光纖光纜行業專題報告:三大需求拉動,行業重迎增長機遇

2021-01-11 未來智庫

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1、光纖光纜行業概述:從繁榮到觸底反彈

1.1 2009-2018十年繁榮:需求顯著增長,產能大幅提升

光纖光纜產業發展源於每一代的通信建設。光纖光纜是傳統通信製造業,利用光的全反射原理,在由塑料或者玻璃製成的纖維之中傳輸信號,是當代社會信息傳輸的基礎。因此,每一代通信設施的建設會拉動光纖光纜需求,推動產業繁榮。

2009年-2018年行業經歷黃金十年,需求顯著增加。3G到4G時期網絡的迭代、基站的升級推升光纖光纜需求量,行業發展迎來黃金十年。其中,從2015年開始,受FTTX建設推動,光纖光纜需求進一步放量。CRU顯示,2015至2017年,我國光纖需求量分別為20000萬芯公裡、24000萬芯公裡、30000萬芯公裡,而其中中國移動需求量由6000餘萬芯公裡增加到15000萬芯公裡,用於接入網的建設,在較大程度上影響整體產業的需求。根據CRU的測算,國內光纜需求從2009年的0.6億芯公裡持續高速增長,至2017年達到將近3億芯公裡,年複合增長率高達19.58%。

黃金十年產業產能大幅提升。3G建設周期的開啟大幅增加光纖產量,由2009年的8427.8萬芯增加到2013年的22726.6萬芯千米,年複合增長率高達21.85%;2013年4G牌照下發,進一步催化市場供應,光纜產量於2015年見頂,達到34947.2萬芯千米,年複合增長率為24%,2017年迎來另一高峰,達34211.1萬芯千米,2015-2018年供給持續維持高位。

2009-2018十年間光纖價格經歷先跌後漲。隨著行業產能的增加,光纖集採價格從2009年至2015年進入下行趨勢,由82元/芯公裡下降至52元/芯公裡;2015年,運營商開始加速擴張光纖寬帶接入網,尤其在中國移動放量需求的刺激下,光纖光纜市場供需情況改變,光纖價格由2015年的52元/芯公裡上漲至2018年的65元/芯公裡,市場熱度再現。

估值衝高回落,修復可期。光纖光纜行業相較A股有較高的估值比價,屬於較高成長性產業。受益於3G、4G建設以及2015年牛市行情,行業自2011年至2015年估值持續上漲,隨後由於產能過剩以及市場逐步恢復理性調整至平均線以下。2019年行業估值為24.42倍,仍低於十年平均32.97倍,並較2018年有所回暖,隨著5G建設的推進,行業估值有較大修復空間。

1.2 後4G時期行業需求疲軟,但拐點已至

2019年光纖產業遇冷,但5G周期已帶來轉機。2019年光纖光纜量價皆出現下滑情況。用量方面,2019年中國移動普通光纜招標用量為1.05億芯公裡,同比下降4.5%。全年光纜產量為2.65億芯千米,較2018年大幅下滑16.45%。價格方面,中國移動招標結果顯示最終光纜價格區間為54.40-63.27元/芯公裡,而去年同期為110-120元/芯公裡區間,平均下滑50%;中國電信方面,室內光纜最低報價為71元/芯公裡,同比大幅下滑61%。我們認為造成產業遇冷的主要原因有二。需求端方面,4G建設進入尾聲,需求增長放緩,而彼時5G建設還未正式開啟,行業發展逐步進入空窗期。供給端方面,受前期3G、4G建設刺激,光纖光纜企業不斷增加產能。光纖需求的低迷和產能的不斷上漲導致產能需求比在2019年大幅上漲,供過於求。根據光電通信平臺以及知乎的統計顯示,2019年光纖的產能需求比已經超過1.8倍,供過於求程度較為嚴重,導致光纖價格大幅下跌,相比起2018年65元/芯公裡的價格,2019年估計僅有35元/芯公裡左右。2019年光纖光纜行業嚴重遇冷。但受益於5G建設步伐的加快,新基建政策的加碼、運營商資本開支增加,基站建設數量激增,預計1000萬站宏基站與逾1200萬站微基站將在5G周期內建成,結合國際市場需求,光纖光纜的需求有望提振。

2、三大需求拉動,行業逐步走出低迷

2.1 新基建支持5G及雲計算,利好光纖光纜行業

2.1.1 頂層政策定調,新基建重點支持高科技行業(略)

2.1.2 5G及IDC受益於新基建推進,光纖光纜行業景氣度得以提升

TMT行業成為新基建的核心,5G與數據中心發展將得到大力支持,提振光纖光纜需求。中證公司根據行業情況和政策內容修訂了中證新型基礎設施建設主題指數(新基建)與中證新型基礎設施建設50指數(新基建50)。其中,新基建指數前5大行業(申萬二級行業)分別是:計算機應用、通信設備、電子製造II、半導體、元件Ⅱ,合計佔比59.87%。新基建50指數前5大行業分別是:計算機應用、通信設備、電子製造II、元件Ⅱ,計算機設備Ⅱ,合計佔比63.45%。在兩隻指數中,TMT領域中的計算機、通信設備和電子均位列前三,是市場將其視為新基建主要組成部分的體現。在新基建,IDC產業會大量運用計算機,為滿足用戶訪問計算資源、存儲資源和網絡資源的需求;通信設備則主要應用於5G。資本的大量入場以及頂層政策的傾斜,新基所建涉及產業將得以快速發展,通信板塊在2020上半年加速進入高景氣發展階段,尤其是5G和IDC兩個產業領域。5G通信以及IDC架構信息傳輸是光纖光纜兩大主要應用場景,新基建的政策將自上而下傳導,率先利好產業鏈上遊產業,光纖光纜需求得以提振,扭轉2019年行業頹勢,並在中短期持續利好。

