光模块行业深度报告：流量增长推动行业需求，激光雷达孕育全新机遇

投资聚焦 我们区别于市场的观点 市场有观点认为，当前5G建设周期高峰已过，电信市场需求不振，云计算厂商对于数通市场的基础设施投资波动同样较大。受到下游需求的影响，光模块产业链相关公司的业绩有较大不确定性。 我们认为当前蓬勃发展的智能汽车、自动驾驶以及AR/VR等新兴应用将继续推动电信与数通市场的发展，数据流量的持续攀升、AI算力需求的提高以及物联网带来的海量连接，都将会推动电信基础设施的需求以及云计算数据中心的扩容。在此背景下，光通信与光网络的增量需求趋势仍未改变，光模块及其零部件作为光通信中上游的核心器件，是具备长期增长逻辑的优秀赛道。 股价上涨的催化因素 1、数据流量的增长推动光互联速率不断提升，主流的数据中心互联场景将从25G/100G向100G单波、400G与800G进发。能够提前布局并且规模化销售高速光模块的厂商，将在营收规模与毛利率方面取得领先。 2、光模块新技术层出不穷，800G光模块、相干技术应用下沉，硅光以及CPO技术在未来可能对可插拔光模块的市场逻辑产生重大影响，能够前瞻性布局新技术的厂商将持续受益。 3、国产光电芯片等核心零部件的突破。光通信用激光芯片、调制芯片等领域仍然被国外主导。我们也观察到部分国产厂商已经有相关产品推出，是光模块产业链稀缺标的，有望增厚业绩，提升公司估值。 投资观点 在数据流量持续增长，新应用不断涌现的背景下，光模块行业具备长期增长逻辑。 关键器件国产化需求的加深，光电芯片等上游零部件供应商更显稀缺性。 重点推荐：（1）中际旭创：光模块业务全球领先、国内第一，规模化优势明显，产品与技术全面布局，充分受益于行业增长。（2）天孚通信：为光通信客户提供八大技术平台垂直一体解决方案，紧跟技术前沿，开发高速光引擎项目，布局激光雷达与医疗产品，打开新的蓝海市场。（3）新易盛：大力拓展海外业务，紧跟800G、硅光、相干等前沿技术，产品逐步走向高端化。（4）光迅科技：布局上游光器件，业绩稳定增长，有望受益于传输网景气度回升。(5）光库科技：稀缺的上游核心器件供应商，公司的光纤激光器件打破国外垄断，达到全球领先水平，光通信器在部分领域保持领先地位，前瞻布局铌酸锂调制器，有望突破我国光芯片瓶颈，积极布局激光雷达领域，拥抱自动驾驶新蓝海。(6）博创科技：10G PON市场细分龙头，电信市场保持优势，前沿布局硅光子技术，有望打开成长空间。(7）长光华芯：国内高功率激光芯片龙头，聚焦产业链上游核心器件，高功率激光芯片国内领先，研发VCSEL与高速光通信系列产品，拓展新市场。 1、光模块是数通与电信网络高速互联的关键器件 1.1、光模块是光通信系统核心部件之一，完成光电信号转换功能 全球信息互联规模不断扩大，纯电子信息的运算与传输能力的提升遇到瓶颈，光电信息技术正在崛起。在传统的通信传输领域，早期通过电缆进行信号传输，但电传输损耗大、中继距离短、承载数据量小、信号频率提升受限，而光作为载体兼有容量大、成本低等优点，商用传输领域已逐步被光通信系统替代。 光通信系统主要包括光设备（及子系统）、光纤光缆和光器件。其中光纤光缆包括光纤和有源线缆。光设备包括电信设备和数通设备。光器件包括光芯片、有源器件和无源器件等，光模块是光器件的一种。 图表1：点对点通信与光网络通信系统结构 光器件的作用是通过光电元件实现光信号的发射、接收、信号处理等功能，在光通信产业链中占据约18%的产业价值。如果将光通信产业链按照光器件、光设备、光纤光缆进行产业价值的拆分，根据2021中国光网络大会的统计计算，光器件作为光通信中的核心，占据18%的产业价值。光纤光缆的产业价值为31%、光设备的产业价值为51%。 图表2：2021年光通信产业价值分布 光模块是光通信系统的核心器件之一，由各种无源器件以及光电芯片组合封装。 光模块构成了数据中心互连、5G承载网络和全光接入网络的基础单元，主要完成光电/电光转换功能。近年来随着速率的逐渐提升，其在系统设备中的成本占比不断攀升，已成为各应用领域高带宽、广覆盖、低成本和低能耗的关键要素。 