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多周期疊加，產業趨勢向上
電信與數通同步升級，光模塊景氣向上
網絡升級促使光模塊更迭，電信和數通需求共振。光模塊按照需求場景 主要可分為電信和數通兩大市場，移動互聯迅猛發展，網絡升級成為必 然，埠速率的持續提升，促使光模塊持續升級。2018 年以來，光模塊 又步入升級的過渡期，更高速率的新品陸續送樣測試，為新一代網絡架 構積極準備。根據 Source，2020 年起數據中心內光模塊將從 100G 全 向 200/400G 埠過渡，5G 接入網側向 25G 及以上演進，DCI 與骨幹 網向 400G 升級，電信和數通市場出現需求共振。
光模塊市場步入新的快速發展階段。未來五年，數通網向更大流量迭代 和電信 5G 建設共同推動光模塊市場上行，疊加新冠疫情對於線上生活 工作模式的培養，本輪信息基礎建設將力度空前，推升光模塊市場規模 向上。根據 LightCounting 預測，全球光模塊市場規模將從 2019 年不足 70 億美元，發展到 2025 年接近 180 億美元，年複合增速約為 17%，光 模塊總市場空間大幅擴張。
疫情強化需求，網絡升級發力點在埠
疫情改變需求，在線設備數和人均時長均創下新高。新冠疫情爆發後， 全國各省市啟動嚴格的防護措施，民眾在隔離狀態下，各類需求也從線 下大量轉至線上，對網際網路依賴度進一步加大。今年春節前後，移動設 備連接數同比增加 5%；移動互聯用戶人均單日在線時長同比增 20%左 右。根據極光發布的《2020 年 Q1 移動網際網路行業數據研究報告》， 2020Q1 人均單日 app 使用時長達 6.7 小時，而往年同期為 2.4 個小時， 增幅高達 55.81%。
節後辦公和教育在線化對網絡和應用影響深遠。春節結束後，各地要求 企業員工延遲到崗，線上辦公需求井噴，阿里釘釘、華為 WeLink 等線 上辦公應用緊急擴容，並相繼降低企業使用成本；教育部同樣推遲入校 時間，線下教學向線上轉移，根據極光發布的報告，2020 年 3 月，企業 應用和 K12 教育行業成為用戶規模增長較多的兩個行業，同比增量分別 達 2.40 億和 1.97 億，同比增幅分別為 181.8%和 84.2%。人均日使用 時長也顯著增長，主要集中在線上小視頻和線上辦公學習等領域。
移動互聯流量保持快速增長。整體上移動互聯流量延續了高增長態勢， 根據工信部數據，2020 年 1-6 月，國內移動網際網路累計流量達 745 億 GB，同比增長 34.5%，其中通過手機上網的流量達到 719.67 億 GB， 同比增長 32.31%，佔移動網際網路總流量的 96.6%。從個體來看，6 月當 月戶均移動網際網路接入流量（DOU）達到 10.14GB/戶，同比增長 29.33%， 實現 DOU 連續兩個月超過 10GB。疫情對線上業務促進作用，中短期全 球疫情難以完全控制，預計流量整體仍高速向上仍將延續。
流量非線性增長，網絡埠速率是適配瓶頸。根據工信部數據，4G 以 來國內移動流量從 2014 年的 20.6 億 GB 到 2019 年升至 1220 億 GB， 增長超 58 倍；2014 年 DOU 為 0.2GB，到 2019 年已達 7.82GB，翻了39 倍。移動流量的非線性增長不斷給網絡形成重大挑戰。數據中心建設 鋪開，大量機櫃和伺服器納入，本質上還是線性擴容，若要滿足移動流 量的指數型增長和相應的數據中心內流量的槓桿放大，則實際匹配需求 的瓶頸點落在了埠速率上。概況而言，只要流量非線性增長仍在延續， 交換機和伺服器埠速率的代際升級就在邏輯上存在必然性。
光模塊是光電接口的主要形態，長期向大帶寬、高集成、小型化方向演 進。電信號需要在大帶寬條件下較長距離傳輸，必須在光纖完成，因此 銜接 IC 處理後的電信號和光纖的光電轉換接口逐步興起，並獨立成標準 化的模塊。從 90 年代的 GBIC 開始，經過 SFP、XFP、SFP+、CFP 和 QSFP 等封裝方式的迭代，光模塊的定義一直向著更大帶寬、更高集成、 更小體積（功耗）的方向發展。光器件的設計製造、光模塊的封裝測試， 至今形成了百億美元的市場。持續的技術演進創造出眾多新進廠商、也 促成了若干整合，隨著需求和技術壁壘同步提升，該賽道正在拓寬，在 頭部集中化的同時也湧現出更多新進者，蘊含眾多機遇。
