聚焦光模塊產業鏈：雲拓邊界，光通未來

▌光通信:數據流量增長，行業持續景氣

光通信是信息網路的核心技術，預計未來五年行業持續景氣。

近年來大數據、雲計算、5G、物聯網以及人工智慧等應用市場快速發展。根據工信部數據，「十三五」期間(2016年-2020年)，全球移動用戶數將突破72億，移動互聯網用戶數超過40億，全球年數據流量複合年均增長率約23%。

流量增長驅數據中心投資爆發，據CBRE統計，2017年北美數據中心投資200億美金，同比增長接近200%。

光通信產業包括光通信器件(包含晶元)、光纖光纜、光整機設備。

應用領域主要為電信市場(運營商為主)和數據通信市場(大型互聯網公司、企業用戶)。

其中光晶元及上游材料競爭行業壁壘較高，高端晶元主要由美國等海外廠商壟斷;光器件涉及設計和製造多個環節，近幾年逐步呈現出向成本優勢地區遷移，中國廠商在無源器件已經佔據一定份額，有源器件近幾年加速趨勢明顯;整體設備中興、華為、烽火等已經在全球具備差異優勢。

光通信器件(包含晶元)全球百億美元市場規模，預計未來幾年持續成長。

根據Ovum數據，2016年全球光通信器件市場規模達到96億美元，電信市場和數據通信市場對光通信器件需求保持增長趨勢，接入網市場需求趨於平穩。

2017年底工信部發布《光電子器件技術路線圖》，指出高端光通信器件落後已經成為制約我國信息產業發展瓶頸，建議國家加大對光器件研發資金支持，提高核心器件國產化率，培育具有國際競爭力的光通信龍頭。

▌光器件:全球產業鏈協作，中國力量崛起

光晶元:技術壁壘最高，國內亟待突破。

光晶元是模塊中價值量最集中的環節，在光模塊中成本佔比30%-50%，高端產品中佔比甚至能夠達到50%-70%。

國外大廠佔據高端光晶元90%以上市場份額，可以說目前被美、日廠商壟斷;國內光晶元廠商以10G及以下產品為主，核心技術能力亟待突破。

目前國內具有成熟光晶元製造能力的廠商主要有光迅科技、昂納科技、海信寬頻(未上市)。

光器件:產品種類繁多，參與全球競爭。

根據是否需要外加能源驅動可分為光有源器件、光無源器件;包括激光器、檢測器、放大器、分路器、耦合器、連接器等多個品類，每個品類又存在繁多的型號。

目前中國光器件廠商佔據全球約15%市場份額，無源的競爭力相對較高，主要廠商有光迅科技、昂納科技、天孚通信等。

光模塊:需求快速迭代，中國力量崛起。

10G以下速率光模塊方面，國內廠家已經完成了從晶元到模塊的國產替代;10G/25G/40G/100G光模塊方面，光迅科技、中際旭創、海信寬頻、華工正源等國內廠家已經實現全系列產品的覆蓋，模塊設計能力和封裝工藝成熟;400G光模塊方面，中際旭創、光迅科技、海信寬頻、新易盛均已在OFC2018推出樣品及解決方案。

目前中國光模塊廠商佔據全球超20%市場份額，主要廠商有中際旭創、光迅科技、新易盛、昂納科技、海信寬頻(未上市)等。

光模塊:產品迭代加速，高速需求提升

光模塊核心組件是OSA。信息網路主要以光纖作為傳輸介質，但目前計算、分析還必須基於電信號，光模塊是實現光電轉換的核心器件。

光模塊的核心組件有光適配器(Receptacle)、TOSA(光發射次模塊)/ROSA(光接收次模塊)或BOSA(光收發一體模塊)、電晶元，另外還包括透鏡、分路器、合束器等無源器件及外圍電路。

在發射端:電信號通過TOSA轉換為光信號，再由光適配器輸入到光纖;