为完成光电/电光转换，光模块的电口端插入交换设备或者基站设备，光口端连接光纤，帮助设备接入光网络。 图表3：光模块与交换机的配合使用 图表4：光模块进行光电转换 1.2、光模块封装方式繁多，应用场景丰富，核心部件为光电芯片 光模块通常由光发射组件、光接收组件、驱动电路和光/电接口等组成，其核心功能是电/光和光/电信号的转换，由光电芯片完成。在发送端，一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。在接收端，一定速率的光信号输入模块后由光探测器转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。 图表5：光模块的结构 图表6：SFP/SFP+光模块电路图 光模块的主要器件包括： 1）TOSA（Transmitter Optical Subassembly）：实现电/光转换，主要包括激光器以及相关无源器件，有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封装形式。 2）ROSA（Receiver Optical Subassembly）：实现光/电转换，主要包括光探测器（PIN光电二极管/APD雪崩光电二极管）以及相关无源器件，封装类型一般和TOSA相同。PIN可用于中短距离距的光模块，APD主要应用于长距光模块。 3）CDR（Clock and Data Recovery）：时钟数据恢复芯片，作用是在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系，补偿信号在走线、连接器上的损失。在高速场景需要光/电口调制模式转换的情况下需要采用DSP芯片。 4）LDD（LaserDiode Driver）：将CDR的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD芯片。在短距的多模光模块中（例如100G SR4），一般来说CDR和LDD是集成在同一个芯片上的。 5）TIA（Transimpedance amplifier）：跨阻放大器，探测器将光信号转换为电流信号，TIA将电流信号处理成一定幅值的电压信号。 6）LA（Limiting Amplifier）：限幅放大器，将跨阻放大器的信号限制成等幅的电信号，给CDR和判决电路提供稳定的电压信号。 7）MCU：负责控制光模块运行，完成模块信息的监控，例如温度、电压、电路以及功率等等，通过这些参数判断光模块的工作状况，便于光通信链路的维护。 其中，光模块的核心光芯片包括激光发射芯片（通常是TOSA中的激光器）和接收芯片（通常是ROSA中的探测器）。电芯片包括CDR、DSP、LDD、TIA、LA等。 光模块封装方式多样化：随着光电子器件的发展和集成度的不断提高，光电器件的性能和传输带宽逐渐增加。为应对不同使用场景，光模块实现了更高速率传输和更小的尺寸，因此其封装方式一直以来也不断发展，持续演进。针对不同的速率和场景，可以选择SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等多种封装形式。电信和数通的用户可以根据网络的性能、拓扑结构和成本考量，设计灵活的解决方案。 光模块封装体积持续下降：以CFP系列封装类型为例，早期的100G CFP光模块，通过10个10G的通道，达到100G的传输速率，而100G CFP4光模块通过4个25G通道，实现100G传输，所以传输效率更高，稳定性更强。同时CFP4光模块的体积为CFP的四分之一，传输效率有明显提升，而且耗电量下降，系统成本方面也比CFP2更低。目前流行的100G QSFP28封装小于CFP4。 图表7：光模块封装体积的变化 整体来看，随着封装结构的变化，光模块功耗越来越低，产品体积也越来越小，在这个过程中，光模块向着高速率、远距离、低功耗、低成本、小型化以及可热插拔的方向去发展。 