光模塊行業(yè)研究報告：人工智能提振增長空間光模塊開啟新周期

研究報告6月1日人工智能提振增長空間，光模塊開啟新周期——光模塊行業(yè)研究報告分析師：劉京昭SAC編號：S0870523040005◆光模塊市場持續(xù)演進(jìn)，海外云廠商占據(jù)重要地位光模塊市場經(jīng)歷多年演進(jìn)，形成了數(shù)通市場規(guī)模大于電信市場的格局。其中，海外云廠商對數(shù)通市場的持續(xù)增長貢獻(xiàn)較大。海外云廠商的需求直接影響光模塊廠商對上游的議價情況，進(jìn)而對光模塊行業(yè)整體毛利率產(chǎn)生影響?！粜袠I(yè)龍頭綁定下游優(yōu)質(zhì)客戶，國內(nèi)廠商市占率持續(xù)突破下游云廠商自建云基礎(chǔ)設(shè)施的過程中，旭創(chuàng)、Finisar、新易盛等行業(yè)頭部公司與谷歌、亞馬遜、微軟等優(yōu)質(zhì)客戶建立了較強(qiáng)的綁定關(guān)系，結(jié)合自身技術(shù)能力及產(chǎn)品驗證情況，形成了一定的壁壘。此外，國內(nèi)廠商市占率也不斷提升—2022年光模塊市場份額前十的公司，國內(nèi)廠商占據(jù)五席?！羧斯ぶ悄苣Ｐ陀?xùn)練和推理算力需求攀升，擴(kuò)大光模塊市場增長空間近期人工智能大模型持續(xù)落地，催化了市場對人工智能板塊的關(guān)注。隨著模型訓(xùn)練和推理的算力需求不斷增長，與高性能的服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配套的高速光模塊需求也同步攀升，促使下游云廠商和設(shè)備商持續(xù)增加800G光模塊訂單?？紤]到1.6T光模塊尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，不同于100G和400G光模塊，800G光模塊的出貨量將更長期處于高位水平。未來十二個月內(nèi)，維持通信行業(yè)“增持”評級。風(fēng)險提示：新技術(shù)落地和商業(yè)化不及預(yù)期；下游需求不及預(yù)期；行業(yè)競爭加??；國際形勢變化等。2100.0080.0060.0040.0020.00行情回顧：從中際旭創(chuàng)看光模塊行情演繹100.0080.0060.0040.0020.00中際旭創(chuàng)行情回顧(單位：元)XXXX17.39XG數(shù)通市場需求攀升G新0.00iFinDAI需求攀升對800G光模塊出貨量的影響？3Content爭格局：國內(nèi)頭部廠商占據(jù)行業(yè)龍頭地位險提示業(yè)：什么是光模塊◆光模塊在光纖通信中用于電信號和光信號之間的互相轉(zhuǎn)換，在發(fā)送端實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，在接收端實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換?！粲捎趹?yīng)用場景中傳輸距離、帶寬、適配光纖等存在差異，光模塊的封裝方式近年來快速迭代，促進(jìn)了差異化定制的發(fā)展?！艄庑酒枪饽K的核心組件，主要功能是產(chǎn)生持續(xù)的激光束，驅(qū)動其他的硅光子器件。隨著傳輸速率的增加，光芯片在光模塊成本中的占比逐漸增大。圖2光模塊結(jié)構(gòu)示意圖(以SFP封裝為例)光芯片成本占比高端光模塊中端光模塊低端光模塊0%10%20%30%40%50%60%資料來源：頭豹研究院《2022年中國光模塊行業(yè)研究報告(獨(dú)占5業(yè)：產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作關(guān)系明顯◆光模塊行業(yè)以按訂單生產(chǎn)模式為主：行業(yè)的上游主要是光芯片、集成電路芯片、結(jié)構(gòu)件和PCB行業(yè)，下游客戶主要是云廠商、通信系統(tǒng)設(shè)備商和通信運(yùn)營商。光模塊行業(yè)通常根據(jù)下游客戶需求制定生產(chǎn)計劃，再根據(jù)生產(chǎn)計劃提前向上游供應(yīng)商采購原材料，上下游存在協(xié)作關(guān)系?！羯舷掠渭卸容^高：上游中高速率光芯片供應(yīng)商和下游云廠商、通信運(yùn)營商客戶集中度較高，上下游均有一定的議價能力，頭部公司的采購量較大，具備一定的上游議價能力，降低了其采購成本，體現(xiàn)出較高的毛利率。