在接收端:光纖中的光信號通過光適配器被ROSA接收並轉變成電信號，並輸送到計算單元進行處理。

(1)光適配器由陶瓷插芯、開口陶瓷套筒、金屬件組成，用於光纖與OSA器件的連接。

(2)TOSA封裝構件包括:LDTO-Can(發射管芯，核心為LD即激光器)、封焊管體、陶瓷插芯、陶瓷套管、適配器、調節環，用於實現電信號轉化成光信號。

(3)ROSA封裝構件包括:PDTO-Can(接收管芯，核心器件為PD即光探測器)、塑封適配器、封焊管體、金屬適配器、閉口套筒，用於實現光信號轉化成電信號。其中，LD、PD也就是通常意義上的光晶元。

光模塊速率提升趨勢顯著，迭代加速。

單波長通信系統用光模塊發射和接收波長分別為850nm、1310nm和1550nm三個傳輸窗口，其中850nm適合短距離多模傳輸，1310nm適合中等距離傳輸，1550nm適合長距離傳輸。

相對於單波長的通信系統，波分復用(WDM)技術能成倍增加網路帶寬，因而得到廣泛的應用。

目前固定寬頻接入市場適用1G及以下、2.5G、4.25G;LTE無線基站前傳適用6G、10G;承載和傳輸(城域/骨幹)適用40G、100G、400G;數據中心適用40G、100G光模塊。

隨著流量增長和技術升級，各類場景對光模塊速率要求。

▌雲計算逐漸滲透，100G放量，400G布局

雲計算推動超大規模數據中心加速建設。根據思科，全球超大型數據中心數量預計由2016年的338個增長至2021年的628個，2016-2021CARG13%。

2021年全球超大型數據中心佔比為53%，將有85%的公有雲伺服器安裝於超大型數據中心，超大型數據中心將承擔87%的公有雲工作負載。

內部流量佔比7成，速率提升需求明顯。數據中心流量可按照連接類型分為三類:

(1)數據中心到用戶，由訪問雲服務進行瀏覽網頁、收發電子郵件和視頻流等終端用戶行為產生;

(2)數據中心互聯，主要用於數據複製、軟體和系統升級;

(3)數據中心內部，主要用於信息的存儲、生成和挖掘。根據思科預測，全球數據中心流量將由2016年的6819EB增長至2021年的20555EB，CAGR23%。

由數據中心內部流量和數據中心互聯流量組成的東西向流量(East-WestTraffic，橫向流量)占數據中心總流量約85%。

100G出貨量爆發，CWDM4成為主流

100G已經成為海外雲計算數據中心主流。數據流量持續增長，數據中心大型化、扁平化趨勢推動光模塊向兩方面發展:傳輸速率需求升級、數量需求增長。

目前全球數據中心光模塊需求已經10/40G光模塊向100G光模塊更迭。

根據全球光器件龍頭OCLARO，2016年起，Amazon、Google等北美一線雲服務提供商伺服器埠開始由10G向25G升級，葉、脊交換機埠由40G向100G升級，預計2018年開始部署200/400G產品。

國內廠商方面，阿里雲宣傳2018將成為100G光模塊大規模應用元年，預計2019年進行400G光模塊的升級。

2017年全球100G放量，高端光模塊價值凸顯。

根據LightCounting，2016年全球100G光模塊銷售額達到11.5億美元，相比2015年的4.6億美元，同比增長150%;2016年全球100G光模塊的出貨量約100萬隻，其中QSFP28光模塊出貨量超過70萬隻。2017年H1，全球100GQSFP28光模塊出貨量達100萬隻，全年大約400萬隻。

2015年全球高端光模塊(40G及以上)市場規模為43億美元，預計2021年市場規模達156億美元，2015~2021年CAGR24%;其中，100G光模塊市場規模預計由2015年的34億美元增長至2021年的119億美元，2015~2021年CAGR23%

