前言：光模塊(Optical Module)是光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游核心環(huán)節(jié)，由光電子器件、功能電路和光接口等組成，主要功能是實現(xiàn)光電信號的相互轉換。ChatGPT的橫空出世，AI模型參數(shù)實現(xiàn)了百倍提升，算力和數(shù)據(jù)需求迎來了爆發(fā)式增長，將為光模塊需求帶來千萬量級增量，光模塊產(chǎn)業(yè)將迎風起航。Lightcounting預測，全球光模塊市場規(guī)模將在2026年達到176億美元，2021年至2026年CAGR為13.85%，國內(nèi)光芯片技術落后國外2個代系，中高端國產(chǎn)替代任重道遠。

【資料圖】

一、光模塊介紹

1.1 什么是光模塊

要了解光模塊(Optical Module)，優(yōu)先需要了解光通信。光通信是以光信號為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)，通過電光轉換，以光信號進行傳輸信息的系統(tǒng)。簡單的說，在通信過程中，傳輸用的是光，走在光纖上，但信息在發(fā)射、接收端不能用光，需要用電，這樣在發(fā)射與接收端，就需要進行光與電的轉換，而這個光與電的轉換，就屬于光模塊的功能了。

光模塊在光通信領域中的位置

光模塊(Optical Module)是光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游核心環(huán)節(jié)，由光電子器件、功能電路和光接口等組成，主要功能是實現(xiàn)光電信號的相互轉換。從光模塊的內(nèi)部結構看，有接口、電路板、激光器和探測器。激光器是光信號的發(fā)射端，在這里電信號會被轉換成光信號，耦合進光纖發(fā)射出去。探測器是光信號的接收端，這里接收到的光信號會被轉換成電信號。

光模塊的內(nèi)部結構

1.2光模塊的應用場景

光模塊的應用非常廣泛，主要應用場景可以分為三大塊:1）數(shù)據(jù)中心；2）無線回傳；3）電信傳輸。

首先是數(shù)通領域。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)的光收發(fā)模塊需求從25/100G向200/400G/800提升，數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)帶動中長距離、高速率光收發(fā)模塊及光傳輸子系統(tǒng)的需求。

數(shù)據(jù)中心建設對光模塊的需求

數(shù)據(jù)來源：德科立招股說明書

其次是無線回傳。5G網(wǎng)絡前傳主要使用10G、25G光收發(fā)模塊，中傳主要使用50G、100G、200G光收發(fā)模塊，回傳主要使用100G、200G、400G光收發(fā)模塊。

5G網(wǎng)絡建設對光模塊的需求

數(shù)據(jù)來源：德科立招股說明書

最后是電信傳輸。電信光傳輸網(wǎng)絡主要包括骨工網(wǎng)、城域網(wǎng)及寬帶接入網(wǎng)絡等細分領域。

電信傳輸網(wǎng)絡建設對光模塊的需求

數(shù)據(jù)來源：德科立招股說明書

1.3 AIGC革命拉動光模塊需求

ChatGPT的橫空出世，產(chǎn)品月活躍用戶在2個月內(nèi)突破上億，是史上月活用戶增長最快的消費者應用，有望引領新一輪技術革命，而ChatGPT技術背后是AI模型參數(shù)實現(xiàn)了百倍提升，訓練模型所需的算力和數(shù)據(jù)需求也迎來了爆發(fā)式增長。全球數(shù)據(jù)規(guī)模隨著AIGC的發(fā)展預計增速會持續(xù)提升，數(shù)據(jù)中心高速率光模塊市場相應將獲得較大增量市場。

全球數(shù)據(jù)規(guī)模(ZB)