2.2 需求一:5G進入建設黃金期,通信網絡架構變化提振光纖需求

自2019年6月5G牌照正式發放以來,頂層政策不斷強調加快新型基礎設施建設。5G作為新基建的重要組成部分之一,將總共接受約7.5萬億元的投資。設備商及運營商在國內疫情得到控制後逐步發力,將5G建設大規模落地。行業利好將根據建設進度自上而下傳導,2020年屬於5G基礎設施發力建設的關鍵節點,5G產業鏈上遊將重點受益,光纖光纜是其中重要一環。

2.2.1 運營商資本開支顯著回暖,建設黃金期已至

三大運營商在3月公布今年資本開支計劃,中國移動、聯通、電信分別計劃開支1798億、700億以及850億,全年總額約3348億元,較去年大幅增長12%。自2018年,運營商資本開支已連續兩年增加,顯著回暖。5G牌照於去年正式發放,根據4G周期建設經驗來看,運營商將持續加碼5G建設,資本開支或在2021年底、2022年達到峰值。

5G建設方面,根據運營商年報披露,移動、聯通、電信2020年分別擬投資1000億、350億及453億,約合1800億元,相較2019年(240億、79億、93億)大幅提升。建設初期,上遊基礎設施率先落地,光纖光纜作為有線網傳輸介質,需求將得到大幅提振。

2.2.2 通信網絡架構變化激增光纖光纜需求

5G網絡搭建,基站先行,催化光纖光纜行業再繁榮。從我國頻譜的規劃來看,從3G到4G再到5G,使用的頻譜不斷向高頻迭代,其中3.5GHz為連續覆蓋頻段,26GHz和40GHz毫米波段則用於熱點核心區域的覆蓋。隨著通信使用頻率的提升,基站覆蓋面積隨之下降,覆蓋相同面積所需的基站數將大幅提升。根據市場需求和規劃,2020年,中國移動將獨立新建30萬座5G基站,聯通、電信將在前三季度聯合建造25萬座5G基站,預計全年三大運營商合計建設50-60萬站,比2019年增加近3倍,並按照「前期中頻宏基站覆蓋重點城市-中期中頻宏基站完成城鄉全覆蓋-後期毫米波小站覆蓋熱點地區」的路徑逐步落地。

邊緣計算的發展是光纖光纜需求的有效補充。邊緣計算與小基站方面。5G周期內網際網路流量將大幅上漲,對傳輸網以及IDC的數據處理及訪問的壓力巨大,邊緣計算能夠較好地解決這一問題。MEC可根據用戶需求將部分資源部署在網絡邊緣,提高用戶體驗感。另一方面,MEC可通過海量的網際網路數據及大數據分析,提高網絡智能化能力,從而衍生出新興的商業、服務模式,包括智能視頻加速、視頻流分析、VR/AR、密集計算輔助、企業網與運營商網絡協同、車聯網與IoT網關等。為幫助用戶落實生產生活網絡信息化,實現5G低延時、廣連接的功能,MEC發展勢在必行。假定小基站主要覆蓋高頻段,則需要建設相當於宏基站數量的8-12倍才可實現相同的覆蓋水平(使用Uma NCLOS方法),假設小基站覆蓋10%的區域,估計整體建設量將達到800-1200萬站。作為信息、數據傳輸媒介,宏基站與小基站的放量建設將在總量上提高對光纖光纜總需求。

從具體通信網絡角度來看,光纖光纜需求由三大部分組成。(1)接入網:主要為固定接入網,FTTH,將單獨在下一小節介紹;(2)承載網,用於整合接入網側數據及信息並傳輸,在前、中、回傳均有較大光纖光纜需求;(3)核心網,負責數據的集中處理和路由。

承載網方面,網絡新架構從前、中傳增加光纖需求。目前,5G基站的組成由傳統4G的「BBU+RRU」演變成「AAU+CU+DU」模式。模式中AAU與DU之間的傳輸為前傳,DU與CU之間為中傳,CU往上為回傳,其中前傳、中傳對光纖光纜需求產生積極影響。

光纖直連方案是前傳光纖需求的主要來源。目前前傳網絡解決方案主要包括光纖直連、無源WDM、WDM-PON、有源WDM等。由於其他方案存在著成本高昂、故障定位較難等問題,在5G前傳網絡解決方案中光纖直連方式仍是主流方案之一:即每個AAU與DU全部採用光纖點到點直連組網,增大光纖使用量。基站數量的激增與直連前傳方式的流行將刺雷射纖的有效需求。預計平均單個宏基站前傳光纖需求為2公裡,光纜芯數為48,中傳回傳所需光纖為0.5公裡,復用率為50%。

