至2026年的1271.4EFLOPS，2021-2026年年復(fù)合增長率達(dá)52.3%，而同期通用算力規(guī)模從47.7EFLOPS增至111.3EFLOPS，年復(fù)合增長率18.5%。大模型推動中國AI相關(guān)支出快速增長。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年中國AI市場規(guī)模小幅低于預(yù)期，同比增長17.9%，主要系、經(jīng)濟形勢及供應(yīng)鏈等原因使得政企客戶市場服務(wù)器及存儲系統(tǒng)采購放緩。到2023年隨著ChatGPT大模型引領(lǐng)下的AIGC、數(shù)字人、多模態(tài)大模型等需求爆發(fā)，增速有望回升，市場規(guī)模將達(dá)147.5億美元，到2026年將達(dá)264.4億美元，2021-2026年五年復(fù)合增長率超過20%。細(xì)分產(chǎn)品來看，AI硬件占比超過一半；AI軟件受益于NLP、CV等大模型帶來的性能提升占比有望快速增長，預(yù)計到2026年中國AI軟件市場規(guī)模將達(dá)到76.9億美元，占比29%，較2021年提升10個百分點；AI服務(wù)市場到2026年將達(dá)到32.7億美元，五年年復(fù)合增長率近30%。細(xì)分市場來看，互聯(lián)網(wǎng)云廠商等專業(yè)服務(wù)領(lǐng)域行業(yè)客戶仍是主要需求方，其次為地方政府、銀行和通訊領(lǐng)域，預(yù)計到2026年占比分別為29.3%、8.9%、7.8%和7%。其中銀行和地方政府增速最快，五年CAGR超23%。1.4.電信側(cè)光模塊：前傳、中后傳向更高速率演化5G演進下前傳帶寬催生50Gb/s及更高速率光模塊需求。通信領(lǐng)域前傳光模塊是連接基帶處理單元（BBU）與遠(yuǎn)端射頻單元（RRU）/有源天線處理單元（AAU）的重要構(gòu)成部分。其速率不斷演進從2G的1.25Gbps、3G的2.5Gbps到4G的6/10Gbps，傳輸距離包括300m、1.4km和10km等。5G接入網(wǎng)下AAU天線數(shù)量將提升8倍，空口帶寬從20MHz升至100MHz，同樣CPRI方案下帶寬需求將提升40倍。通過eCPRI切分方案將部分BBU部署在AAU上降低帶寬需求從而使得目前5G前傳接口帶寬需求為25Gbps。未來隨著Sub10GHz、毫米波等頻段上逐步部署，天線和空口數(shù)進一步增加，前傳光模塊速率將達(dá)到50Gb/s，推動對更高速率光模塊需求提升。5G中回傳光模塊有望提升對400G及800G高速光模塊的需求。5G中回傳接入層以環(huán)形拓?fù)錇橹鳎湫蛶捫枨鬄?0/25/50/100Gb/s，而隨著高速率遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓饽K技術(shù)如400Gb/s、30/40km技術(shù)方案的成熟和800Gb/s光模塊的演進升級，下一階段5G中回傳光模塊有望采用更高速率新型光模塊技術(shù)方案。1.5.東西向流量推動數(shù)據(jù)中心架構(gòu)不斷演化，高速率低能耗成為數(shù)通光模塊發(fā)展趨勢傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，由傳統(tǒng)三層分層模塊化結(jié)構(gòu)向更扁平易擴展的CLOS架構(gòu)演進。傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心一般采用分層模塊化設(shè)計，傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)中心通常呈三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：1）接入層/機頂交換機：用于所有計算點的連接；2）匯聚層：匯聚交換機與Access交換機相連接，具備網(wǎng)關(guān)、路由策略等功能、并部署有防火墻、負(fù)載均衡等業(yè)務(wù)；3）核心層：核心交換機用于匯聚層的互聯(lián)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。