數(shù)據(jù)來源：應用材料

根據(jù)中國計算機互連技術聯(lián)盟(CCITA)CPO標準及草根調(diào)研數(shù)據(jù)，云計算通用服務器所屬葉脊架構的交叉互聯(lián)網(wǎng)絡中上行、下行端口收斂比約為3:1，1臺服務器約需要4-6個光模塊，整體平均單價在1美金/GB左右；而AI服務器所用的A100、H100等GPU，需用200G以上的高速率光模塊8-10個/片，以下是參考英偉達GPU H100網(wǎng)絡架構，平均單個GPU大約可對應5個光模塊。

光模塊需求敏感性分析

數(shù)據(jù)來源：英偉達技術文檔，Trendforce

隨著AI大模型的普及，將為光模塊需求帶來千萬量級增量。根據(jù)LightCounting的統(tǒng)計，全球Top 5云廠商以太網(wǎng)光模塊市場體現(xiàn)出對高速率光模塊的偏好。2023年800G光模塊需求預計將進一步替代較低速率光模塊的份額，整體高速率光模塊用量和規(guī)格不斷提升，呈量價齊升之勢。

Top5云廠商以太網(wǎng)光模塊市場規(guī)模(百萬美元)

資料來源：LightCounting，神華研究院

二、光模塊行業(yè)分析

2.1光模塊發(fā)展現(xiàn)狀

（1）光模塊產(chǎn)業(yè)鏈

光模塊處在產(chǎn)業(yè)鏈中游，產(chǎn)業(yè)鏈的上游為電子元器件、PCB、光芯片、結構件等元器件供應商；產(chǎn)業(yè)鏈的下游為電信運營商和云計算數(shù)據(jù)中心運營商等客戶。

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈

光芯片是上游產(chǎn)業(yè)鏈核心器件，約占光模塊總成本的26%。功能上分類可以分為激光器芯片和探測器芯片。激光器芯片，按出光結構可進一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片，面發(fā)射芯片包括VCSEL芯片，邊發(fā)射芯片包括FP、DFB和EML芯片。探測器芯片，主要有PIN和APD兩類。

（2）光芯片：國產(chǎn)替代正當時

光芯片是光模塊的核心器件，附加價值量彈性很大。根據(jù)LightCounting數(shù)據(jù)測算，光芯片占光模塊市場比重從2018年約15%的水平到2025以后超過25%的水平，光芯片有望深度受益。

2018-2027E光芯片占光模塊市場比重

資料來源：LightCounting，神華研究院

全球市場來看，中國光芯片市場規(guī)模持續(xù)增加。根據(jù)ICC預測，2019-2024年中國光芯片廠商銷售規(guī)模占全球光芯片市場的比例將不斷提升。

2019-2024E中國光芯片占全球市場份額

資料來源：Modor Intelligence，神華研究院

光芯片國產(chǎn)替代正當時。光芯片領域國內(nèi)相比國外，技術上差距不小，基本上差了2個代系，中低端正在加速實現(xiàn)國產(chǎn)替代，而高端產(chǎn)品滲透率很低。目前我國光芯片企業(yè)已基本掌握2.5G及以下速率光芯片的核心技術，部分10G光芯片產(chǎn)品性能要求較高、難度較大，如10GVCSEL/EML激光器芯片等，國產(chǎn)化率不到40%；25G及以上光芯片方面，隨著5G建設推進我國光芯片廠商在應用于5G基站前傳光模塊的25GDFB激光器芯片有所突破，數(shù)據(jù)中心市場光模塊企業(yè)開始逐步使用國產(chǎn)廠商的25G DFB激光器芯片，2021年25G光芯片的國產(chǎn)化率約20%。但25G以上光芯片的國產(chǎn)化率仍較低，約為5%，目前仍以海外光芯片廠商為主。

2021年光芯片國產(chǎn)替代率

資料來源：源杰科技招股書，神華研究院

目前全球光模塊市場主要由美中日三國占據(jù)主導地位，2021年光模塊全球前十的生產(chǎn)商中有一半來自中國。隨著國內(nèi)下游模塊廠商海外業(yè)務的不斷拓展，光芯片可以跟隨光模塊出海，有望應用到海外大廠，國產(chǎn)光芯片發(fā)展前景廣闊。