技術迭代加快，競爭格局正在劇變
高性價比是光模塊的競爭核心。光模塊產品在既定標準條件下，各廠商 的器件、設計、封裝測試方面有很強的自主性，使得同款產品在性能和 成本上差異巨大，高性價比是光模塊的競爭核心。國內廠商主要分為本 土發展和海歸創業兩大主體，本土廠商較早起步，體系完善但高端產品 相對滯後，近年隨著海歸團隊的助力和產業集群完善，國內廠商在封測 領域快速提升，實現了從追隨到引領的轉變，高端新品具備了先發優勢， 成本也在伴隨規模持續優化。良好的盈利保障了國內企業高效的，在高 端產品和產業鏈上遊正前瞻性投入，進入良性循環。
產業重心顯著向國內遷移。國內市場快速發展，整體需求佔據了全球過 半。憑藉精密設計和規模製造優勢，產品性價比突出，全球產值也在向 國內集中。根據 Lightcounting 報告，從 2010 到 2019 年，全球前十大 廠商中國內產值規模佔比從 10%躍居到 40%以上，預計到 2020 年， TOP10 光模塊廠商中將有旭創、海信、光迅、華工正源以及新易盛等 5 家國內廠商上榜，產值逼近 50%，旭創更是有望登頂光模塊市場，中止 Finisar 衛冕神話。中國已經成為光模塊需求和製造中心。
海外廠商戰略收縮，聚焦上遊核心環節。由於行業回報降低，製造成本 難以壓縮，海外廠商紛紛降低光模塊中後道環節投入，業務逐步向高盈 利率的上遊光電晶片和外延材料收縮。海外市場格局發生較大的變化， 部分剝離的優質光模塊/器件業務將有望被國內廠商收購，從而加速已經 在布局推進的上遊自主替代進程。
國內頭部廠商競爭優勢保持提升。隨著海外廠商收縮，在製造環節與需 求響應上的差距進一步與國內拉開，國內龍頭廠商進入正循環，優勢正 持續鞏固。自 2013 年以來，國內頭部廠商的營收均步入上升快車道， 產能爬坡順利，迭代升級加快。第一梯隊（營收 30 億以上）：旭創已經 獨步全球 100G 數據中心光模塊市場，並在 400G 保持領先性，光迅和 海信布局全產業鏈，受益於海內外需求放量和自主替代；第二梯隊（營 收 10 億以上）：新易盛技術沉澱釋放、突破電信和數通重點市場，華工 正源以優勢份額突破電信市場。可以預見第三梯隊（10 億以下營收）的 廠商也有希望在產業變局中快速站上新臺階。
產業趨勢已現，關注本土機遇。光模塊全球市場需求和規模在打開，技 術在不斷迭代，中國企業能夠參與業務領域在拓寬，行業屬性將更有利 於國內廠商發揮競爭優勢。我們認為光模塊是在未來五年能夠持續發掘 本土企業新機會的重點賽道。
數通市場引領創新，蘊藏豐富機遇
北美 ICP 和國內新基建共促需求放量
北美 TOP7 廠商資本開支同比增速築底，行業景氣拐點確立。從 2013 年開始，隨著 4G 商用驅動移動互聯業務激增，數據中心建設需求啟動， 從 2013 到 2018 年，北美 TOP7 的 ICP 總資本開支趨勢向上，規模從 310.5 億美元到 836.55 億美元，年複合增速 21.95%。其間在 2015 年， 出現過連續四季度的同比增速低迷，之後再次向上創出新高。
在 2019 年內，雲廠商資本開支再次呈現季度同比增速處於低位，已築 底 4 個季度，從 2020Q1 起開始明顯向上，20Q1 北美雲廠商資本開支 單季度同比增長 24.18%，行業增速回升勢頭強勁。其中 Amazon 增幅 最大，同比+99.48%，達到 54.28 億美元，其他三家也有結構性增長。 我們預計在疫情催化下，北美數據中心整體資本開支將保持穩步增長。
新基建政策支持明確，國內需求有待釋放。在 2018 年底召開的中央經 濟工作會議上，習總書記指出要「加快 5G 商用步伐，加強人工智慧、 工業網際網路、物聯網等新型基礎設施建設」，「新基建」一詞由此而來。 當前官方確定的「新基建」主要涵蓋七大領域：5G 基站建設、特高壓、 城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工 智能和工業網際網路。2020 年 2 月，政治局常委會明確要求加快新基建速 度，全國各地陸續頒布政策支持 IDC 建設。