游6業(yè)：上游中高速率光芯片國產(chǎn)化率待提高◆光芯片細(xì)分品類多，EML突破高速限制：激光器芯片中，包括VCSEL芯片，以及FP、DFB和EML等邊發(fā)射芯片。其中，EML激光器芯片將DFB與電吸收調(diào)制器芯片技術(shù)進(jìn)行集成，以此突破高速限制?！糁懈咚俾使庑酒膰a(chǎn)化替代正在進(jìn)行時：25G光芯片國產(chǎn)化率近年來有所提高，但25G以上光芯片的國產(chǎn)化率仍有較大的上升空間，目前中高速率光芯片的供應(yīng)以海外光芯片廠商為主。100G光模塊主要使用4顆25GDFB激光器芯片方案或1顆50GEML激光器芯片方案(PAM4調(diào)制)。200G及以上速率光模塊主要使用的EML激光器芯片方案，國產(chǎn)化率較低。25G以上25G10G2.5G及以下100%80%60%40%20%0%201920202021E2201920202021E2022E2024E資料來源：ICC，源杰科技招股說明書，上海證券研究所7◆CPO技術(shù)：使用射頻基板做交換芯片和光引擎的共同封裝，優(yōu)點(diǎn)是能夠降低電信號的高頻損耗，但無法進(jìn)行熱插拔，在一定程度上影響設(shè)備的維修性?！鬖PO技術(shù)：基于線性驅(qū)動芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)可插拔光模塊，線性度更優(yōu)，整體上降低系統(tǒng)功耗，并移除DSP?！艄韫饧夹g(shù)：采用激光束代替電子信號傳輸數(shù)據(jù)，將光學(xué)器件與電子元件整合在微芯片上，提升芯片間的傳輸速率?！舯∧も壦徜囌{(diào)制器：具有體積小、帶寬高、半波電壓低的優(yōu)點(diǎn)，與硅光技術(shù)結(jié)合能夠有效提升光模塊的性價比。CPO器件和電子元件進(jìn)行整合圖9鈮酸鋰直接光電系數(shù)較磷化銦高(單位：pm/V)3530252050硅磷化銦鈮酸鋰硅磷化銦8：數(shù)通市場份額高于電信市場◆光模塊主要有以下應(yīng)用場景：連接器、FibreChannel、以太網(wǎng)、CWDM/DWDM、有線接入、無線接入?！舾鶕?jù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行劃分，主要有數(shù)通市場(Datacom)和電信市場(Telecom)。根據(jù)Yole預(yù)測，數(shù)通市場、電信市場預(yù)計將在2027年分別達(dá)到168億美元和79億美元的市場規(guī)模，CAGR預(yù)計分別為19%和8%?！粢蕴W(wǎng)場景對中高速率光模塊需求量大，預(yù)計以太網(wǎng)場景下對400G/800G的需求將持續(xù)增長，且可能以400G與800G光模型同步導(dǎo)入的方式進(jìn)行。圖10光模塊細(xì)分應(yīng)用圖11數(shù)通市場規(guī)模長期超越電信市場(單位：億美元)圖12光模塊行業(yè)營收預(yù)測(單位：億美元)60504030200 20172018201920202021202250%40%30%20%%0%-20%資料來源：頭豹研究院《2022中國光模塊行業(yè)研究報告(獨(dú)占資料來源：頭豹研究院《2022中國光模塊行業(yè)研究報告(獨(dú)占究所9二、市場：高性能AI數(shù)據(jù)中心帶動800G光模塊需求◆數(shù)通市場與下游算力和流量需求強(qiáng)相關(guān)：光模塊與規(guī)劃建設(shè)的數(shù)據(jù)中心總算力以及流量規(guī)模相關(guān)。目前線上辦公等場景的使用量逐步減少，但人工智能新技術(shù)落地和商業(yè)化帶來的增長空間仍對未來的算力和流量需求有持續(xù)的支撐?！艉Ｍ庠茝S商在云基礎(chǔ)設(shè)施方面較國內(nèi)云廠商投入大：2022年微軟、谷歌、亞馬遜等海外云廠商在包括光模塊在內(nèi)的云基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域較國內(nèi)云廠商投入大，也從側(cè)面反映了海外云廠商對光模塊市場的影響力?！?00G光模塊的周期與400G/100G的不同點(diǎn)：目前人工智能模型訓(xùn)練量快速增長，催生高性能AI服務(wù)器集群的建設(shè)需求，而集群內(nèi)部通信對800G光模塊存在確定性需求。我們認(rèn)為：1.6T光模塊尚未量產(chǎn)，下一代高性能計算設(shè)備對通信帶寬的要求使云廠商無法回避對800G的采購需求，從而使800G較400G和100G更長時間處于采購的高位水平。