光模塊全球前十生產(chǎn)商

資料來源：博創(chuàng)科技，神華研究院

（3）光模塊設備：市場空間可達315億元

光模塊的生產(chǎn)工藝主要包括貼片、耦合和測試。

生產(chǎn)工藝設備

資料來源：浙商證券

若光模塊均為新建產(chǎn)能生產(chǎn)，則2020年光模塊設備市場空間可達315億元。假如沒有新建產(chǎn)能，設備以四年折舊計算，光模塊設備市場空間約為80億元;

設備市場空間推演

資料來源:新益盛/德科利招股說明書，Lightcouting，神華研究院

假設條件:光模塊均為新建產(chǎn)能生產(chǎn)

高端市場相對集中，國外主要有Ficontec、Systech，國內(nèi)主要有鐳神技術、獵奇智能。低端市場競爭格局相對分散。

代表企業(yè)

2.2 光模塊技術發(fā)展趨勢

（1）光模塊市場發(fā)展空間廣闊

根據(jù)Lightcounting預測，全球光模塊市場規(guī)模將在2026年達到176億美元，2021年至2026年CAGR為13.85%。數(shù)通市場將占光模塊市場規(guī)模的主導地位，從2020年的55%提升至2026年的77%。主要原因是數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)所帶來的光模塊需求持續(xù)提升，同時電信市場5G建設趨于穩(wěn)定。

全球光模塊細分市場規(guī)模及預測

資料來源：Lightcounting，神華投資

數(shù)據(jù)中心因為流量爆發(fā)帶來的光模塊需求仍是目前光模塊發(fā)展核心驅動力。隨著AIGC的發(fā)展，國內(nèi)外大模型推理側數(shù)據(jù)量的快速上升，將進一步催化光模塊算力需求的大幅提升。

（2）800+G光模塊

自2019年，包括亞馬遜、谷歌等北美超大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連已經(jīng)開始商用部署400G光模塊，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心預計在2022年也將實現(xiàn)400G規(guī)模部署。數(shù)據(jù)中心交換芯片吞吐量在2023年預計將達到51.2T，2025年后將達到102.4T。更高速率的800G/1.6T光模塊將被逐漸需要。

數(shù)據(jù)中心交換芯片吞吐量持續(xù)提升

數(shù)據(jù)來源：中際旭創(chuàng)公告，神華研究院

低功耗的性能要求將驅動800G光模塊占比大幅提升。高速率模塊還具有相對較低的功耗，其中400G光模塊的早期功耗約為10-12W，預計長期功率在10W左右，而800G光模塊的功耗約為16W左右。

以太網(wǎng)光模塊銷售預測

數(shù)據(jù)來源：《5G承載與數(shù)據(jù)中心光模塊白皮書》，神華研究院

上市公司方面，中際旭創(chuàng)于2020年12月推出首個800G可插拔OSFP和QSFP-DD系列光模塊，并且2022年10月通過客戶認證。

國內(nèi)企業(yè)800G光模塊布局

數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)、公司公告，神華研究院

（3）硅光集成是光模塊未來的重要演進方向

硅光集成在峰值速度、能耗、成本等方面具備顯著優(yōu)勢。硅光子技術是基于硅和硅基襯底材料，利用現(xiàn)有CMOS工進行光器件開發(fā)和集成的新一代技術。磚光解決方案集成度高，同時在峰值速度、能耗，成本等方面均具有良好表現(xiàn)，因而是光模塊未來的重要發(fā)展方向之一。

硅光結構示意圖

數(shù)據(jù)來源：中際旭創(chuàng)公告，神華研究院

硅光模塊占比有望大幅提升。在超400G的短距場景、相干光場景中，硅光模塊的低成本優(yōu)勢或許會使得其成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡向 400G升級的主流產(chǎn)品。根據(jù) Lightcounting 的預測，全球硅光模塊市場將在 2026 年達到近80億美元，有望占到一半的市場份額。