早期數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)流量大多為南北向流量（數(shù)據(jù)中心外客戶端到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器流量），三層架構(gòu)可以實現(xiàn)較好的負(fù)載均衡。而隨著東西向流量（數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器之間的流量）占據(jù)主導(dǎo)地位，催生三層架構(gòu)分層模塊化轉(zhuǎn)向CLOS架構(gòu)，CLOS架構(gòu)又包括Fat-Tree胖樹、Spine-Leaf的架構(gòu)，更加扁平更易于水平擴展。交換芯片速率提升帶動800G和1.6T高速率光模塊需求增長。從目前數(shù)據(jù)中心光模塊部署進度來看，2019-2020年起亞馬遜、谷歌、微軟、Facebook等北美頭部云廠商及科技企業(yè)的超大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連已開始商用化部署400Gb/s光模塊；而國內(nèi)數(shù)據(jù)中心節(jié)奏相對較慢，目前處于100Gb/s向400Gb/s的過渡正在大規(guī)模部署。此外，從數(shù)據(jù)中心交換芯片吞吐量歷史演進來看，平局每兩年速率提升一倍，預(yù)計2023年將達(dá)到51.2Tb/s，2025年之后達(dá)到102.4Tb/s。交換芯片速率指數(shù)增長下800Gb/s和1.6Tb/s等更高速率將光模塊需求有望逐步放量。光通信在數(shù)據(jù)中心傳輸中逐步向短距離場景滲透。目前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下機柜內(nèi)部大部分由銅線連接，隨著SerDes速率提升解決速率限制瓶頸，銅線連接將向具備更大帶寬容量、更好電磁抗干擾性的光纖轉(zhuǎn)移，從機架之間向板到板、芯片到模塊以及新派到芯片領(lǐng)域光學(xué)部件應(yīng)用有望逐步提升。預(yù)計機柜頂交換機將同時具備數(shù)個用于向下連接的可插拔接口以及向上連接的CPO節(jié)點。數(shù)據(jù)中心互聯(lián)下光模塊向更高速率持續(xù)迭代，下一代800G光模塊蓄勢待發(fā)。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部依據(jù)具體場景不同目前運用的光模塊速率及技術(shù)不同。葉脊架構(gòu)下數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場景可以分為數(shù)據(jù)中心之間、脊-核心、葉-脊、TOR-葉、服務(wù)器-TOR、服務(wù)器之間場景，除服務(wù)器與服務(wù)器間場景外其余場景互聯(lián)均應(yīng)用有光模塊。預(yù)計隨著AI帶來的流量爆發(fā)驅(qū)動下，TOR-葉連接及之上的連接層級下一代均向800G速率轉(zhuǎn)換，光模塊廠商迎來新一代技術(shù)帶來增量需求。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)數(shù)據(jù)流量（東西向流量）占比大，光模塊向高速率、低功耗、低成本和智能化方向演進。速率方面，提升驅(qū)動力主要來自交換芯吞吐容量和Serdes帶寬提升，Serdes是ASIC芯片與外界交換數(shù)據(jù)的基本單元，光端口帶寬為Serdes帶寬整數(shù)倍，如100GCAUI4端口包含4個25GNRZSerdes。功耗方面，400Gb/s光模塊早期功耗為10~12W，預(yù)計隨著技術(shù)進步長期功耗有望降低至8~10W；目前800Gb/s光模塊功耗為16W左右，此外光電共封裝光引擎（CPO）技術(shù)也是未來發(fā)展趨勢，通過光引擎與交換芯片合封來降低互連SerDes功耗及成本能夠降低光模塊未來隨著速率提升而帶來的功耗指數(shù)級增長。降低成本方面，主要通過調(diào)整機柜布局、DAC代替光纜、非相干方案長距離拓展等途徑實現(xiàn)。智能化方面，AI、機器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)技術(shù)賦能光模塊健康度監(jiān)控及故障預(yù)警等功能的增加也對光模塊提出了新的要求。