圖13海外云廠商在云基礎(chǔ)設(shè)施上投入大(單位：億美元)圖14人工智能模型訓(xùn)練所需算力仍在攀升2022年云廠商基礎(chǔ)設(shè)施投入2895億美元23%35%%%4%0%AmazonMicrosoftAzureGoogleAlibabaCloudHuaweiCloudTecentCloudBaiduAICloudOthers 25%NVIDIA究所NVIDIA究所NVIDIANVIDIA究所◆目的：測算明年(2024年)由AI模型訓(xùn)練直接產(chǎn)生的800G光模塊需求?！艚Y(jié)論:2024年800G光模塊出貨量空間大概率在290-430萬塊。◆核心假設(shè)：(1)假設(shè)800G光模塊技術(shù)成熟后，主要的AI計算設(shè)備廠商會對自身產(chǎn)品進(jìn)行升級。考慮到軟件層面CUDA架構(gòu)在AI模型訓(xùn)練中的不可替代性，我們直接以NVIDIA最新一代產(chǎn)品HGXH100和NVIDIAQuantum9700為原型，對升級后HGXHFatTreeHGXH0之后會部分使用4個800G光模塊，對應(yīng)的mGPCIeGenNVLINK(3)考慮到云基礎(chǔ)設(shè)施投資集中在頭部的四家企業(yè)，以及大模型加速落地的迭代需求，我們假設(shè)：在2024年，四家企業(yè)在建的AI服務(wù)器集群，應(yīng)滿足同時訓(xùn)練4-6個GPT-4量級的大模型，且訓(xùn)練周期不大于14天?！魷y算過程：(1)以4層堆疊的HGXH100系統(tǒng)計算，1套以HGXH100為原型的下一代服務(wù)器平臺對應(yīng)127臺下一代服務(wù)器和64臺(2)根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，我們推算：GPT-4的Token數(shù)量為14000B，參數(shù)數(shù)量為650B；根據(jù)參考文獻(xiàn)[3][4][5]，我們TFLOPs代服務(wù)器平臺參與訓(xùn)練。(3)根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]中的半經(jīng)驗公式(4)，新建高性能AI數(shù)據(jù)中心所使用的800G光模塊，在滿足同時訓(xùn)練4個GPT-4◆參考資料：NVIDIA證券研究所NVIDIADGXSuperPODNextGenerationScalableInfrastructureforNVIDIA證券研究所omputeOptimalLargeLanguageModelsEfficientLargeScaleLanguageModelTrainingonGPUClustersUsingMegatron-LMNVIDIAATensorCoreGPUDatasheetNVIDIAHTensorCoreGPUDatasheetuageModelTrainingtoaTrillionParametersUsingMegatron：電信市場營收保持穩(wěn)健◆電信市場光模型的使用場景主要為：5G前傳、中傳和回傳，以及城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)和核心網(wǎng)的傳輸?！粑覈侨蜃畲蟮?G市場，近年來隨著5G基站建設(shè)逐步完善，5G基站新建數(shù)量的增長呈現(xiàn)穩(wěn)健增長的趨勢，也進(jìn)一步帶動光模型電信市場保持平穩(wěn)發(fā)展。◆三大運(yùn)營商資本開支穩(wěn)健，共建共享在一定程度上緩解了運(yùn)營商在資本開支上的壓力，但同時也相對降低了5G基站的建設(shè)數(shù)量預(yù)期。圖175G基站建設(shè)數(shù)量穩(wěn)健增長(單位：萬個)圖18三大運(yùn)營商資本開支穩(wěn)健(單位：億元)1200100080060040020005G基站保有量基站總保有量5G基站占比25%20%5%0%20192020202120224500400035003000250020001500100050002012201320142015201620172018201920202021202250%40%30%20%%0%-20%-30%-40%-50%*2019年5G基站保有量根據(jù)2020年存量數(shù)據(jù)推算爭格局：海外廠商聚焦上游，逐步退出光模塊行業(yè)◆國內(nèi)光模塊廠商從光模塊的封裝和測試業(yè)務(wù)起家，在十余年的時間里將業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展到光模型以及部分光芯片的研發(fā)、設(shè)計?！