國內 ICP 廠商開支規劃有望站上新臺階。在政策加持背景下，國內頭部 ICT 廠商相繼拋出資本開支規劃，騰訊宣布未來五年將投入 5000 億元 用於布局新基建，阿里也聲稱未來 3 年將在此領域投入 2000 億元，而 此前國內 BAT 頭部三家年內最高 CAPEX 不過 1300 億，新基建將落實 國內 ICT 廠商資本開支向上跨越一個臺階。
100G 仍為主流需求，帶動國內廠商發展
40G 需求是北美 ICP 自主構建供應鏈的起點。40G 模塊需求最早來源於 北美 IDC 市場，主要需求是一線網際網路內容提供商（ICP）對數據中心 內部東西向大容量傳輸需求的急速增加，從租用運營商機櫃轉向全面自 建，開始釋放 4*10G 的光模塊需求，40G 的單模和多模光模塊的技術開 發和批量交付充分磨礪了產業，蘇州旭創就是在此階段切入北美供應鏈，經過北美 ICP 認證的供應商有可能持續受益大規模投資和產品升級。
目前北美 40G 市場已經趨於飽和，基本 100G 需求所替代，但海內外 依然保有了部分 40G 市場。根據 LightCounting 預計，全球 40G 光模塊 年出貨量在 2020 年約為 150 萬隻，其生命周期還會持續三年以上。
北美數通網市場帶動了新進廠商的快速成長。國內以蘇州旭創為代表的 新廠商依靠自身前期工藝積累，緊跟 40G 需求積極參與大客戶打樣測試， 形成過硬的產品封測能力，在成本、性能方面持續優化，在需求上量時， 產品已具備領先競爭力，迅速搶奪到市場份額。根據公司公告，旭創在 2015 年成為全球 40G 單模光模塊出貨量最大的公司。數通網客戶需求 向更高速率發展，認證開放透明、定價市場化，給予了類似國內廠商憑 借先進的工藝技術、性價比優勢和緊密服務持續導入並長期成長的機遇。
100G 出貨量高峰延長。由於移動互聯快速滲透，業務發展階段性飽和， ICP 廠商在 2019 年調整了資本開支，謹慎規劃面向下一代埠速率的 升級。從另個角度，這樣的調整延長 100G 生命周期，在經歷了四年的 商業成功後，持續的降價和技術優化，使 100G 產品的性價比表現十分 突出，這在同時也延緩了400G產品推出規模化應用。根據LightCounting 預測，從 2020 到 2024 年，100G 出貨量將從年 1500 萬隻提升到接近 3500 萬隻，生命周期大幅延長。
100G 市場規模將長期佔據主導。海外的 100G 光模塊需求仍然強勁， 在經歷 2019H1 去庫存後，雲廠商資本開支的環比回暖，客戶對 100G 光模塊需求快速反彈。國內在新基建等政策刺激與產品固有升級驅動下， 數據中心建設與升級進度加快，有望接力海外成為新的 100G 增長點。
根據 LightCounting 預測，2020 年 100G 市場規模將接近 40 億美元， 到 2024 年有望達到 51.54 億美元的高位，年複合增速 13.58%。長期來 看，雖然帶寬在向更高速過度，但 100G 成熟度高，價格持續優化，產 品潛力仍在深挖，未來 4 年產值仍佔主導地位，預計 2024 年 100G 產 值佔比約為 56%。短期來看，2019 年下半年 100G 需求逐步回暖，國 內 BAT 和華為需求拉動明顯，都將為國內的成熟供應體系引入更多機會。
400G 開始放量，新一輪需求啟動
400G 光模塊已經起量。為實現 400G 交換機產業配套，相關光模塊一 般在對應速率交換機晶片發布後的兩年開始起量，例如首款 100G 交換機晶片於 2014 年發布，對應 100G 光模塊在 2016 年放量。。首款 400G 光晶片於 2017 年底送樣，對應 400G 光模塊在 2019 年開始小批量供應。 今年商用條件逐漸成熟，產品性能指標趨於穩定，價格也正向更具比較 優勢的方向靠攏，我們預計今年將迎來 400G 需求放量，並以類似 100G 產品商用的發展曲線，呈現非線性增長。