中傳方面,CU/DU集中部署方式可打開光纖需求新空間。為滿足5G不同場景速率以及延時性的需要,傳統基帶處理單元BBU分化為處理物理層協議和實施服務的DU以及處理非實時協議的CU。依據5G建設構想,AAU、CU、DU可以採取分離或者合設的方式,出現多種部署形態,包括①4G宏基站模式,CU/DU共硬體部署;②CU集中部署模式;③DU集中部署、CU高層次集中模式;④CU/DU共站集中部署。其中,CU集中部署以及DU/CU分別集中部署將在中傳環節增加對於光纖光纜需求。

傳輸網、核心網的建設與維護持續利好光纖光纜。城域網是傳輸網的重要組成部分,其核心接點之間的網絡結構主要為環網結構,主幹光纜需求較大,在建設時需要考慮5年的適用情況。核心層方面,用於連接城域網的核心接點,核心層光纜(匯聚機房與核心機房間)一般情況下大於等於96芯,匯聚層光纜則不低於48芯。兩大網絡的搭建雖基本成熟,但新網絡的建設以及舊網絡的更新維護將持續地維持光纖光纜行業部分需求。

2.3 需求二:國際FTTX+越洋通信發展,跨國業務增長潛力可期

FTTX指光纖到終端,是接入網重要組成部分,其中X代表光纖線路目的地。常見的場景為FTTH以及FTTO,即光纖直接到家庭以及光纖到辦公室。FTTX將光網絡單元安裝在住家用戶或企業用戶處,提供更大的帶寬,增強網絡對數據格式、速率、波長和協議的透明性,以實現更加快速與穩定的通信接入。

2.3.1 國內FTTX建設漸趨飽和,廠商關注點須向海外轉移

2015以來國內FTTH建設速度可觀,滲透率逐步飽和。根據中國產業信息網,光 纖光纜最大的需求端在於FTTH,估計達到光纖光纜總量的45 。從2015年起,FTTX建設得到運營商大力推進,FTTH/O埠數由2014年的1.63億個增加至2019年的8.36億個,年度複合增長率高達38.58 ,是光纖光纜的主要需求來源。

2.3.2 海外FTTX建設需求廣,光纖光纜新市場得以開拓

海外FTTX與4G建設空間廣闊,光纖光纜需求逐步向海外轉移。至2018年末全球4G的滲透率僅為40%,遠低於我國的76% 。全球多地區FTTX與4G/5G建設需求強烈。

國內光纖製造商競相發展海外業務。目前國內光纖光纜生產廠商主要客戶源於國內,隨著國內FTTX建設區域飽和,國際業務份額成為兵家必爭之地。2019年長飛光纖、亨通光電、通鼎互聯、中天科技四大光纖光纜製造商總營收為809億元,其中國際業務為159億元,佔比20 ,有較大上漲空間。具體來看,長飛光纖積極部署亞洲市場,在泰國、菲律賓、印尼、新加坡、香港設立子公司,並開始布局美國、秘魯、以色列以及非洲市場。亨通光電多點位部署,涉及歐洲荷蘭、西班牙、葡萄牙、俄羅斯, 亞太地區的澳洲、印尼、印度,並延伸至南非以及巴西。中天科技在亞洲涉足香港、泰國、印尼、印度,歐洲開拓俄羅斯、德國、摩洛哥市場,在南美發掘哥倫比亞及巴西的機會。受益於國際FTTX、4G/5G建設的推動,光纖光纜的海外需求增長潛力廣闊, 結合龍頭生產廠商海外分支機構逐步的設立,產業的海外發展空間得到有力開拓。

2.3.3 國際通信有效提振海纜需求

海底光纜是實現國際信息互聯和傳輸的有效途徑。國際光纜在國際通信中起到重要作用,隨著雲計算、大數據、物聯網等產業的快速發展,全球數據交換和連接迫在眉睫。全球IDC互聯以及通信、網絡互聯的需求提振國際光纜需求。而海底光纜由於具有高質量、高清晰度、大容量、安全性能好、性價比高等優點,成為國際光纜的主要形式。根據TeleGeography,目前全球95%以上的跨國數據傳輸通過海底光纜。海底光纜是傳輸能力和經濟性超越衛星通訊等技術手段,也是當前最主要的跨洲通信技術。

海底電纜的核心是由高純度光纖製作,通過內反射來引導光沿著光纖的路徑前進。在海底光纜的製作中,光纖首先會被嵌入在類似果凍的化合物中,保護即使在與海水接觸的情況下電纜也不會損壞。然後將光纜裝入鋼管中,防止水的壓力將其破壞。接下來將其包裹在整體強度極高的鋼絲之中,並套在銅管之中,最後套上聚乙烯材料的保護層。