硅光模塊的歷史銷售及預測

資料來源：Lightcounting，神華研究院

2019年開始國內(nèi)企業(yè)就開始布局硅光子技術，最早的是劍橋科技發(fā)布首個基于模擬CDR的200G FR4模塊，隨后亨通光電、新易盛、中際旭創(chuàng)等企業(yè)不同時間推出產(chǎn)品，但是整體上看都沒有量產(chǎn)。

國內(nèi)企業(yè)積極布局硅光子技術

資料來源：浙商證券，神華研究院

（4）終極形態(tài)：CPO

傳統(tǒng)的光學通信通常通過光纖連接不同的設備，而光模塊和電子芯片分別封裝在不同的封裝中，當光電轉換完成后，電信號要經(jīng)過一段距離才能傳輸?shù)浇粨Q機的ASIC芯片上。這種分離的方式在單通道速率達到200G甚至更高時會導致信號傳輸?shù)难舆t和功耗顯著增加。為了解決這個問題就需要把光電轉換模塊離ASIC芯片近一些，NPO是近封裝光學技術，即將光模塊和交換芯片在同一塊PCB基板上，但這種方式提升效率還不夠。

終極形態(tài)則是光電共封裝(Co-packaged Optics,CPO)技術，是直接把光電轉換模塊與ASIC芯片封裝在一起，搞成一個大芯片，以實現(xiàn)高速光通信和高性能電子處理的緊密集成，這樣電信號傳輸距離的問題就完美解決了。在CPO形態(tài)中，傳統(tǒng)的光模塊其實就不復存在了。在那顆大芯片里面，保留的只有光模塊中的光電轉換部分，所以業(yè)內(nèi)把CPO中的光電部分叫做“光引擎”。

光模塊技術升級圖

數(shù)據(jù)來源：《Co-packaged datacenter optics Opportunities and challenges》

LightCounting認為，CPO技術最大的應用場景是在HPC和A領域的CPU、GPU以及TPU市場。到2026年，HPC和A預計成為CPO光器件最大的市場。CPO出貨量預計將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量，2027年占比達到30%。

CPO出貨預測

資料來源：Lightcounting，神華研究院

國內(nèi)廠商在布局CPO技術的企業(yè)基本上與布局硅光技術一致，其中羅博特科已出貨CPO設備，博創(chuàng)科技在2023年推進數(shù)通800G硅光模塊、CPO產(chǎn)品及新型DWDM器件的試制及量產(chǎn)。

國內(nèi)廠商CPO布局

資料來源：各公司網(wǎng)站，神華研究院

三、主要上市企業(yè)

國內(nèi)光模塊企業(yè)的發(fā)展技術與國外差距不小，比如核心核心器件的光芯片領域，基本差了2個代系，中低端在加速實現(xiàn)國產(chǎn)替代，但是高端產(chǎn)品滲透率很低。隨著AI浪潮來襲，光模塊發(fā)展大幅提速，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心預計已經(jīng)在2022年實現(xiàn)400G規(guī)模部署，但是對于更高速率的800+G光模塊目前只有中際旭創(chuàng)推出，并且2022年底通過客戶認證。硅光集成技術路線是光模塊未來的重要演進方向，2019年開始國內(nèi)企業(yè)就開始布局，劍橋科技、亨通光電、新易盛、中際旭創(chuàng)等企業(yè)先后推出產(chǎn)品，但都沒有量產(chǎn)。CPO是光模塊的終極形態(tài)，多家企業(yè)紛紛布局，2023年博創(chuàng)科技推進CPO產(chǎn)品，但多數(shù)企業(yè)還處于研究階段，成熟及規(guī)模化應用尚需時日。