短期 200G 性價比較好，起到過渡作用。200G 當前更具成本優勢，放 量略早於 400G，但 400G 產業鏈配套更全面，有利於長期穩定供應。 鑑於 400G 規模化商用晚於預期，價格下降緩慢，而 100G 不能充分滿 足對流量密度的要求，於是 200G 有了較長時間的發展，具備了一定的 成本和技術優勢，開始佔據一席之地，例如 Facebook 結合自身建設規 劃和方案特點明確採用 200G 方案，其作為過渡性產品仍可能在一定時 間內存在。
短期看，200G 和 400G 都將歷經快速增長。根據 LightCounting 預測， 2020 年 200G 和 400G 均為不到 100 萬隻的水平，200G 預計為 30 萬 只，400G 預計超過 50 萬隻。到 2024 年 400G 充分放量，有望達到 800 萬隻/年，年複合增速 70%以上。200G 預計 2023 年增速放緩，2024 年 量穩定在 300 萬隻不到的水平。
長期來看 400G 是高速主流，將迎來加速發展。從長期看 200G 增長將 顯著放緩，400G 將是下一代乙太網光模塊的主流。根據 Omdia 的發貨 數據，200G 的模塊種類只有 100m SR4 和 2km FR4 兩種，其中 100m SR4 只有旭創和光迅兩家供應商。反觀 400G 的模塊種類達到了 5 種， 對應大廠商皆對 100m、500m 和 2km 模塊進行了布局，產業配套完善。
市場規模呈現非線性增長。根據 LightCounting 預測， 2020 年 200G 和 400G 市場規模分別為 2.6 億美元和 4.6 億美元，隨著價格的優化和 產品大批量出貨，市場規模將呈現非線性增長，400G 到 2024 年約有 30 億美元市場規模，CAGR+59.81%；200G 市場規模約 8 億美元， CAGR+33.39%。
200G 和 400G 國內廠商已搶佔先機。國內廠商在 200G/400G 光模塊方 面，已經有領跑趨勢，旭創早在 OFC 2018 上就推出全球首款 400G QSFP-DD FR4 光模塊，並同步發布 400G OSFP 和 QSFP-DD 新品，其他 廠商如新易盛、光迅科技、海信寬帶等均相繼發布 200G /400G 產品。從產 品類型上看，國內企業卡位更全面，對於主流的 QSDF56-DD 和 OSFP兩種封裝路徑均有布局，在 400G 光模塊市場起到了先導作用，有望充 分享受產業升級帶來的數百億市場紅利。
國內電信市場促進本土產品邁向高端
5G 建設步入上升期，拉動光模塊需求
5G 建設帶動資本開支進入上升周期。4G 建設投入在 2015 年達到高峰後逐 步回落，並在 2018 年觸及低點。從 2019 年起國內 5G 建設序幕拉開，三大 運營商資本開支有望穩步回暖。根據運營商 2020 年披露的資本開支計劃， 全年支出將達到 3425 億元，同比增長 11.65%。此外廣電和中國鐵塔也將規 劃 5G 相關開支，形成重要助力。
5G 投資總規模和時間跨度遠超 4G。我們預計，國內運營商總開支從 2019 年企穩回升後，有望經歷三年的加速向上，2022 年達到 17.72% 的增速高點，略超 4G 階段 16.87%的最高增速。2023 年國內總開支預 計達到 4980 億元規模高點，超過 4G 階段 4386 億的規模高點，其後有 所回落。4G 建設的 2013 到 2019 時段總開支 24067 億元，5G 建設的 2019 到 2025 時段總開支約為 29034 億元，累積提升幅度約 20%。
5G 承載網擴容升級，光模塊全面替換。5G 更高的性能指標，使得其在 多網絡層次上對光模塊數量和品類提出全新要求。5G 前傳是對光模塊 數量需求最大部分，規格較 4G 大幅提升。5G 前傳光模塊面向 10~20km 內的連接需求，以實現基站射頻子系統與基帶板之間的連通，因而與基 站、AAU 數目呈現出線性相關性，是整個 5G 承載中數量最龐大的部分。 網絡拓撲以星型（單基站對多 AAU）為主、環形網為輔的方式。5G 基 帶板與 AAU 直接若以光纖直連，通常採用 25Gb/s 速率的 eCPRI 接口； 若存在 WDM 設備，則支路側採用 25Gb/s 速率的彩光模塊，幹路側採 用 N*25Gb/s 或 100Gb/s 彩光模塊。