帶寬升級需求與海纜替換周期推動海底光纜建設開啟成長新空間。我國網際網路出口帶寬以年均21%的速率增長,國內十三五規劃要求出口帶寬年符合增長近 40%, 計劃到2020年達到20Tbps,其中海纜承載70%的出口帶寬,「一帶一路」倡議已將海底光纜網絡定位為重要發展方向。到2021年全球海底光纜市場規模有望達到51.4億美元。目前,全球投入使用的海底光纜中,2000年前的投資佔40% ,根據海纜25年左右的使用周期推算,這些海底光纜已逐步進入周期末端,海底光纜進入到一個新舊更迭的過渡期。2019-2021年,共有五十五個海底光纜系統在全世界範圍內籌劃或建設, 估算將有35萬公裡的海底光纜需求。

目前我國擁有4個國際海纜登陸戰和9條國際海纜可實現國際網絡互連和通信, 但與美英等發達國家相比仍然存在較大的差距。根據中國信通院《中國國際光纜互聯互通白皮書》,美國海底光纜數量是中國的8倍,人均帶寬是中國的近10倍;英國方面, 海纜數量相當於中國的5倍有餘,人均寬帶是72倍;新加坡方面,海纜數量是我國兩倍多,人均帶寬則是中國的262倍。我國與美日歐相比,無論是海纜數量還是人均海底帶寬都很低,未來發展空間廣闊。目前中國企業在逐步打開歐洲、東南亞、非洲和南美洲的海纜市場,隨著成功項目不斷落地帶來的示範效應,以及一帶一路政策的推動,中國企業有望在全球海纜市場上佔據更重要份額。

2.4 需求三:雲計算持續火熱,多模光纖發展勢頭強勁

2.4.1 雲計算蓬勃發展,市場規模持續增長

我國雲計算規模持續上升,IaaS市場佔主要份額。2019年下半年我國公有雲服務市場規模達到69.6億美元,約合492.7億人民幣,其中IaaS同比增長60.9%,PaaS市場增速同比增長76.3%。由於我國雲計算市場處於相對初級階段,仍較為依賴計算、存儲等基礎資源,IaaS的雲服務形式佔據更多份額:2018年,公有雲IaaS市場規模達到270.4億元,以61.82%的比例佔據公有雲市場的主導地位。根據IDC估計,2019-2023 年中國公有雲IaaS市場將實現46 的年均複合增長率,到2023年將接近2087億元規模。

2.4.2 馬太效應顯著,龍頭企業良性競爭促市場繁榮

國內市場份額方面,馬太效應顯著。就IaaS+PaaS來看,2019下半年阿里、騰訊、中國電信、華為以及亞馬遜AWS佔據市場前五,共計市場份額的76.3%,馬太效應顯著。

雲計算產業頭部梯隊競爭激烈。目前國內雲計算市場呈現一超多強態勢,除了阿里雲持續佔據第一的位置,市場份額排名第二至第五位的企業所佔份額差距並不明顯,佔有5%至10% 左右,每年的排名變化亦十分明顯。如何加快產業部署以佔有市場份額將成為頭部梯隊企業的主要目標。

頭部競爭帶動雲計算市場繁榮。為進一步佔有市場份額,雲企業根據自身主營業務的特點因地制宜地加碼雲計算業務,將從兩個方面促進雲計算產業良性發展。一是市場競爭刺激大規模資本支出投入雲計算建設,目前國內雲計算兩大巨頭均表示將追加投資雲計算產業,阿里擬在三年內投資2000億用於數據中心建設和技術研發;騰訊則斥資5000億投入布局新基建,其中數據中心是關鍵建設環節。大規模資本投入有助於產業的擴張與建設的落地。二是市場競爭推動雲企業多角度布局應用場景,使下遊用戶切實享受雲計算的便利。騰訊雲在網際網路、遊戲、電商、民生等領域為用戶提供有效服務;天翼雲則深耕政企市場,並打開針對家庭的雲服務;華為雲在幫助企業上雲、以及物聯網雲服務方面進行發力。雲企業對於應用端的部署使雲計算與社會生產生活相融合,產業功能得以有效實現,市場得以繁榮。

2.4.3 雲計算發展催化IDC新型網絡架構流行,利好OM5多模光纖

我國網際網路流量保持快速增長,對雲計算承載能力提出高要求。2020年Q1,我國移動網際網路累計流量達到357億GB,同比增長39%。從趨勢上看,5G應用端、AI、工業網際網路在新基建的支持下有較大發展前景,疊加疫情期間線上辦公、線上教育與線上醫療等網絡場景的廣泛應用將大幅增加網絡流量,對雲計算的承載及運算能力提出高要求。

葉脊網絡架構或取代3-Tier傳統架構以應對海量計算需求。雲計算的運算、存儲、網絡的功能由數據中心實現。目前,數據中心受制於網絡架構的擴展及管理要求, 無法滿足網絡流量激增導致的需求。傳統以接入層、匯聚層和核心層為主要組成的3- Tier架構會使網絡壓力集中負載於核心交換機,無法有效適應網絡流量的需要,導致網絡連接不再便捷。因此,扁平化、無阻塞的葉脊架構或逐漸演化並替代3-Tier架構。葉脊結構主要有葉層交換機和脊層交換機組成。葉交換機保持轉發2層和3層的流量, 流量可分布在所有可用的連結上;脊交換機均衡分擔了網絡壓力。在接入層壓力劇增時,葉交換機可在接入層處理連接,脊交換機則保證在節點內任意兩個埠之間提供延遲低的無阻塞性能,從而較為便捷地接入雲平臺。