短期內(nèi)技術(shù)成熟成本低的可插拔式光模塊仍將為主流方案，未來CPO共封裝模式將逐步成為主流方案之一。預(yù)計2024年之前，可插拔式光模塊仍將是市場主流技術(shù)路線。其技術(shù)成熟、成本低，可以快速出貨滿足頭部云廠商客戶快速構(gòu)建大模型所需算力基礎(chǔ)設(shè)施的激增需求。此外頭部光模塊廠商也于近幾年相繼推出板載光學(xué)/共封裝光學(xué)方案，目前處于滲透率提升、出貨爬坡階段，未來幾年可插拔將與CPO路線共存，而隨著CPO技術(shù)路線成熟、技術(shù)工藝進步帶來成本降低下，預(yù)計2030年后CPO將憑借性能優(yōu)勢成為主流技術(shù)路線。英偉達(dá)A100、H100GPU為AI服務(wù)器普遍選擇方案，A100SurperPOD架構(gòu)下采用200G光模塊。當(dāng)前英偉達(dá)GPU方案為AI服務(wù)器芯片主流，OpenAI即用英偉達(dá)H100訓(xùn)練ChatGPT。英偉達(dá)于3月推出算力更強的A100GPU和H100GPU,算力進一步提升行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，預(yù)計大模型廠商均將英偉達(dá)A100等為主要服務(wù)器芯片方案。以A100為例，在英偉達(dá)AI數(shù)據(jù)中心架構(gòu)解決方案SuperPOD中，每臺服務(wù)器配有8塊A100GPU，每個SuperPOD共有140個A100服務(wù)器170個200GInfiniBand交換機，此外每臺DGXA100配有8個200Gbps的高速計算網(wǎng)和2個200Gbps的高速存儲網(wǎng)。每臺交換機40個200G端口，則170個交換機共有6800個端口，考慮端口冗余下70%-80%的端口利用率，則共4760-5440個200G光模塊需求，SuperPOD共1120塊A100GPU，則英偉達(dá)解決方案下GPU與光模塊數(shù)量之比為1：4.25-4.86。AI推算類大模型帶來算力需求為光模塊帶來的市場空間增量約為6%-10%。依據(jù)集邦咨詢推測，類ChatGPT大模型訓(xùn)練及推理運營所需算力合計約為30000塊英偉達(dá)A100GPU；假設(shè)按照英偉達(dá)SuperPOD方案，根據(jù)上述測算，GPU與光模塊數(shù)量之比為1：4.25-4.86，取4.5計算。假設(shè)保守/中性/樂觀情境下，類ChatGPT大模型數(shù)量分別有15/20/25個，200G光模塊單價為200美元，則最后得出在保守/中性/樂觀情景下AI服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心帶來的光模塊增量市場空間分別為4.05/5.40/6.75億美元；根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2021年全球數(shù)通光模塊市場空間約59億美元，2021-2027年CAGR為19%，按照2022年增速20%測算，則2022年全球數(shù)通市場規(guī)模約為71億美元。AI大模型帶來的數(shù)據(jù)中心光模塊增量在保守/中性/樂觀情景下分別為6.4%/8.5%/10.6%。2.需求端：AI驅(qū)動高速光模塊增量快速增長2.1.互聯(lián)網(wǎng)/云廠商數(shù)通需求逐步成為主導(dǎo)，AI驅(qū)動資本開支有望反彈AI推動下互聯(lián)網(wǎng)廠商資本開支有望迎來拐點。光模塊行業(yè)景氣度與下游應(yīng)用客戶通信運營商及互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商的資本支出情況高度相關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計測算，2015年以來通信運營商資本開支整體增長幅度不大，2021Q3、Q4因國外運營商5G投資加大有所增長?；ヂ?lián)網(wǎng)廠商則為應(yīng)對數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長帶來的服務(wù)需求不斷加大資本投入，2015Q1互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICP）的資本開支占比不足20%，至2022Q4占比已超過50%。