中回傳面向 40km 之內的基站與核心網互聯，規模商用後客戶側以 25/50G 光模塊為主，線路側主要採用 50/100G 並結合波分技術；數據 中心間互聯（DCI）和幹線網絡中，客戶側速率在規模商用後將達到 100/400G，線路側速率為 200/400G 結合波分技術，隨著帶寬需求不斷 加大，網絡各層級的埠速率還將不斷有序升級。
無線接入網光模塊規模和佔比雙雙提升。光模塊市場迎來長期增長， 顯 著提升。考察細分市場，無線接入側光模塊受益於基礎設施建設推進， 規模和佔比將雙雙提升。根據 LightCounting 預測，從 2016 到 2018 年 由於無線網周期回落導致總份額佔比從 6%滑落到歷史低位，在 5G 建設 帶動下，2020 年無線接入光模塊佔比回歸至 6%，預計到 2025 年無線 接入光模塊市場的總體佔比將攀升至 9%，考慮到光模塊市場總空間屆 時將超過 1200 億元，意味著無線接入側使用的光模塊空間有望接近 110 億元。
相干光模塊總體保持穩定，WDM 廣泛滲透。存在於 DCI 和幹線中的相 幹光模塊，從 2016 到 2020 年比重保持在 11.5%到 10%之間。未來五 年隨著其他領域光模塊的加速發展，其總空間佔比將出現明顯下滑，根 據 LightCounting，到 2025 年相干光模塊佔比約為 4%。意味著相干光 模塊規模將從 2020 到 2025 年將保持在 50 億元上下的水平。此外彩光 模塊在接入和傳輸中滲透日趨廣泛，WDM 在網絡中的滲透率也在提升， 從 2020 年的 12%升至 2025 年的 14%，對應規模從 60 億多元提升至 170 多億元。
電信網的全面擴容升級，帶動了光模塊接入側、骨幹網和 WDM 應用的 興起，國內投資佔據主導的背景下，本土廠商將在資本開支向上周期中 迎來明確的發展空間。
前傳光模塊已經放量
波分技術引入推升單基站對應光模塊數量。波分復用通過將多重光載波 信號在發射端經過復用器匯合，通過一根光纖進行傳輸，在接收處解復 用形成多路信號。WDM 的優勢在於節省了多路光纖的布設，顯著降低 了成本。在 5G 無線接入側，AAU 部署也更加靈活，密度更大。WDM 方案的引入，單個 DU 連接更多的 AAU，也增強了後續網絡優化時的靈 活性，單基站對應光模塊數量隨之顯著提升。
5G 前傳應用場景豐富，前傳中的 WDM 方案更有優勢。5G 接入層應用 場景包括光纖直連、無源 WDM、有源 WDM/OTN 和切片分組網 SPN 等。光纖直連場景一般採用 25Gb/s 灰光模塊，支持雙纖雙向和單纖雙 向兩種類型。無源 WDM 場景主要採用一對或一根光纖實現多個 AAU 到 DU 間的連接，需要 10Gb/s 或 25Gb/s 彩光模塊，是在中傳引入波 分。有源 WDM/OTN 場景，在 AAU 至 DU 之間通過 OTN 網絡連通，中 移動也給出了 SPN 標準， 在 OTN 與 SPN 中都需要若干 WDM 設備， 對應若干個 25/50/100G 速率的雙纖雙向或單纖雙向彩光模塊。長期看 WDM 在前傳網絡中的引入，將最大程度提升經濟效益，同時滿足組網 靈活性，同時將大大增多單基站下轄的光模塊數量
5G 基站數量比肩 4G。5G 設備開支在口徑開支中比重提升，未來三年 5G 基站數有望快速拉升。4G 時期設備開支在 4G 口徑開支中約佔 30~40%，我們認為 5G 時期設備在口徑開支中佔比有望升至 40~50%， 2019 到 2025 年設備投資約在 9075 億元，七年內總建站規模有望達到 550 萬站。
接入層光模塊市場規模創下新高。目前，單個宏基站對應三個 AAU，每 個 AAU 與 DU/CU 之間有一對前傳光模塊，未來為了增強覆蓋，將有望 出現單基站 4 個甚至 6 個 AAU。不考慮小基站，假設 2019 年每宏站 DU 平均連接 3 個 AAU，此後隨著波分引入，中性預測到 2025 年每宏 DU 平均連接 5 個 AAU，則前傳光模塊的數量將從 2019 年的 120 萬到 2022 年超過 900 萬隻，七年內累積數量約為 4500 萬隻。價格方面，未 來隨著產業鏈成熟，價格預計會持續優化，但即使全部按最低規格的 25G 前傳單價預計仍有 20 美元以上，累積規模將超過 200 億元。