艚陙?，國內(nèi)光模塊廠商市占率大幅提高。截至2021年，全球前十大光模塊廠商中，國內(nèi)廠商占據(jù)五席。◆海外光模塊廠商通過一系列的收并購，逐步聚焦上游毛利率更高的光芯片行業(yè)。截至2021年，國內(nèi)廠商在光模塊行業(yè)的市場份額已經(jīng)從2010年的15%增長到超過50%。1前十大光模塊供應(yīng)商表2我國光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程排名排名2010201620182021時間具體內(nèi)容12FinisaropnextFinisaFinisarHisenseFinisaFinisarInnolightII-VI&Innolight(并列)2001年-2005年海外廠商將光模塊的封裝和測試轉(zhuǎn)移到國內(nèi)34SumitomoAvagoAccelinkAcaciaHisenseAccelinkHuaweiHuawei(HiSilicon)Cisco(Acacia)2000年-2015年國內(nèi)出現(xiàn)大量無源光元器件和光模塊廠商5SourcePhotonicsFOIT(Avago)FOIT(Avago)Hisense2010年至今國內(nèi)光模塊廠商市占率和銷售額不斷提高67FujitsuJDSUOclaroOclaroInnolightLumentum/OclaroAcaciaBroadcom(Avago)EoptolinEoptolink2017年至今國內(nèi)光模塊廠商發(fā)展制造激光器芯片、探測器芯片和硅光芯片8EmcoreSumitomotelAccelnk2017年至今國內(nèi)光模塊廠商更積極地參與標(biāo)準(zhǔn)和MSA的制定9WTDNeoPhotonicsLumentumSourcePhotonicsAOISumitomoMolexel到2035年我國有望轉(zhuǎn)變?yōu)楣馔ㄐ偶夹g(shù)的創(chuàng)新中心資料來源：LightCounting，上海證券研究所資料來源：LightCounting，上海證券研究所*標(biāo)黃的為國內(nèi)廠商、競爭格局：光器件領(lǐng)域技術(shù)壁壘分析◆封測領(lǐng)域存在技術(shù)壁壘：光器件封裝領(lǐng)域工藝環(huán)節(jié)較多，與常見的半導(dǎo)體封裝有所差異，特別是在貼片、打線、透鏡耦合等環(huán)節(jié)存在一定的技術(shù)壁壘，相關(guān)工藝的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品的良率或性能。◆產(chǎn)品的導(dǎo)入周期長不利于外部廠商進(jìn)入：光模塊產(chǎn)品的研發(fā)和導(dǎo)入客戶可分為方案設(shè)計、打樣驗證、小批量生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，樣驗證、小批量生產(chǎn)等環(huán)節(jié)耗時長，初次導(dǎo)入的廠商有額外的時間成本?！粢虼?，外部企業(yè)進(jìn)入光器件領(lǐng)域，或二線廠商進(jìn)入優(yōu)質(zhì)客戶供應(yīng)鏈，存在一定的壁壘和門檻。圖20光模塊封裝工藝流程相對復(fù)雜圖21光模塊行業(yè)產(chǎn)品導(dǎo)入周期較長資料來源：光纖在線，上海證券研究所資料來源：纖億通科技，上海證券研究所◆800G光模塊2023年起加速導(dǎo)入市場：行業(yè)龍頭在800G導(dǎo)入競爭中，處于領(lǐng)先位置，有望率先實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)?！?00G光模塊功耗較400G光模塊有所降低：比較以太網(wǎng)光模塊和相干光模塊，不考慮CPO封裝，可插拔的800G光模塊較400G光模塊均有明顯的功耗降低?！糁懈咚俾使饽K利潤率較高：中高速光模塊的單價和利潤率均顯著高于低速光模塊，若低速光模塊量價持續(xù)降低，而以800G光模塊為代表的高速光模塊持續(xù)放量，則利好行業(yè)頭部公司進(jìn)一步擴(kuò)大競爭優(yōu)勢。