從季度增速來看，ICP資本支出增速長期大幅快于CSP，但二者在22年均受及經(jīng)濟影響逐季度下滑。而OpenAI的ChatGPT大模型的推出催生各廠商加大大模型投入，ICP資本開支增速有望回升。運營商資本開支整體變化幅度不大，全球及我國運營商資本開支2022年受及經(jīng)濟影響有所下行。從歷史趨勢來看，全球頭部通信運營商季度資本開支整體穩(wěn)定在400-450億美元水平，因代際移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)存在一定周期性。2022年下半年資本開支因2021年下半年支出較高而出現(xiàn)較大降幅。主要系21年下半年我國運營商5G、算力等相關(guān)資本開支達(dá)到高峰所致，2021年第三、四季度我國運營商資本開支同比增速分別達(dá)到27.8%、25.6%，高基數(shù)使得2022年三、四季度我國三大運營商資本開支分別同比下滑17.5%、8.9%。進入2022年我國運營商5G建設(shè)及資本開支節(jié)奏開始放緩，預(yù)計未來隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化投入加大，整體運營商資本開支增速保持平穩(wěn)水平，電信市場光模塊需求保持穩(wěn)健。大模型帶來競爭態(tài)勢下頭部互聯(lián)網(wǎng)云廠商資本開支增速有望回暖?；ヂ?lián)網(wǎng)廠商因流量需求激增不斷擴張資本開支，我們測算全球top15互聯(lián)網(wǎng)云廠商單季度資本開支從2015年第一季度的99億美元增至2022年第四季度的500億美元，增速遠(yuǎn)超CSP資本開支增速。2020年左右因加大線上辦公及流量需求，ICP資本開支處于階段性上行周期，其中2020年第四季度資本開支同比增速達(dá)47.2%。2022年我國放開管控后短期內(nèi)宏觀經(jīng)濟不景氣、消費萎靡，致使頭部互聯(lián)網(wǎng)廠商因業(yè)績不佳紛紛裁員削減資本開支。全球ICP資本開支增速2022年四個季度分別下滑至30.5%、16.4%、13.2%和9.5%，增速逐季度明顯放緩。隨著OpenAIChatGPT、微軟Copilot等大模型及應(yīng)用提出，AIGC將成為下一階段科技公司的核心競爭力，預(yù)計北美及中國頭部云廠商均將加大相關(guān)資本開支投入，行業(yè)景氣度有望邊際好轉(zhuǎn)。2.2.AI驅(qū)動下光模塊市場增速有望迎來反轉(zhuǎn)2027年全球光模塊市場空間將達(dá)到247億美元，數(shù)通領(lǐng)域增速更快。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)預(yù)測，2021年全球光模塊市場空間約102億美元，至2027年將增至247億美元，年復(fù)合增長率達(dá)16%。其中數(shù)通市場受到AIGC、云計算等驅(qū)動需求增長更快，市場規(guī)模從2021年的59億美元增至2027年的168億美元，2021-2027年CAGR為19%。數(shù)通市場細(xì)分來看，CPO/OBO光模塊增速最快，以太網(wǎng)光模塊市場空間最大。預(yù)計以太網(wǎng)光模塊市場空間從2021年的49億美元增至2027年的142億美元，CAGR為20%；預(yù)計AOC/EOM光模塊市場空間從2021年的10億美元增至2027年的21億美元，CAGR為15%；預(yù)計CPO/OBO光模塊市場空間隨著逐步大規(guī)模應(yīng)用快速提升，從2021年的1500萬美元增至2027年的5億美元，CAGR高達(dá)84%。而電信市場規(guī)模從2021年的43億美元增至2027年的79億美元，2021-2027年CAGR為8%。電信市場細(xì)分來看，波分復(fù)用光模塊占比最大且增速最快，是電信市場光模塊主要增量來源，預(yù)計波分復(fù)用光模塊市場規(guī)模從2021年的25億美元增至2027年的58億美元，CAGR為14%，而PON/無線前傳/無線中后傳光模塊市場空間預(yù)計從2021年的10/9/2億美元變?yōu)?027年的12/7/2億美元，CAGR分別為2%/-5%/0%。光模塊行業(yè)市場19年起受益5G建設(shè)及云廠商IDC建設(shè)反轉(zhuǎn)，2023年需求減弱增長承壓，2024/2025年有望恢復(fù)快速增長。