回傳網絡同時採用環形和鏈型拓撲，即使按 CU 和 SAE 之間一對連接的 關係，依據此前對基站數的預測，回傳光模塊數量至少也將從 2019 年 的 30 萬隻到後續突破每年 200 萬隻，七年累積需求量約為 1100 萬隻。 考慮到回傳現有單價在前傳 25G 的十數倍以上，且合格供應商更少，規模化降本更難達成，預計回傳光模塊市場整體規模將遠超前傳市場。
5G 前傳市場供應全面本土化。5G 光模塊採購過程中，設備商培育供應 鏈和運營商直採並舉，產業規模化和成熟度加快同時，更多非傳統電信 網供應商入圍市場，帶來更多變化。5G 前傳光模塊封測完全本土化供 應，不但是出貨量最大的領域，更會持續升級，作為電信網市場走向開 放的重要窗口，前傳光模塊將為更多本土廠商帶來機遇。
DCI 和傳輸打開相干光模塊市場
長距離傳輸光模塊向可調諧和相干方向發展。長距離傳輸技術走過了從 TDM 到 WDM 到相干的三段階躍，使得幹線上的大帶寬傳輸成為可能。 傳輸網從 10G 開始引入了 WDM，對於光模塊向可調諧方向發展起到了 關鍵作用，鑑於 WDM 系統整體性能遠優於 TDM，運營商逐漸收縮了對 固定波長 10G 光模塊的需求，而隨著可調諧光模塊上量，其成本也在快 速降低，成為直調直檢光模塊中的主流形態。
相干技術引入了相位調製，解決了向更高帶寬跨越時引入的噪聲和接受 靈敏度問題，開始成為長距離大帶寬傳輸的主要技術方向。相干探測與 DSP 技術可以使得更高階調製格式和偏振態復用相結合，相干光系統因 而有更高的單波長通道頻譜利用率，同時相干接收機比普通的接收機靈 敏度高大約 20dB，傳輸系統中無中繼距離由此更長。
200/400G 相干光模塊正在傳輸市場迎來發展。根據 LightCounting， 100G 相干光模塊出貨量將從 2020 年的超過 2 萬隻滑落到 2025 年的約 1 萬隻左右。200G 和 400G 相干光模塊在傳輸網中迎來發展，預計 200G DCO 相干光模塊數量在 2020 年約有 6 萬隻，到 2023 年有望翻倍；400G 發展節奏會略晚於 200G，2020 年預計出貨量不足 5000 只，到 2024 年有望達到 3.5 萬隻。
DCI 光模塊互操作性強化，快速發展。數據中心間互連（DCI）同樣在 藉助相干光技術在單一光纖線路上傳輸 TB 級帶寬。光網際網路論壇（OIF） 與 IEEE 都在開發新標準，如 400ZR、100GBASE-ZR 和 400GBASE-ZR 等來增強不同廠商光模塊之間的互操作性，適應不斷增長的數據中心需 求。通過採用相干+DWDM 方式，這些新標準可以使 100G 和 400G DCI 傳輸距離長達 80km。
由於 DCI 不像傳輸網需要那麼多跨段，對性能要求低於幹線，在標準設 計上往往兼顧低成本、低功耗和小尺寸，可以認為是裁剪版的骨幹網相 幹光模塊。根據 LightCounting 預測，未來幾年 DCI 中 400G 將會成為 主流，2020 年預計 400G DCI 光模塊出貨約 1 萬隻，到 2024 年有望達 到 18 萬隻，年複合增速超過 100%。數據中心放量和跨地域建設，有助 於 400G 長距離產品成熟落地，越來越多的 DCI 400G 產品將降低廠商 進入相干光模塊市場門檻。
相干光模塊市場蘊含結構性機遇。結合前面分析，相干光模塊總市場佔比從 2020 年的 10%下降到 2025 年的 4%，預計 2020 年市場總規模約 為 85 億美元，2025 年約為 180 億美元，則相干光模快空間對應在 8.5 和 7.2 億美元。雖然總體平穩，但一方面傳輸網正向 200G 和 400G 升 級；另方面 DCI 相干光模塊快速增長，長期看空間將遠大於電信網。在 實際DCI建設中，入圍 ICP供應鏈的廠商有機會競爭長距離光模塊份額， ZR 強化了互操作標準，降低了總體性能，更多廠商將由此切入高價值 量的相干光市場，400G DCI 蘊藏長期成長機遇。
矽光新賽道正形成
矽光方案契合新需求
