从光通信谈光器件（光通信行业研究）

（报告出品方/作者：海通证券，余伟民、夏凡）

1. 光通信核心组件，产能逐步东移

光器件：光电信号转换核心组件

光通信器件主要指应用在光通信领域，利用光电转换效应制成的具备各种功能的光电子器件。光通信器件是光通信产业的重要组成部分，其性能主导着光通信网络的升级换代。光模块工作在OSI模型的物理层，是光纤通信系统中的核心器件之一。它主要由光电子器件（光发射器、光接收器）、功能电路和光接口等部分组成，主要作用就是实现光纤通信中的光电转换和电光转换功能。

根据驱动类型，光通信器件可分为光有源器件和光无源器件。光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏；光无源器件是光通信系统中需要消耗一定的能量、具有一定功能而没有光-电或电-光转换功能的器件，是光传输系统的关节。不同组件在集成光器件中承担不同任务，根据器件的具体功能可分为发送接收器件、波分复用器件、增益放大器件、开关交换器件及系统管理器件等。

产业格局：芯片工艺壁垒高，下游应用分布广泛

光器件位于光通信产业链中游，上游包括光芯片、电芯片、光组件等，产业链下游是光通信设备商，最终客户方面，传统客户包括了 2B 侧电信市场的大型运营商和数通市场的云计算巨头。光模块产品所需原材料主要为光器件、电路芯片、PCB以及结构件等。其中，光器件的成本占比最高，在73%左右。光器件主要由 TOSA(以激光器为主的发射组件)、ROSA(以探测器为主的接收组件)、尾纤等组成，其中TOSA占到了光器件总成本的48%;ROSA占到了光器件总成本的32%。

产业格局：垂直整合加剧，上游芯片器件资本加持明显

全球光通信产业上游并购规模热度不减，产业链各环节龙头的垂直整合也在进一步加剧（II-IV收购Finisar，博创科技、剑桥科技、光库科技并购海外资产）。

受全产业升级的带动影响，产业各环节在投融资方面均有增长。整体来看，2018-2020年市场交易规模总量稳步上升且主要集中在芯片和器件的产业环节。

中国市场：2010年至今飞速发展

2001年，中国加入WTO，海外光器件厂商开始将光学元件的生产转移到中国。此后，国内企业开始了学习和自主创新，国内涌现了多家光器件厂商。据Lightcounting统计，2010-2021年间，光模块厂商全球前10排名中，中国厂商的数量由1家升至了5家，中国光模块市场飞速发展。2010年，中国光器件供应商的销售额超过5亿美元，到2018年增长至30亿美元。

中国市场：上游亟需突破，下游替代优势渐显

我们认为，近年来我国光通信厂商快速崛起，但上游芯片端依然由海外厂商主导。核心芯片自制能力是光通信行业亟待解决的问题，因此，近年来国内芯片国产化率飞速发展。据2018年工信部发布的《中国光电子器件技术发展路线图（2018- 2022 年）》，到 2022 年，预计国内中低端光电子芯片的国产化率超过 60％、高端光电子芯片国产化率突破 20％。

2. 下游应用驱动强劲，数通市场景气向上

下游应用驱动市场加速扩张

据 Lightcounting 预测，光模块的市场规模在未来 5 年将以 CAGR14%保持增长，2026 年预计达到 176亿美元。受益于数据中心建设、5G 网络深入布局，中国光模块市场也有望进一步增长，Yole 预测，2022年中国光模块市场规模有望达 33 亿美元，同比增长 22%。电信侧市场，CWDM/DWDM未来将成为主要驱动力，据源杰科技招股书援引Lightcounting，预计 2025年电信市场规模将达33.55亿美元。

光通信器件应用：5G承载&固网接入&数通

按下游应用领域划分，光通信器件主要应用于电信市场和数据通信（无线固网接入）市场。据 Lightcounting预测，2020-2026年，数通市场将由53亿美元增长至151亿美元，CAGR达19%；电信市场将由43亿美元增长至58亿美元，CAGR为5%，数据通信市场的增长将成为光模块市场的主要驱动力。在电信市场，根据速率和传输距离不同，网络主要分为接入网，城域网以及骨干网，其中接入网包括固网接入以及无线接入。