CWDM4逐漸成為主流，100G硅光影響有限。

數據中心大型化趨勢導致傳輸距離需求提升，多模光纖的傳輸距離受限於信號速率的提升，預計將逐漸被單模光纖代替。

另外，光纖鏈路成本由光模塊和光纖兩部分組成，PSM4光纖使用量是CWDM4的4倍，當鏈路的距離較長時PSM4方案成本更高。

Intel提出了100G硅光方案，但前期主要是PSM4，在轉向CWDM4的過程中產品良率方面還存在較大障礙，硅光在100G的影響有限。

400G逐漸成熟，2019年有望規模應用美數據中心高速化和大型化的發展方向，光模塊採購也將向高端化演變。

根據LightCounting，大型互聯網公司需求明確，預計2018年下半年開始應用。

Amazon、Google等北美一線ICP公司預計2018年開始部署400G產品，2019年逐步放量。國內廠商2015年全球200/400G光模塊市場規模為1億美元，2021年市場規模達到34億美元，2015-2021CARG141%。

OSFP標準由Google、Arista主推，預計2018H2量產。

「O」代表著「八進位(Octal)」，意為OSFP光模塊使用8個50G通道來實現400GbE;「SFP」代表著「小型可插拔規格」。OSFPMSA(多源協議組織)包括中際旭創、Google、Arista、光迅科技、AAOI、華為、Intel、Lumentum、Oclaro等48家公司。

QSFP-DD標準由Cisco、Facebook等主推，由於DSP的限制預計2019年量產。

QSFP-DD光模塊使用2個200GQSFP56並行通道實現400GbE;每個200GQSFP56通道由4×50G信號組成。OSFPMSA(多源協議組織)由Cisco、博通、華為、Finisar、AAOI、Intel、Juniper、Lumentum、Luxtera、Mellanox、Molex、Oclaro、TEConnectivity等52家企業組成。QSFP規格是業界40G和100G光模塊的主流介面標準，因此QSFP-DD具有向後兼容性，可以實現平滑升級。

目前中際旭創、思科、Oclaro等廠商均已推出樣品。

400G研發進展順利，龍頭公司保持領先。OFC2018期間，多個光模塊廠商展示了400G設計或者樣品。其中:QSFP-DD展出廠商有中際旭創、新易盛、昂納科技、Finisar、AOI等11家，OSFP展出廠商有中際旭創、海信寬頻、Mellanox等3家，中際旭創是同時具備OSFP和QSFP-DD的核心廠商。

根據HeavyReading對於46家主流光模塊廠商的市場調查，目前已有32%的受訪公司表示已經少量出貨400G光模塊，另有14%的受訪公司表示將在未來半年或一年內出貨400G光模塊。

▌產業加速迭代，中國企業迎來趕超機遇

技術升級:硅光有望在400G中等距離實現突破

硅光器件具有低功耗、高集成優勢。硅光主要只指在硅基上製作光通信器件，在工程場景下，大部分無源器件都可以用硅作為材料，但是激光器、放大器仍舊需要基於III-V族半導體。

與傳統光器件相比，理論上硅光具備以下優勢:

1) 成本低:硅基材料成本低，可利用CMOS在集成電路領域的投資、設施和工藝，大幅提高光器件製造工藝水平，進一步降低成本;

2) 功耗低:硅基材料阻抗低，器件驅動電壓低，降低能耗;

3) 集成度高:硅基材料及技術可以提供光子和電子的統一製造平台，為晶元級光電集成提供途徑，進一步減小系統設備的成本和尺寸。

硅光模塊進入產業化穩步推進階段。

Intel基於未來全光計算考慮，成為硅光發展的重要推動力，2016年提出100G光模塊產品，硅光正式進入產業化應用階段。

目前，硅光模塊影響力較大的廠商有intel、mellanox、Luxtera、TeraXion等，國內光迅科技、中國電科也在開展硅光研究和產業化。

針對硅光模塊的替代影響，目前業界普遍看法是:100G方面，硅光子技術對PSM4產品有一定影響;到400G，硅光在中等距離(500M)應用具有顯著優勢，短距將以VCSEL為主，長距離需要採用EML。