光模塊中不同部件適用不同工藝體系。數字電路中常用的工藝體系是矽 基的 CMOS，場效應管在實現阻隔和導通是能最大限度節省功耗，構成 IC 的基本功能。電晶片作用之一把電信號傳給雷射器或調製器；二是對 雷射器進行溫度補償和對調製器非線性進行補償；三是對電信號進行整 形，在CDR 和 ADC 等對驅動要求較高的電晶片中多用 SiGe 和 GaAs。
由於光纖玻璃材料為 SiO2，為了適配光纖的熱膨脹係數和晶格常數，激 光器往往選擇三五族化合物，如 GaAs 和 InP。雷射器上可以直接加載 電調製信號，但由於色散代價會隨著功率加大，因此通常將信號加載到 調製器上，InP、LiNbO3 等常作為調製器材料。
探測器將接收到光信號恢復成電信號，通常使用 InP 和 SiGe，無源器件 走光信號，不需要能量轉換，只需要有傳輸特性，也稱為波導，InP 、 Si、SiN、SiO2 以及大分子聚合物都可作為其材料。
材料異質是光電集成的難點，分立式封裝難度隨帶寬升級而加大。電路 的設計和製造技術路線已十分成熟，具有獨立的代工能力，核心是設計 滿足需求的算法和電路。InP 有較好的光學和電學特性，在不同部件裡 都可以採納，但由於外延工藝複雜，wafer 面積小，成本較高，因此 InP 多作為雷射器材料。這樣就和電信號處理部分的矽基材料在晶格常數上 出現不一致，材料異質成為集成光電器件的難點。
分立式封裝是將相互獨立的各部分組合起來，單一部分都有各自的工藝 體系，封裝過程複雜度高，全模塊引入的變量多，整體性能更不穩定。 任何的改進和升級，都需要對封裝方案全面修正，迭代周期較長，中後 道工序產生的成本較高。隨著帶寬持續升級，通道的排布密集，導體內 載流子傳輸距離縮減，都給分立式封裝引入了更大的困難。
在追求性能成本綜合優化的過程中，矽光平臺成為技術選擇。產業在追求性能、工藝複雜度和成本折中的過程中，把工藝、封裝和維護綜合考 慮，遵循整體方案最優的思路，淡化單點的成本最低或是技術最優，矽 光逐步發展為認同度最廣泛的平臺技術。即以矽為平臺，集成其他器件 的混合路線，具體實踐中各部分可選工藝路徑多樣化。如矽波導材料優 勢在於成本和小尺寸，但增加了耦合難度，而 SiN 的成本和尺寸適中， 可作為很好的接口材料，往往在 Si 波導上附著 SiN 和 SiO2 從而將光纖 材料耦合在一起，降低了耦合難度。再選擇不同特性的材料來與矽基平 臺做適配，如調製器中的 LiNbO3、探測器中的 SiGe。矽基平臺可以統 一設計，集中製造，最後與 InP 雷射器共同封裝，融合了多重技術路線。
矽光方案可繼承 CMOS 工藝，在晶片層面最大程度實現混合集成。隨 著傳輸通道數增加、帶寬提升，傳統器件分立封測方案面臨中後道工藝 複雜、整體功耗及體積大和集成度較低的問題。而矽光集成方案基於 CMOS 製造工藝，在矽基底(如 SiGe/Si、SOI 等)上利用蝕刻工藝快速形 成大規模波導器件，利用外延生長等加工工藝，能夠製備調製器、接收 器等關鍵器件，最終將調製器、探測器以及無源光學器件等集成在一塊 矽襯底上，實現光信號和電信號處理的深度融合。同時能與後續的電芯 片高度耦合，最終實現晶片內部的光互聯，具有集成度高、成本低及工 藝簡化帶來的穩定性等特點。
矽光方案在匹配光模塊大流量密度方向上更有優勢。
1） 小體積。傳統工藝需要依次封裝電晶片、光晶片、透鏡、對準組件、光 纖端面等器件，最終實現將調製器、接收器以及無源光學器件等集成。 相比傳統分立式器件，矽光方案是基於 CMOS 製造工藝，在矽基底上利用 蝕刻工藝快速加工，將各種無源器件封裝在矽片基底上，產品體積大幅 減小。例如下圖，左側為傳統方案，相比較右側的矽光方案各器件布局 相對冗餘。
2） 低功耗。傳統分立方案，不同器件自身材料不同，將器件集成後，各功 能器件連接處由於材料的晶格結構不同，光信號在不同介質之間傳播， 導致晶格失配，接觸界面不連續有缺陷，導致傳播過程中產生散射而損 耗，此外由於不同材料折射率不同，光在介質間傳播也會導致不同程度 的反射和折射，也產生一部分損失。矽光方案下，由於統一工藝材料， 所以器件內部沒有不同材料導致的光損耗，因此為了獲得與傳統器件同 樣的輸出功率，其光源的發射功率要低很多，模塊的功耗也相應降低了。 由於矽光方案損耗較低，在一定層度上也突破了傳統光模塊傳輸距離限 制，降低了傳輸成本。