400G光電互聯方案漸成新寵。數據量的劇增對網絡架構的升級提出要求,其中最重要的一環是要保證新架構中的交換網絡設備轉發能力(以及埠密度)能夠滿足用戶的高速率需求。因此,光電互聯方案逐漸從100G轉化到400G。在IDC的光電互聯中, 交換機共有4種:ToR交換機、葉交換機脊交換機和核心交換機,目前每種連接都朝著更高速率的方向發展。

數據中心的內部連接青睞使用多模光纖。400G光電互聯方案中除了市場比較關注的光模塊,光連接也是重要的一環。要實現兩臺交換機的連接,首先需要將光模塊A的電口插進第一臺交換機的電口,將其電信號通過轉換成光信號,並將光模塊的另一端光接口與光纖連接器相連實現光信號傳輸,再依次將光纖連接器的另一端與第二臺交換機的光模塊B的光口相連,光模塊B的電口和第二臺交換機的電口連接,最終實現兩臺交換機之間的連接。雲計算的發展推動數據中心的建設,其內部連接的搭建將提高光纖連接器的需求。光纖連接器光纖模式分為單模和多模兩種,相比起單模光纖,多模光纖傳輸距離短,採用低成本、低功耗的雷射器,實現光纖和雷射器之間快速高效的耦合,更加適用於數據中心此類設施的短距離數據傳輸。

OM5多模光纖在400G時代應用潛力巨大。光通信中「OM」是指光模式,是多模光纖中表示光纖等級的標準,分為0M1至0M5。其中,OM1支持最大值為1GB的乙太網傳輸, OM3和OM4通常用於在數據中心的布線環境,支持10G/40G/100G高速乙太網的傳輸。OM5 則在0M4的基礎上拓寬帶寬通道,為100Gb/s和400Gb/s波長提供解決方案。OM5光纖主要具有三大優勢:(1)極強的擴展性。OM5光纖跳線可以將短波波分復用和並行傳輸技術結合在一起,並且只需要8芯寬帶多模光纖,就能夠支持200/400G乙太網應用;(2)有效降低建設運營成本。OM5光纖跳線借鑑了單模光纖的波分復用技術,延展了網絡傳輸時的可用波長範圍,能夠在1芯多模光纖上支持4個波長,很大程度上降低了網絡的布線成本;(3)在兼容性和互操作性方面優勢明顯。能夠和OM3光纖跳線和OM4光纖跳線一樣支持傳統應用,和傳統的OM3和OM4光纖跳線能夠完全兼容,互操作性極強。在400G時代,OM5多模光纖應用前景廣闊,即使在低速率設備向高速率設備升級迭代的過程中也能有不俗的表現。

2.5 光纖供給開始回暖,國產光棒生產格局百花齊放

光纖光纜產量回暖。根據國家統計局數據,雖然從2018年下半年開始光纖產量有所下滑,但5G發牌後產量有所回暖。今年年初由於疫情衝擊,3月產量有所萎縮, 但隨著企業復工復產,產量恢復情況良好。價格方面,根據中國移動2020-2021非骨架式袋裝光纜集採情況來看,總需求量為589.68萬芯公裡,不含稅限價為35326.63萬元,約為59.91元/芯公裡,相比2019年三十多元的價格已部分反彈,但仍處於相對低位。

主流廠商紛紛布局光棒賽道,市場供給增長空間較大。光纖預製棒是光纖光纜產業鏈中附加值最高的一環,隨著5G漸行漸近,頭部生產商紛紛加大光棒布局力度, 逐步釋放產能以應對市場新需求。長飛光纖開展潛江二期項目,預計帶動光棒年產能1500噸,帶動光纖產能2000萬芯公裡。通鼎互聯開展自主研發全合成光纖預製棒項目, 在2018年已投產,估計可新增光棒產能600噸/年。亨通光電開展新一代光纖預製棒擴能改造項目,於2018年中旬已完成投產,預估新增光棒800噸。富通鑫茂開展濟南光棒項目,估算可帶動500噸/年的光棒產能。龍頭企業已基本完成光纖光纜產能改造, 隨著光纖需求在5G周期的逐步回暖,供給增長空間可觀。

3、技術面:5G 建設周期促主流技術與產品迭代

光纖光纜屬於傳統通信製造業。其中,光纖是利用光的全反射原理,在由塑料或者玻璃製成的纖維之中傳輸信號的光傳導介質;光纜是一定數量的光纖按照一定方式組成纜芯,外包有護套或外護層,用以實現光信號傳輸的通信線路。光纖傳輸具有傳輸損耗低、頻帶寬、抗幹擾能力較強的特點,可廣泛應用到電信的接入網、承載網、核心網,以及數據中心內部互聯等場景,成為當代社會人際交流不可或缺的基礎設施。