3.1中際旭創(chuàng)：光模塊龍頭，AI革命打開成長空間

公司是全球領先的數(shù)據(jù)中心光模塊供應商，主要致力于高端光通信收發(fā)模塊的研發(fā)、設計、封裝、測試和銷售，產(chǎn)品服務于云計算數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)通信、5G無線網(wǎng)絡、電信傳輸和固網(wǎng)接入等領域的國內(nèi)外客戶。根據(jù)市場權威機構LightCounting的報告，2017年、2018年，旭創(chuàng)科技連續(xù)兩年位列全球光模塊市場份額第二位；并預測有望在2020年排名全球光模塊市場份額第一位。

公司產(chǎn)品產(chǎn)品矩陣

數(shù)據(jù)來源：公司公告，神華研究院

公司在2019年就開始布局光模塊，400G/800G光模塊產(chǎn)能領先，海外產(chǎn)能協(xié)同，均領先于新易盛和劍橋科技。

中際旭創(chuàng)光模塊產(chǎn)能布局領先

數(shù)據(jù)來源：公司公告，神華研究院

2022年公司實現(xiàn)營業(yè)收入96.42億(YoY+25.29%)，歸母凈利潤12.24億(YoY+39.57%)；2023年一季度實現(xiàn)營收18.37億(YoY-12.04%)，歸母凈利潤2.50億(YoY+14.95%)。公司2022年營收利潤高增主因高毛利400G、200G等產(chǎn)品大規(guī)模出貨所致，2023Q1利潤逆勢增長主因產(chǎn)品結構變化、美元兌人民幣匯率同比增長、公司產(chǎn)品持續(xù)降本，帶來毛利率同比提升，帶來凈利潤增長。

營業(yè)收入及增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

歸母凈利潤及增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

3.2光迅科技：國內(nèi)最大的光通信器件廠商

公司是中國最大光通信器件供貨商，是目前中國唯一一家有能力對光電子器件進行系統(tǒng)性，戰(zhàn)略性研究開發(fā)的高科技企業(yè)，是中國光電子器件行業(yè)最具影響的實體之一。中興通訊、華為技術、烽火通信為代表的國內(nèi)通信系統(tǒng)設備廠商已成為公司穩(wěn)定的客戶。

公司主要產(chǎn)品

數(shù)據(jù)來源：公司官網(wǎng)，神華研究院

2022年全年實現(xiàn)營業(yè)收入69.12億元，同比增長6.56%，實現(xiàn)歸母凈利潤6.08億元，同比增長7.25%，實現(xiàn)扣非后歸母凈利潤5.46億元，同比增長16.16%。從23Q1單季度情況來看，實現(xiàn)營業(yè)收入12.68億元，同比下降25.92%，實現(xiàn)歸母凈利潤1.02億元，同比下降28.62%。固網(wǎng)接入&數(shù)通市場需求助力2022年業(yè)績穩(wěn)健增長，但23Q1受一季度行業(yè)傳統(tǒng)淡季及下游需求波動等因素影響，公司業(yè)績短期承壓。當前公司數(shù)通光模塊產(chǎn)品矩陣豐富，除了中低速產(chǎn)品外，還包含200G、400G、800G等高速光模塊產(chǎn)品，未來增長可期。

營業(yè)收入及其增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

歸母凈利潤及其增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

3.3源杰科技：國內(nèi)光芯片龍頭，產(chǎn)品升級打開成長空間

公司聚焦于光芯片行業(yè)，主營業(yè)務為光芯片的研發(fā)、設計、生產(chǎn)與銷售，主要產(chǎn)品包括2.5G、10G和25G及更高速率激光器芯片系列產(chǎn)品等，目前主要應用于光纖接入、4G/5G移動通信網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心等領域。