Intel和Luxtera的硅光模塊已規模出貨。2016年，Intel公布其100GPSM4QSFP28光模塊實現量產，2017年研發CWDM4、CLR4的硅光模塊，預計2018-2019年推出400G光模塊產品。

Luxtera主要基於PSM4路線，2015年Luxtera推出100GPSM4QSFP28光模LUX42604以及100GPSM4硅光子晶元LUX22604;2017年，Luxtera出貨業界首款2×100GPSM4硅光嵌入式模塊。

▌行業整合:晶元併購活躍，模塊產能向中國轉移

行業併購活躍，整合高端晶元器件能力。Avago、NeoPhotonics等國際廠商通過併購完善技術與業務拓展，鞏固上游高端光晶元能力，把控光模塊產業豐厚利潤點。

2018年3月Lumentum(全球No.2)宣布擬以18億美元併購Oclaro(全球No.3)，若交易成功兩者營收規模有望超過Finisar成為行業第一。

國內光迅科技、昂納科技、海信寬頻等通過自研和併購等方式，也具備了一定光晶元能力。

全球化協作凸顯，光模塊製造向國內轉移。由於中國具有成熟的代工體系以及人力成本的相對優勢，Finisar、AAOI等國外廠商均在中國設有工廠。

國內廠商方面，以中際旭創、新易盛為代表的公司擴大產能，較低的製造成本成為差異化優勢之一。

新易盛募投光模塊生產線項目穩步推進，完成後可使產能從2016年的413萬隻/每年提高到643萬隻/每年;中際旭創通過增發股份募集資金擴大產能，完成後將新增年產光模塊共計530萬隻的生產能力，另外投資銅陵項目預計2018下半年逐步啟動生產。

雲計算數據中心建設對無源器件也有拉動作用，一方面數量有明顯增長，另外對產品專業集成、快速適配要求提升。

昂納科技、天孚通信、太辰光均針對數據中心推出無源線纜、透鏡、波分復用/解復用等產品。

▌政策推動:鼓勵國產自主，提升高端競爭力

國家政策支持信息光電子發展。2017年底工信部發布《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018-2022年)》，指出核心、高端光電子器件落後已經成為制約我國信息產業發展瓶頸。

目前25Gb/s的高速率光晶元國產化率僅3%左右，供應主要依賴美國、日本廠商。

政策要求在2022年中低端光電子晶元的國產化率超過60%，高端光電子晶元國產化率突破20%。

核心競爭力1:掌握光晶元能力，構建「護城河」。

光晶元在模塊中無論是技術壁壘還是產業價值都佔據重要位置。

光晶元是限制光模塊供貨能力的主要因素，下游大客戶對產品快速交付能力要求高，擁有自主晶元廠商能夠確保產品供貨速率。毛利率方面，由於光晶元佔據模塊約30~70%左右成本，上下游垂直一體化的廠商能獲取更高的毛利率。

海外Finisar、Lumentum等具備完整的晶元+模塊能力;目前國內具備光晶元能力的廠商主要有光迅科技、昂納科技、海信寬頻。

核心競爭力2:服務主流客戶，產品快速迭代。

雲計算數據中心下遊客戶高度集中，已進入主流客戶供應體系光模塊廠商具備相當銷售規模，可以有效分攤研發成本，確保毛利率水平。

國外AAOI在40G周期服務北美主流客戶，最新100G產品也具有領先優勢;國內典型公司如中際旭創，與谷歌合作順暢能力獲得認可，2018年已經擴展獲取亞馬遜、facebook等主流雲計算廠商訂單。

另外昂納科技、光迅科技、海信寬頻也與互聯網公司或者通信設備廠商具有一定良好合作基礎，博創科技為關聯方KAIAM提供OSA。

報告來源：中信證券 分析師：鄭澤科

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