光纜由纜芯和護套通組成:纜芯決定光纜的傳輸特性,根據所含有的光纖的數量可以分為單芯/多芯兩種。護套通由聚乙烯/聚氯乙烯和鋁帶/鋼帶組成,起到保護纜芯的作用,具有較好的抗壓能力、密封和防腐蝕的能力。

產業鏈方面,上遊光纖預製棒毛利率最高。光纖光纜產業鏈上遊為光纖預製棒, 通過四氯化鍺、四氯化矽、特種氣體等原材料製造,用於光纖的拉絲,毛利率約為50%; 中遊為光纖,光纖製造廠家使用光纖預製棒拉絲加工製造光纖,包括了使用塗料以及拉絲等步驟,毛利率大約為25%;下遊為光纜的製作,廠家對光纖進行護套成纜處理, 並最終銷售給應用端客戶,毛利率大約為6%。產業鏈中光纖預製棒成本在光纖中佔比達80%以上,光纖成本在光纜中佔比90% ,因此光纖預製棒的價格極大程度影響光纖光纜的價格走勢,產業鏈價值最高,毛利率最大,是主流製造廠商力爭的業務賽道。

3.1 光纖預製棒:PCVD技術或成主流,國內生產基本自主可控

3.1.1 光纖預製棒芯棒製造工藝共四種,PVCD技術符合市場發展趨勢

光纖預製棒在產業鏈中附加值高,得技術者得市場。光纖預製棒是光纖光纜產業鏈上遊產品,實為具有特定折射率剖面,用於製造光纖的石英玻璃棒,一般直徑為幾毫米至幾十毫米,是光纖工藝中最重要的部分,佔產業鏈利潤約70%,且技術門檻高、需要較大資本投入。

光纖預製棒生產工藝分兩步,棒芯生產為關鍵步驟。當前商業生產光纖預製棒已經發展成為「兩步法」,第一步為生產芯棒,第二部為在芯棒上附加外包層,製成預製棒。芯棒製造為關鍵步驟,共分為改進的化學汽相沉積法(MCVD:ModifiedChemical Vapour Deposition)、棒外化學汽相沉積法(OVD:Outside Chemical Vapour Deposition)、軸向汽相沉積法(VAD:Vapour phase Axial Deposition)、等離子體激活化學汽相沉積法(PCVD:Plasma activated Chemical Vapour Deposition)。

MCVD技術折射率控制較好,便於操作。MCVD工藝為朗訊等公司所採用的方法。MCVD工藝是一種以氫氧焰為熱源,發生在高純度石英玻璃管內進行的氣相沉積。MCVD 工藝的化學反應機理為高溫氧化。MCVD工藝是由沉積和成棒兩個工藝步驟組成。沉積是獲得設計要求的光纖芯折射率分布,成棒是將已沉積好的空心高純石英玻璃管熔縮成一根實心的光纖預製棒芯棒。現MCVD工藝採用大直徑合成石英玻璃管和外包技術,例如用火焰水解外包和等離子外包技術來製作大預製棒。這些外包技術彌補了傳統的MCVD工藝沉積速率低、幾何尺寸精度差的缺點,提高了質量、降低了成本,增強了MCVD工藝的競爭力。

OVD沉積速度快,生產率高,對原料純度要求低。OVD是1970年美國康寧公司的Kapron研發的簡捷工藝。OVD工藝的化學反應機理為火焰水解,即所需的芯玻璃組成是通過氫氧焰或甲烷焰中攜帶的氣態滷化物產生"粉末"逐漸地一層一層沉積而獲得 的。OVD工藝有沉積和燒結兩個具體工藝步驟:先按所設計的光纖折射分布要求進行多孔玻璃預製棒芯棒的沉積(預製棒生長方向是徑向由裡向外),再將沉積好的預製 棒芯棒進行燒結處理,除去殘留水份,以求製得一根透明無水份的光纖預製棒芯棒, OVD工藝最新的發展經歷從單噴燈沉積到多噴燈同時沉積,由一臺設備一次沉積一根棒到一臺設備一次沉積多根棒,從而大大提高了生產率,降低了成本。

VAD技術集成OVD優勢,生長方向由徑向改變為垂直向。VAD技術是1977年由日本電報電話公司的伊澤立男等人,為避免與康寧公司的OVD專利的糾紛所發明的連續工藝。VAD工藝的化學反應機理與OVD工藝相同,也是火焰水解。與OVD工藝不同的是, VAD工藝沉積獲得的預製棒的生長方向是由下向上垂直軸向生長的。燒結和沉積是在同一臺設備中不同空間同時完成的,即預製棒連續製造。VAD工藝的最新發展由上世紀70年代的芯、包同時沉積燒結,到上世紀80年代先沉積芯棒再套管的兩步法,再到上世紀90年代的粉塵外包層代替套管制成光纖預製棒。