光模块传输速率持续增长：从传输速率来看，早期的90年千兆时代的GBIC，到支持10G的SFP，再逐步进化为SFP+、QSFP+、QSFP28，到现在的800G OSFP，光模块传输速率得到了数量级的提升。 图表8：光模块各封装模式与对应传输速率 光模块技术进步带来传输效率不断提高：数据流量的持续增长推动了光模块传输速度的不断升级。但是交换机端口密度的限制，要求光模块传输速度升级的同时降低模块体积。因此，从早期的X2型封装，到支持800G的OSFP与QSFP-DD，其带宽密度（数据速率/模块宽度）提升了数十倍。 光模块的技术迭代也推动了单位比特成本与能耗的不断下降，平均每四年下降一半。如果光模块厂商不能及时推出更高速率与更小体积的新一代光模块，则会面临产品价格下降与毛利率降低的风险。 图表9：光模块带宽密度不断提升 图表10：光模块单位比特成本与功耗持续下降 1.3、数通与电信市场是光模块的主要应用场景 随着科技的飞速发展，5G、大数据、区块链、云计算、物联网以及人工智能等应用持续推进，数据流量得到空前的增长。光纤的普及，使目前全球的通信市场基础设施都朝着全光网络的方向发展，光通信设备的保有量越来越大，光模块的应用随之增多。 当前光模块应用场景主要可以分为数据通信和电信网络两大领域。数据通信领域主要是指互联网数据中心以及企业数据中心。电信网络主要包括光纤接入网、城域网/骨干网以及5G接入、承载网为代表的移动网络应用。 图表11：光模块主要应用场景 数通场景：企业数据中心与互联网数据中心的主机房内放置大量网络交换机、服务器群等，它们是综合布线和信息化网络设备的核心，也是信息网络系统的数据汇聚中心。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就需要使用光模块、光纤等传输载体来实现数据的互通。 企业与大型互联网公司是数通市场的主要终端客户，其中大型互联网公司在建设数据中心时通常直接采购光模块。 电信场景：移动接入网侧，RRU和BBU设备互联需要依赖于光模块和光纤跳线。承载网络的城域接入层、汇聚层、核心层/省内干线为实现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。 固网光通信中，光纤接入、城域网、骨干网均采用光模块支撑高速连接。为了在长距离通信中节省光纤光缆的使用量，常用到波分复用（WDM）技术。因此CWDM光模块和DWDM光模块得到广泛采用，通过外接波分复用器，将不同波长的光信号复合在一起，通过一根光纤进行传输。 电信运营商是电信市场的主要终端客户，一般通过设备商间接采购光模块。 2、5G与云计算产生新增需求，800G与硅光引领行业发展 2.1、行业驱动：光模块行业受益于数字流量对光通信带宽需求的持续提升 5G网络的高带宽、云计算的海量数据、AI智能所需的高算力相互促进，深入到各行各业之中，创造出新的用户体验、新的行业应用以及新的产业布局，极大地促进了数据的产生以及流动。 根据爱立信的数据，全球每月数据流量在2019与2020年分别达到180和230艾字节（exabytes）。到2026年，该数据将增长至2020年的三倍以上，达到780艾字节。 图表12：数据流量的增长趋势（艾字节/月） 光电子、云计算技术等不断成熟，将促进更多终端应用需求出现，并对通信技术提出更高的要求。受益于信息应用流量需求的增长和光通信技术的升级，光模块作为光通信产业链最为重要的器件保持持续增长。根据LightCounting的数据，2016年至2020年，全球光模块市场规模从58.6亿美元增长到66.7亿美元，预测2025年全球光模块市场将达到113亿美元，为2020年的1.7倍。 图表13：全球光模块市场规模及预测（百万美元） 2.2、电信市场：千兆光纤接入与5G网络持续建设，电信光模块仍有发展空间 10GPONFTTx规模部署，向50GPON演进：根据LightCounting的数据，2020年FTTx全球光模块市场出货量约6,289万只，市场规模为4.73亿美元，随着新代际PON的应用逐