光模块应用场景：5G承载&固网接入&数通

5G承载网络一般分为城域接入层、城域汇聚层、城域核心层／省内干线，实现 5G业务的前传和中回传功能，其中各层设备之间主要依赖光模块实现互连。

“宽带中国”推动光纤网络建设。FTTx 光纤接入是全球光模块用量最多的场景之一，而我国是 FTTx 市场的主要推动者。受制于电通信电子器件的带宽限制、损耗较大、功耗较高等，运营商逐步替换铜线网络为光纤网络。PON 技术是实现 FTTx 的最佳技术方案之一，当前主流的 EPON/GPON 技术采用 1.25G/2.5G 光芯片，并向 10G 光芯片过渡。

数据中心架构中，服务器间的连接、交换机间的连接、服务器与交换机间的连接都需要光模块、光纤跳线等传输载体来实现数据的互通。随着云计算、大数据、超高清视频、人工智能、5G行业应用等快速发展，网络访问频率和接入手段不断增加，网络数据流量迅猛增长，对数据中心互连提出更高挑战。

数通市场：东数西算政策加码，云计算景气向上

2022年云产业链需求将维持景气增长，且云产业链发展流量增长为赛道长期趋势，结合不同环节产业特征及表现，建议重点关注网络设备、上游重要零部件等板块。22Q1，北美主要云厂商（亚马逊、谷歌、微软、META）合计资本开支同比 29%、环比持平；根据Dell'Oro Group预计，2022年全球数据中心capex将同比 17%，其中超大规模数据中心资本开支预计同比 30%；BMC芯片厂商信骅22年4月营收继续同比 61%，连续8个月同比增幅超过30%。

数通市场：技术迭代升级，800G等高速模块未来将成主流

LightCounting 最新数据显示，以太网光模块的销售额在 2021 年达到 46 亿美元，同比增长 25%。未来随着 AI、元宇宙等新技术不断发展，以及网络流量长期保持持续增长，以太网光模块销售额也将保持较快增长并不断迭代升级。根据 Omdia 预测，未来几年随着带宽需求的不断提升，虽然 100、200、400 Gbit/s 光模块仍将保有最大的市场占有量，但是 800 Gbit/s 光模块将在 2023 年实现商用，在 2025 年实现规模部署。

3. 新技术日益完善，产业发力升级

产业升级趋势：相干技术市场下沉

数据中心光互联方案可根据其传输距离来选择两种支撑技术，一种是直接探测技术，另一种是相干探测技术。相干探测凭借着高容量、高信噪比等优势在城域网内的长距离 DCI 互联中得到广泛应用，而直接探测的应用场景更适合相对短距离互联。相干光模块一开始适用于传输距离大于 1000km 的骨干网，后来逐步下沉至传输距离为 100km 至 1000km 的城域网，小于 100km 距离的边缘接入网，以及 80km 至 120km 的数据中心互联领域（DCI ）。在数通领域，相干技术已成为数据中心互联的主流方案。

产业升级趋势：硅光方案性能优越

通信用光电子正从分离器件向集成化方向加速发展。传统通信用光器件主要基于 III-V 族半导体材料研制，近年来在尺寸、成本、功耗以及“与电芯片一体化”等方面面临挑战。硅基光电子集成技术（简称“硅光技术”）是光子集成的重要方向。其基于硅材料，并借鉴大规模集成电路工艺中已成熟的 CMOS 工艺进行光器件制造，具有低成本、低功耗、微小尺寸和“与集成电路工艺一体化”的优势。

硅基光芯片这一概念最早在上个世纪 90 年代初被提出，诞生伊始主要瞄准在芯片内部以光互连取代电互连。然而，受工艺和设计上的限制，在早期很长一段时间内该技术并没有获得足够的关注和投入。直到 2004 年，Intel 研制出第一款 1Gb/s 速率的硅光调制器之后，人们才看到硅芯片中 “光进铜退”的可能性。其后，在 IBM、康奈尔大学、贝尔实验室、 MIT 等单位共同推动下，硅光芯片工作速率在 2013 年左右达到了 50Gb/s，首次超越当时主流的光电子器件。