PCVD折射率控制良好,原料利用率高。是1975年由荷蘭飛利浦公司的Koenings 提出的微波工藝。PCVD與MCVD的工藝相似之處是,它們都是在高純石英玻璃管內進行氣相沉積和高溫氧化反應。所不同之處是熱源和反應機理,PCVD工藝用的熱源是微波,其反應機理為微波激活氣體產生等離子使反應氣體電離,電離的反應氣體呈帶電離子。帶電離子重新結合時釋放出的熱能熔化氣態反應物形成透明的石英玻璃沉積薄層。PCVD工藝製備芯棒的工藝有兩個具體步驟,即沉積和成棒。沉積是藉助低壓等離子使流進高純石英玻璃沉積管內氣態滷化物和氧氣在大約1000℃的高溫下直接沉積成設計要求的光纖芯玻璃組成。成棒則是將沉積好的石英玻璃管移至成棒用的玻璃車床上,利用氫氧焰高溫作用將該管熔縮成實心的光纖預製棒芯棒。PCVD工藝的最新發展是採用大直徑合成石英玻璃管為沉積襯底管,沉積速率提高到了2~3g/min,沉積長度達到1.2~1.5m

VAD/OVD技術有助於成本控制,但5G周期或青睞PCVD技術。光纖預製棒是光纖光纜產業鏈中技術門檻最高,也是潛在利潤最大的部分,由於從2018年下半年產業開始遇冷,光纖光纜價格走低,控制預製棒成本是行業中各公司實現利潤的關鍵環節。VAD/OVD可提高光纖預製棒製造效率、對原材料純度要求低的特點,可有效降低生產成本,並有助於生產廠商實現成本優勢。而隨著5G的推進,光纖光纜需求將放量增加, PCVD因其具備折射率分布控制更精確以及加工靈活性更大的優勢,更符合市場發展需要,可抓住更多市場機遇,或成為5G周期主流光棒製造技術。

3.1.2 廠商積極布局光棒賽道,國內生產基本自給自足

3G/4G建設推動光纖光纜產業繁榮,提振光纖預製棒需求。2015年開始中國移動大力推進FTTX建設,光棒需求量逐年增加,生產廠商跟隨市場趨勢大力布局光棒賽道, 並逐年增加供給量,促使光棒自給率由2014年64%上漲至2018年91%,已基本實現自給自足。

長飛光纖產能領頭,龍頭產商技術各有側重。根據各主流生產產商公司公告顯示,長飛光纖光棒產能最高,達到2600噸,技術主要採用PCVD及VAD/OVD;亨通光電位居第二,產能為2300噸,主流技術採用VAD+OVD。頭部廠商大部分使用VAD+OVD技術, 成本控制為主要考量因素。

3.2 光纖:分七大子類,G.654.E量價齊升,將成5G「爆款」

根據國際電信聯盟ITU-T建議,通信光纖分為G.651-G.657七大類,其中G.651為多模光纖,G.652至G.657為單模光纖。

3.2.1 G.651光纖:多模光纖品類,應用於乙太網與區域網

光纖由纖芯、包層和塗覆層構成的。包層的直徑一般為125us,塗覆層的直徑一般為250us;而纖芯直徑並非固定,並由此產生了不同的傳輸性能。

G.651光纖可有效降低多模光纖模色散,增加寬帶,低衰減性能適用千兆乙太網。多模光纖的纖芯直徑一般為50um~100um,使得光信號在光纖內的傳輸有多種模式。當纖芯直徑變小時,光信號的傳輸模式也會變少,各傳輸模式間的幹擾變少; 當光纖的纖芯直徑小到一定值以下時,光信號的傳輸模式就只剩下了一種。相比起單模光纖, 多模光纖傳輸距離短,採用低成本、低功耗的雷射器,實現光纖和雷射器之間快速高效的耦合,更加適用於數據中心、區域網此類設施的短距離數據傳輸。

3.2.2 G.652/G.657光纖:零色散、低衰耗特性助推成應用主流

G.652 稱為非色散位移單模光纖,也稱為常規單模光纖。

小衰耗優勢推動G.652成為廣泛應用光纖,適用於光纖到戶、長途及城域網。影響光纖傳輸距離的最重要因素之一是衰耗,光纖的衰耗係數是和波長相關的。光纖在1310nm和1550nm處的衰耗較小。G.652光纖零色散(色散是指信號的不同頻率成份或不同的模式分量以不同的速度傳播,到達一定距離後產生的信號失真)波長在1310nm 處,在波長為1550nm處衰減最小,因此此類光纖既可選擇1310nm波長區域,又可選擇1550nm波長區域,但它的最佳工作波長在1310nm區域。G.652光纖得到廣泛應用,我國FTTX、長途以及城域網已鋪設的大部分為此類光纖。

G.652光纖分為4種子類別,D類為市場主流。G.652光纖按照特性分為A、B、C、D四種主要類別,分別在宏彎損耗、衰減係數、PMD係數上有區別。G.652.A支持10Gbit/s 系統傳輸距離可達400km,10Gbit/s乙太網的傳輸達40km,支持40Gbit/s系統的距離為2km。G.652.B型光纖,支持10Gbit/s系統傳輸距離可達3000km以上,40Gbit /s系統的傳輸距離為80km。G.652.C型光纖,基本屬性與G.652A相同,但在1550nm的衰減係數更低,而且消除了1380nm附近的水吸收峰,即系統可以在1360~1530nm波段工作。