公司產(chǎn)品系列譜系

數(shù)據(jù)來源：源杰科技招股說明書，神華研究院

公司2022年實現(xiàn)營業(yè)收入2.83億元，同比上升21.89%，實現(xiàn)歸母凈利潤1億元，同比上升5.28%。收入結構方面，公司電信市場實現(xiàn)營業(yè)收入2.37億元，同比上升19.26%，主要原因是海內(nèi)外電信運營商持續(xù)加大10GPON網(wǎng)絡建設投入。公司數(shù)通市場及其他實現(xiàn)營收0.45億元，同比上升33.69%，主要原因是公司25GDFB激光器芯片實現(xiàn)批量出貨。公司2023Q1實現(xiàn)營業(yè)收入0.35億元，同比下降40.6%，實現(xiàn)歸母凈利潤0.12億元，同比下降49.68%，主要原因是一季度光纖接入、數(shù)據(jù)中心光芯片市場需求不佳。

營業(yè)收入及其增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

歸母凈利潤及其增速

數(shù)據(jù)來源：wind，神華研究院

四、總結

光模塊(Optical Module)是光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游核心環(huán)節(jié)，由光電子器件、功能電路和光接口等組成，主要功能是實現(xiàn)光電信號的相互轉換。它的應用場景主要在數(shù)據(jù)中心、無線回傳、電信傳輸。ChatGPT的橫空出世，AI模型參數(shù)實現(xiàn)了百倍提升，算力和數(shù)據(jù)需求迎來了爆發(fā)式增長，為光模塊需求帶來千萬量級增量。

光芯片國產(chǎn)替代正當時。光芯片是光模塊核心器件，約占光模塊總成本的26%，附加價值量彈性很大。光芯片領域國內(nèi)相比國外，技術上差距不小，基本上差了2個代系，中低端正在加速實現(xiàn)國產(chǎn)替代，而高端產(chǎn)品滲透率很低，如2.5G以下的核心技術已經(jīng)基本掌握，但是10GVCSEL/EML等芯片國產(chǎn)化率不超過40%，25G的國產(chǎn)替代率約為20%，25G以上的光芯片國產(chǎn)化率僅有約5%，國產(chǎn)替代任重道遠。

光模塊發(fā)展空間廣闊。根據(jù)Lightcounting預測，全球光模塊市場規(guī)模將在2026年達到176億美元，2021年至2026年CAGR為13.85%，隨著AIGC的發(fā)展，國內(nèi)外大模型推理側數(shù)據(jù)量的快速上升，將進一步催化光模塊算力需求的大幅提升。目前來看未來演進方向主要有：1）更高速率的800+G光模塊，2）硅光集成，3）終極形態(tài)CPO。

當前在AI浪潮下，國內(nèi)企業(yè)紛紛布局光模塊前沿技術。國內(nèi)數(shù)據(jù)中心已經(jīng)在2022年實現(xiàn)400G規(guī)模部署，但是對于更高速率的800+G光模塊目前只有中際旭創(chuàng)領先推出。硅光集成技術路線是光模塊未來的重要演進方向，CPO是光模塊的終極形態(tài)，目前劍橋科技、亨通光電、新易盛、中際旭創(chuàng)等企業(yè)先后推出產(chǎn)品，特別是CPO基數(shù)，多數(shù)企業(yè)還處于研究階段，成熟及規(guī)?；瘧蒙行钑r日。

總之，ChatGPT的橫空出世，AI浪潮已經(jīng)勢不可擋，隨著國內(nèi)外大模型推理側數(shù)據(jù)量的快速上升，光模塊算力需求將大幅上升，中長期來看必定帶動光模塊產(chǎn)業(yè)揚帆起航。但是在技術發(fā)展趨勢上，硅光集成、CPO都處于研究布局階段，整體上都未能達到量產(chǎn)化，當前A股市場更多是概念炒作，中長期看可以關注光模塊龍頭中際旭創(chuàng)(300308)，國內(nèi)最大光通信器件廠商光迅科技(002281)，國內(nèi)光芯片龍頭源杰科技(688498)。

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