产业升级趋势：硅光发展取得突破，放量可期

虽然鉴于良率和损耗问题，硅光模块方案的整体优势尚不明显，但在超 400G 的短距场景、相干光场景中，硅光模块的低成本优势或许会使得其成为数据中心网络向 400G 升级的主流产品。

根据中际旭创援引 Lightcounting 的预测，全球硅光模块市场将在 2026 年达到近 80 亿美元，有望占到一半的市场份额，与传统可插拔光模块平分市场。2021 年至 2026 年硅光模块整体累计规模将接近 300 亿美元。

产业升级趋势：光电共封装技术助力高速模块升级

光电共封装（CPO）指的是交换 ASIC 芯片和硅光引擎（光学器件）在同一高速主板上协同封装，从而降低信号衰减、降低系统功耗、降低成本和实现高度集成。根据中际旭创援引 Lightcounting ，CPO 技术最大的应用场景可能不在交换 ASIC 领域，而是在 HPC 和 AI 簇领域的CPU、GPU 以及 TPU 市场。到 2026 年，HPC 和 AI 簇预计成为 CPO 光器件最大的市场。CPO 出货量预计将从 800G 和 1.6T 端口开始，于 2024 至 2025 年开始商用，2026 至 2027 年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。可插拔设备将在未来5年甚至更长时间内继续主导市场，而在2027年，CPO端口将占总800G和1.6T端口的近30%。

产业升级趋势：薄膜铌酸锂调制器成长可期

体材料铌酸锂调制器几十年来虽然在高速骨干网的传输调制中起到关键作用，但在传输速率进一步提升的关键参数上遭遇瓶颈，而且体积较大，不利于集成。新一代薄膜铌酸锂调制器芯片技术通过最新的微纳工艺，制备出的薄膜铌酸锂调制器具有高性能、低成本、小尺寸、可批量化生产、且与CMOS工艺兼容等优点，是未来高速光互连极具竞争力的解决方案。

4. 重点公司分析

华工科技：校企改革龙头，垂直整合优势渐显

华工正源是华工科技的光通信业务子公司，其解决方案覆盖传输网、接入网、数据中心和无线网。华工正源自2021年实现400G全系列批量交付后，产品迅速向高端领域迭代。截至2022年4月1日，数据中心光模块已进入6家知名互联网企业。公司从芯片到器件、模块、子系统的垂直整合优势进一步凸显。推出自主研制的400G硅光芯片，800G硅光芯片样品也将推出。

中际旭创：光模块国际龙头，海外市场出货高增

保持营收稳定增长的同时，中际旭创的全球排名也得以稳固。在Lightcounting 2021年发布的光模块厂商排名中，中际旭创位居全球第二，根据Omdia数据，中际旭创2021年市场占比约为10%，其中第四季度的市占率高达12%。在前十大厂商中，中际旭创在2021年市场份额提升得最多，主要原因为公司向云厂商数据中心提供的200G和400G 产品的销售量大幅增加。

新易盛：致力垂直整合，硅光相干技术持续投入

公司产品涵盖5G前传、中传、回传的25G、50G、100G、200G系列光模块产品并实现批量交付，可批量交付运用于数据中心市场的100G、200G、400G高速光模块、目前已成功推出800G光模块产品系列组合、基于硅光解决方案的400G光模块产品及400G ZR/ZR 相干光模块。根据讯石光通讯网，2022年光通信领域国际性盛会OFC上，新易盛演示了下一代800G光模块产品，产品基于薄膜铌酸锂 (TFLN) 调制器技术，具有更低功耗。  公司致力于围绕主业实施垂直整合，收购了境外参股公司Alpine Optoelectronics, Inc。通过本次收购

天孚通信：平台化无源光器件领导者，发力车载雷达等新领域

公司定位光器件整体解决方案提供商，自成立以来始终专注于高速光器件产品的研发、生产和销售，产品形态包括多种材料工艺的无源器件和多种技术平台的有源封装，为全球光网络提供优质连接，产品应用领域包括骨干网、城域网、接入网、企业网及全球数据中心。公司无源器件及ODM有源封装下游主要客户覆盖光纤连接、光收发模块和激光雷达等厂商。

报告节选：

从光通信谈光器件（光通信行业研究）(1)