G.652D型光纖的屬性與G.652B光纖基本相同,而衰減係數與G.652C光纖相同,即系統可以在1360~1530nm波段工作。G.652.D是所有G.652級別中指標最嚴格的,並且完全向下兼容,結構上與普通的G.652光纖基本相同,是目前最先進的城域網用非色散位移光纖,成為市場上主流使用品種。

G.657光纖是為了實現光纖到戶的目標,在G.652光纖的基礎上開發的最新的一個光纖品種。這類光纖最主要的特性是具有優異的耐彎曲特性,其彎曲半徑可達到常規G.652光纖的彎曲半徑的四分之一至二分之一。G.657光纖分A、B兩個子類,其中G.657A 型光纖的性能及其應用環境和G.652D型光纖相近,可以在1260~1625nm的寬波長範圍內工作;G.657B型光纖主要使用在1310nm、1550nm和1625nm3個波長窗口,更適用於實現FTTH的信息傳送、適合安裝在室內或大樓等狹窄的場所。

3.2.3 G.653/G.655/G.656光纖:受WDM應用影響,或逐漸淘汰

G.653光纖擬結合低衰耗及零色散,但不適用于波分復用。光通信系統速率提高之後,信號傳輸開始受到光纖色散影響,色散過大或可導致信號失真。由於單模光纖在1550nm處衰耗係數最小,但是色散係數較大,為規避信號失真,G.653型光纖應運而生,使其在1550底衰耗處色散係數為0。但是,色散係數為0的光纖不適合波分復用, 信息傳輸效率較低,很快退出歷史舞臺。

G.655光纖後期或僅用於長途線路的維護。為解決G.653光纖無法適用波分復用的問題,在1550nm處色散微小但不為零的光纖被研製,是為G.655型光纖。G.655光纖在1550nm波長附近衰耗最小、色散較小且不為0,可以用於WDM系統。該特徵促使G.655 光纖在2000年前後的20餘年內應用於長途幹線。但隨著色散補償技術的成熟,G.652 開始在長途幹線規模使用,G.655後期幾乎僅用於長途線路的維護。

S波段應用需求小,G.656光纖量產可能性低。G.655從衰耗特性來看,G.655光纖從1460nm~1625nm(S+C+L波段)的波長範圍都可以用於通信,但由於1530nm波長以下光纖的色散係數太小,不適合波分復用,所以G.655光纖的可使用波長範圍為1530nm~1525nm,即C+L波段。為了使光纖的1460nm~1530nm波長範圍(S波段)也能用於通信,G.655光纖的色散斜率被降低,從而形成G.656光纖。由於光纖具有非線性效應,長途WDM系統波道數量沒有大量增加的需求,光纖C+L波段可滿足需要。在高速率系統對波道間隔有較大要求之前,G.656光纖需求或持續低迷。

3.2.4 G.654光纖:5G承載網向400G迭代,或成為新周期「爆款」

承載網向高速率互聯方案迭代,G.654.E光纖或成熱捧。由於前、中、回傳需要,5G承載網「AAU+CU+DU」模式對承載網的容量和傳輸速率的要求進一步提高。前傳方面,組網以星形為主,環網為輔,4G時期主要採用6G和10G產品,5G時代則升級為25G 光模塊。中傳方面以環網結構為主,由於5G建設初期CU、DU為一體,待5G建設逐漸成熟,光模塊需求才會逐漸釋放,並由25/50G產品升級至50/100G產品。回傳網絡主要為環網或全互聯結構,前期以100G光模塊為主,後期會逐漸轉向200G/400G產品。5G 建設的推進激發了電信光模塊升級迭代的需求,承載網向高速率發展。就具體光纖種類而言,G.654.E光纖有效面積比常規G.652.D光纖增大約50 ,可有效降低高階調製信號的非線性效應,提升光纖通信系統的信噪比;此外,該種光纖在1550nm波長的典型衰減值比常規G.652.D光纖降低了約20%。這兩種優勢疊加使該光纖比常規G.652.D 光纖的傳輸性能有大幅提升,可有效延長400G系統傳輸距離,同時避免幹線網絡結構的大規模改動,從而降低陸地傳輸系統的建設成本。由此,G.654.E光纖是400G周期最適合的品種,市場需求量廣闊。

價格方面,中國聯通在2019年5月首次集採G.654.E產品,由於限價過低而導致流標,在九月的二次招標限價由62元/芯公裡調整至超過200元/芯公裡,同期中國電信的「上海金華河源廣州幹線光纜線路工程光纜採購項目」最高投標限價達到340元/芯公裡。隨著對運營商對光纖傳輸性能要求的提高,G.654.E產品價格有望上浮,切入G.654.E市場的生產企業會在5G周期內持續受益。

4、光纖光纜企業分析(詳見報告原文)

4.1 長飛光纖:國內光棒產能第一,研發實力強勁

4.2 中天科技:「雲、管、端」多維布局,自主開發G.654光纖技術

4.3 亨通光電:光纖光模塊雙線布局,緊抓海洋通信機遇

4.4 通鼎互聯:實現光纖光纜產業鏈一體化發展

4.5 烽火通信:光通信與ICT業務齊頭並進

……

(報告觀點屬於原作者,僅供參考。報告來源:萬聯證券)

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