2019年底，DWDM、以太網(wǎng)及無線前傳光模塊需求開始爆發(fā)，2020年及2021年導(dǎo)致的居家上學(xué)及居家辦公進一步加速了需求增長。根據(jù)Lightcounting數(shù)據(jù)及我們預(yù)測，2020/2021/2022年全球光模塊市場空間增速分別為17%/10%/14%，增長穩(wěn)健，而2023年受全球經(jīng)濟下行影響北美云廠商資本開支削減導(dǎo)致光模塊出貨受到較大影響。預(yù)計2024/2025年隨著行業(yè)庫存消耗出清及AI需求帶動新一代高速光模塊放量，光模塊市場景氣度有望回暖，光模塊行業(yè)有望重回高速增長軌道。DWDM及以太網(wǎng)光模塊仍將主導(dǎo)市場增長。從行業(yè)季度發(fā)展維度來看，電信及數(shù)通客戶削減開支使得22年Q4需求邊際減少，AI有望打開行業(yè)長期新增量空間。根據(jù)Lightcounting數(shù)據(jù)，從季度來看，2022年第四季度全球光模塊市場空間因電信運營商及云廠商削減資本開支而同比環(huán)比均下滑。其中FTTx光模塊出貨超預(yù)期，主要系政府持續(xù)推進光網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字經(jīng)濟建設(shè)。此外在ChatGPT等大模型催化下，AI基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資也將迎來高峰。流量寬帶增長下100G、400G光模塊出貨量成為主要出貨增量。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2022年所有光模塊出貨量約為8500萬只，其中10G、100G光模塊出貨量最大。需求端來看，新建數(shù)據(jù)中心的高帶寬低時延要求、直播UHD視頻流量快速增長、AR/VR及車聯(lián)網(wǎng)等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對于帶寬時延的高標(biāo)準(zhǔn)需求使得對于數(shù)據(jù)中心的高速連接需求持續(xù)。高速光模塊逐漸實現(xiàn)對低速光模塊的替代，預(yù)計未來100G光模塊出貨量仍將保持增長，而10G光模塊出貨量開始下滑。此外400G光模塊將持續(xù)快速放量，800G光模塊2023年起將逐步起量。預(yù)計到2026年全球光模塊出貨量將達(dá)1.5億只左右。2026/2032年全球數(shù)通光模塊市場規(guī)模將增至151/281億美元，CPO光模塊逐步迎來放量增長，行業(yè)整體仍以傳統(tǒng)以太網(wǎng)可插拔光模塊為主要產(chǎn)品。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年全球數(shù)通市場光模塊市場空間為53億美元，到2026/2032年分別增長至151/281億美元，CAGR分別為19%/15%。其中以太網(wǎng)光模塊仍將是數(shù)據(jù)中心主要需求增長來源，將從2020年的44億美元增至2026/2032年的126/223億美元，20-26CAGR和26-32CAGR分別為19%和11%。采用共封裝光學(xué)的光模塊將隨著技術(shù)成熟度提升及成本降低逐步大規(guī)模應(yīng)用。2020年CPO光模塊市場空間約600萬美元，至2026/2032年將增至3/22億美元，20-26CAGR和26-32CAGR分別達(dá)104%和19%。從產(chǎn)品速率技術(shù)維度來看，中期1.6T、長期3.2T光模塊將成為數(shù)通領(lǐng)域CPO市場主要增量，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域光學(xué)I/O率先放量。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)預(yù)測，2025年之之前CPO市場主要為1.6T光引擎率先應(yīng)用，2025年之后隨著速率迭代3.2T光引擎快速提升份額，1.6T份額逐步下降，2030年6.4T開始放量，整體市場空間快速增長。整體CPO市場空間預(yù)計從2022年的3800萬美元增至2028年的1.37億美元，至2033年將達(dá)26億美元；2022-2028年CAGR為24%，2028-2033年CAGR為80%。