3） 低成本。矽光方案採用間接調製，解決了傳統方案多通道帶來的功耗、 溫飄等性能瓶頸並降低了雷射器成本。並且 BOM 清單器件數量較傳統方 案減半，減少了生產線環節，降低了封裝和供應鏈管理成本。矽光方案 更容易實現標準化大規模生產，產品穩定後良率好一致性更高，根據產 業鏈調研，矽光平臺的晶片良率可達 80%以上，而傳統 25G InP 方案， 良率大約 40~50%，矽光晶片優勢顯著。同時，矽光技術可以通過晶圓 測試等方法進行批量測試，測試效率顯著提升。
海外加大整合，布局新賽道
矽光方案將有望廣泛應用於 400G 以上高速光模塊。在 400G 應用中， 矽光方案逐漸起量，一方面是其性能成本綜合優勢相對於 400G 分立式 光模塊已經可比；再者下遊廠商希望藉助 400G 周期培育技術和產業鏈 成熟，更好促進其在 800G 和 1.6T 能模塊中普及，未來矽光方案將贏得 更多應用市場。根據 Yole 預測，矽光模塊市場規模將從 2018 年的 4.5 億美元上漲到 2024 年的 41.4 億美元，CAGR 達到+44.5%，是成長最 快的技術路線。
行業存在較高壁壘，競爭格局集中。光模塊實質是光電轉換接口，其中 光路器件需要對齊微米級別光纖，為了保障光信號通道傳輸效率，內部 連接耦合的牢固和精度有很高，同時還需要考慮溫度溼度對各部分介質 的不均衡影響，對於矽光而言在矽基平臺上外延生長其他材料，更是對 前道的材料和工藝難度提出空前要求。目前矽光晶片有較高壁壘，導致 只有少數龍頭參與，競爭格局高度集中。
海外龍頭積極布局矽光模塊。近年來一批傳統的晶片設計商已提前布局 矽光，如 Intel 利用其在材料和產線上的優勢已打開 Facebook 在數據中 心 100G 市場，供應 2km 以下需求，佔據了矽光模塊份額的 50%以上； 系統設備商也開始加入矽光市場，例如Cisco 在2012 年收購Lightwire， 並在 2018 年底收購矽光子領先廠商 Luxtera，其矽光模塊的市場份額已 達到 46%，形成了雙巨頭格局。Acaica 和 Inphi 也基於自身在高速光器 件設計和材料上的基礎，在矽光晶片發大力研發投入，佔有一席之地。
矽光技術方案在板級系統上體現出長期價值。巨頭如 Intel 和 Cisco 的大 力布局和深度參與，絕非僅僅為了光模塊市場。光模塊本質是獨立的光 電接口，也是數據中心內故障最多的節點。矽光方案將出雷射器之外的 部件在矽基平臺上，板載光電接口的可能路徑。矽光在系統綜合穩定性 上的優勢已是技術上的共識，隨著帶寬增加，流量密度提升會給分立式 封裝的損耗和集成難度帶來成倍挑戰。而一旦板載矽光集成方案成熟， 將對系統的穩定性和性能引入質的跨越，同時隨著規模的放開，矽光方 案目前的成本難題也有望逐步化解。我們認為，在流量密度驟增背景下 矽光方案將越來越多地體現出系統級價值，長期看會有更多變革與機遇。
本土廠商逐步加碼，醞釀突破
國內廠商持續布局，醞釀突破。鑑於矽光的長期技術優勢已經成為共識， 國內各梯隊光模塊廠商紛紛布局該領域，在矽光晶片和封裝各方面儲備 關鍵技術環節，同時提升合作與外延併購力度，通過以點帶面的積累， 在國內電信網和海外數通網領先領用的帶動下，正在逐步滲透，醞釀突 破。
投資建議（詳見報告原文）
光模塊市場需求開始放量，總規模有望快速發展，中長期將再上新臺階。 疫情深遠提振線上業務，流量加速增長，推動網絡埠長期迭代升級， 為產業持續注入變革。隨著競爭逐步向精密製造聚焦，本土廠商的產業 地位和競爭力已顯著佔優，疊加上遊自主程度加深，更多國內廠商有望 在此輪產業遷移中實現新價值。
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（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：中泰證券）
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