OFSPbitsGG耗上有優(yōu)勢(單位：pJ/bit)504030200800G6T3.800G6T3.2T資料來源：AristaNetworks(OFC2022)，上海證券研究所資料來源：菲魅通信，上海證券研究所)120.00100.0080.0060.0040.0020.000.00收盤價67.02X54.61X42.20X29.80X17.39XG即開啟階段一(2017-2019)G數(shù)通市場需求攀升階段三(2023年)G期即將開啟iFinD圖25北美TOP4云廠商CAPEX變化情況(單位：億美元)圖26中際旭創(chuàng)營業(yè)收入變化情況(億元)40%340%35%30%25%20%5004003002000400G放量100G放量20.030.000.0近五年P(guān)E分位數(shù)(%)近五年P(guān)E分位數(shù)(%)◆上游光芯片行業(yè)毛利率較高：從整體來看，上游光芯片廠商的毛利水平和凈利水平高于光模塊廠商，但國內(nèi)光芯片廠商的規(guī)模較光模塊廠商仍有差距。◆行業(yè)頭部公司的盈利能力較好：光模塊行業(yè)中，在毛利率指標(biāo)上，以中際旭創(chuàng)和新易盛為代表的行業(yè)龍頭較二線廠商有明顯優(yōu)勢，也從側(cè)面反映了行業(yè)龍頭對上下游的議價能力?！粜袠I(yè)集中度較高：對光模塊行業(yè)各公司光模塊業(yè)務(wù)的營收進(jìn)行比較，行業(yè)龍頭遠(yuǎn)超二線廠商，營收與出貨量成正相關(guān)，顯示行業(yè)有較強(qiáng)的集中度。2023Q1細(xì)分板塊股票簡稱營業(yè)收入歸母凈利潤ROE毛利率凈利率營業(yè)收入歸母凈利潤ROE毛利率凈利率PE-23PE-24源杰科技2.81.07.462%35%0.350.120.643%34%10275光芯片仕佳光子9.00.65.325%7%1.5-0.03-0.320%-2%5941天孚通信12.04.016.352%34%2.90.923.451%32%5542光芯片/光模塊光迅科技69.16.110.424%9%12.71.021.522%8%2824中際旭創(chuàng)96.412.210.429%13%18.42.502.130%13%5038新易盛33.19.020.637%27%6.01.082.234%18%3727光模塊華工科技120.19.111.619%7%26.63.083.721%12%2520博創(chuàng)科技14.71.912.119%13%3.90.372.114%9%2923劍橋科技37.91.79.319%5%10.70.713.623%7%----資料來源：iFinD，各公司公告，上海證券研究所◆公司專注于高端光通信收發(fā)模塊的研發(fā)、封測，為云數(shù)據(jù)中心客戶提供高速光模塊，為電信設(shè)備商客戶提供5G前傳、中傳和回傳光模塊以及骨干網(wǎng)和核心網(wǎng)傳輸光模塊，且高速光模塊產(chǎn)銷量遠(yuǎn)大于中低速光模塊產(chǎn)銷量?！粜駝?chuàng)科技核心團(tuán)隊有硅谷背景：多名創(chuàng)始團(tuán)隊核心成員有全球化的教育、工作經(jīng)歷?！艄狙邪l(fā)費(fèi)用處于行業(yè)領(lǐng)先地位：公司研發(fā)費(fèi)用長期保持在行業(yè)頭部，大幅領(lǐng)先于同行業(yè)其他公司，與公司專注于高端光模塊的定位相適應(yīng)。圖27旭創(chuàng)科技(9876543202019202020212022資料來源：InnoLight，上海證券研究所資料來源：iFinD，各公司公告，上海證券研究所◆公司2008年成立于成都，專注于數(shù)據(jù)中心、電信網(wǎng)絡(luò)、安防以及智能電網(wǎng)等行業(yè)的光模塊和光器件研發(fā)?！艄九c主要客戶綁定關(guān)系強(qiáng)：近五年，前五名客戶占公司營業(yè)收入比值均大于50%，且第一名客戶占公司營業(yè)收入比值長期大于20%，顯示出公司與主要客戶有長期穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系。◆公司控費(fèi)能力強(qiáng)，進(jìn)一步提升盈利能力：公司(銷售費(fèi)用+研發(fā)費(fèi)用)/營業(yè)收入指標(biāo)長期控制在光模塊行業(yè)其他公司之下，不僅小于二線廠商，也明顯小于其他行業(yè)頭部公司，顯示出公司極強(qiáng)的控費(fèi)能力。20%%20%%%5%0%60%50%40%30%20%%0%201820192020