細(xì)分技術(shù)路徑來看，用于AI/ML的HPC的光學(xué)互聯(lián)接口方案將快速放量，預(yù)計市場空間將從2022年的500萬美元增至2028/2033年的1.16/23億美元，2022-2028年CAGR和2028-2033年CAGR分別為68%/81%。而網(wǎng)絡(luò)連接端CPO目前技術(shù)尚未成熟，成本高昂，產(chǎn)業(yè)鏈仍需建設(shè)完善，仍有一定不確定性，放量節(jié)奏比處理端要慢一些。2027年起EOI和NPO技術(shù)將被更成熟的CPO技術(shù)取代。預(yù)計用于網(wǎng)絡(luò)連接的CPO光模塊產(chǎn)品將從2022年的600萬美元增至2028/2033年的0.21/2.87億美元，2022-2028年CAGR和2028-2033年CAGR分別為41%/69%，保持高速增長。光模塊技術(shù)迭代迅速，價格年降趨勢顯著。光模塊迭代速率較快，新產(chǎn)品推出后會使得老產(chǎn)品價格迅速下降。新一代產(chǎn)品推出后隨著出貨量增加產(chǎn)品良率不斷提升及成本攤薄使得降價空間較大，同時新產(chǎn)品導(dǎo)入初期競爭激烈，因此光模塊新品問世初期2-3年價格往往降幅較大，后續(xù)降幅有所收窄。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2022年100G/400G/800G光模塊平均價格分別約為140/600/900美元左右。隨著工藝成熟及技術(shù)進步，到2026年，100G光模塊單價將降至60美元左右，而400G/800G光模塊將降至2-300美元區(qū)間。光模塊成本中TOSA及ROSA是核心原材料部件，400G光模塊電路板成本占比顯著提升。光模塊主要由TOSA、ROSA、電路板等組成，其售價包含TOSA、ROSA、電路板、組裝成本、制造成本及毛利等。根據(jù)Yole拆解報告，100G光模塊技術(shù)更為成熟，且相對速率低，組裝、制造成本及電路板成本較低，因而毛利較高；而400G光模塊受良率限制報廢成本較高，此外電路板成本占比顯著提升，制造成本略微增加，整體毛利率略低。2.3.中國龍頭廠商市場份額排名行業(yè)前列，具備世界競爭力中國光模塊廠商憑借本土化用工成本優(yōu)勢快速成長，市場競爭力和份額穩(wěn)步提升，具備世界一流競爭實力。光模塊市場因下游客戶較分散且產(chǎn)品種類繁多，競爭較為激烈。光模塊廠商參與者眾多，競爭格局較為分散。國內(nèi)廠商經(jīng)過工藝?yán)鄯e趕超國外廠商后憑借人工成本優(yōu)勢逐步提升市場份額，尤其中際旭創(chuàng)數(shù)通領(lǐng)域市占率已達(dá)世界一流水平。據(jù)Yole數(shù)據(jù)，國內(nèi)頭部廠商市場份額及排名穩(wěn)步提升。2018年，中際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶光模塊市場份額排在3、5、6位；2019年光迅科技、中際旭創(chuàng)、海信寬帶分列4、5、6名；2020年中際旭創(chuàng)、海信寬帶、光迅科技市場份額提升，分列3、4、5名。2021年收購了Finisar的II-VI市場份額12%排名第一；中際旭創(chuàng)份額11%排名第二，與龍頭差距進一步縮小；海信寬帶和光迅科技市場份額均為約8%，列三、四名，思科7%市場份額排名第五。根據(jù)Lightcounting公布數(shù)據(jù)，2021年中際旭創(chuàng)光模塊出貨量與II-VI并列第一。依據(jù)另一大光通信領(lǐng)域權(quán)威第三方研究公司Lightcounting數(shù)據(jù)，2021年中際旭創(chuàng)光模塊市場份額已追平II-VI，并列第一。華為、海信寬帶、新易盛、光迅科技分列2、4、6、7位；前十大廠商中中國廠商數(shù)量由2010年的1家（WTD武漢電信器件有限公司）增至2021年的5家，已經(jīng)占據(jù)半壁江山，光通信領(lǐng)域中國企業(yè)競爭優(yōu)勢不斷體現(xiàn)，市場份額持續(xù)提升。國內(nèi)光模塊公司世界領(lǐng)先，率先受益AIGC需求，業(yè)績有望較快反轉(zhuǎn)。從數(shù)通市場光通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游來看，僅光模塊領(lǐng)域中國企業(yè)具備較高市場份額和國際競爭力。在以InP襯底平臺的光通信產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底、外延、組件制造由國外AXT、II-VI、Lumentum、博通等公司主導(dǎo)。中國企業(yè)在光模塊行業(yè)具備顯著優(yōu)勢。其中中際旭創(chuàng)、華工正源專注于模塊生產(chǎn)，而新易盛、光迅科技同時從事組件生產(chǎn)。隨著AIGC催化下大模型訓(xùn)練競賽開展，我國光模塊、光器件、光芯片等光通信公司將深度受益AI帶來的增量需求。其中光模塊公司世界競爭優(yōu)勢明顯，直接供貨北美云廠商，業(yè)績率先受益；光芯片公司則有望突破高端光芯片，逐步實現(xiàn)。3.重點公司分析3.1.中際旭創(chuàng)：數(shù)通光模塊龍頭，率先受益北美云廠商AI增量需求數(shù)通市場光模塊龍頭，深度受益AI增量需求。據(jù)Lightcounting數(shù)據(jù)，公司2021年全球光模塊市場份額與II-VI并列第一。此外Omdia報告也顯示，公司2021年市場份額10%高居第二，且份額提升最多，市占率提升超1%，主要系200G、400G光模塊產(chǎn)品向云廠商數(shù)據(jù)中心供貨量增加。在AI大模型浪潮下，公司作為數(shù)通市場光模塊龍頭企業(yè)，有望率先供貨享受AI帶來的市場增量，同時公司于泰國設(shè)立工廠，針對性保障海外客戶交付需求，有望維持業(yè)績快速增長，持續(xù)提升市場份額。800G光模塊實現(xiàn)量產(chǎn)出貨，供貨節(jié)奏走在市場前列。公司具備800GOSFP和800GQSFP-DD兩種產(chǎn)品，且均包括4×200和8×100架構(gòu)以及硅光短距離傳輸方案，產(chǎn)品布局較早成熟度高。根據(jù)公司投資者互動平臺最新披露，公司800G硅光模塊已經(jīng)量產(chǎn)出貨并持續(xù)上量中。進一步印證公司龍頭地位，800G光模塊訂單落地出貨有望為公司帶來新一輪高速增長動能。3.2.新易盛：并購?fù)庋硬季止韫?，高速光模塊領(lǐng)域快速成長800G光模塊小批量出貨，高速光模塊領(lǐng)域發(fā)力市場份額快速提升。公司成功推出OSFP-DD800G光模塊和OSFP800G光模塊等800G產(chǎn)品，且已實現(xiàn)向客戶的小批量出貨，向高速光模塊領(lǐng)域的升級轉(zhuǎn)型進度不斷拓展，高速率光模塊收入占比持續(xù)提升，將充分受益AI數(shù)據(jù)中心帶來的增量需求。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，公司2020年市場份額排名第11；而2021年根據(jù)lightcounting數(shù)據(jù)，2021年公司市場份額排名第7，市場份額快速提升，成效顯著。收購Alpine深化全球布局，擴充產(chǎn)品矩陣提高核心競爭力。2022年公司完成對海外參股公司Alpine收購，進一步提升公司在硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技術(shù)領(lǐng)域競爭力。此外公司還推出了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器技術(shù)的800G光模塊產(chǎn)品、低功耗400GQSFP-DDDR4光模塊以及400GZR/ZR+相干光模塊等多個產(chǎn)品，產(chǎn)品矩陣完善，覆蓋光通信下游各行業(yè)領(lǐng)域，有望在高速率光器件行業(yè)持續(xù)提升品牌優(yōu)勢和影響力，進一步提升市場份額。3.3.源杰科技：國產(chǎn)光芯片領(lǐng)軍企業(yè)深度耕耘激光器芯片領(lǐng)域，IDM模式全流程自主可控。公司主營產(chǎn)品為2.5G、10G、25G及更高速率激光器芯片，主要應(yīng)用于光纖接入、移動通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心等場景。經(jīng)多年耕耘公司已成功建立成熟的IDM全流程業(yè)務(wù)體系，更適用于注重工藝成熟、穩(wěn)定及可靠性的激光器芯片領(lǐng)域，同時芯片設(shè)計與晶圓制造過程聯(lián)系更加緊密，反饋測試周期