AI行业跟踪报告之十：光模块：800G需求释放，中国厂商厚积薄发

AI大模型发展加速光模块迭代节奏，800G光模块放量或将超预期：根据 Lightcounting2021年的预测，800G光模块将从2025年底开始主导市场，主要原因是AI应用等带来的数据流量的增长，超预期的数据中心带宽需求以及光模块厂商技术的迭代。随着以chatGPT4为代表的AI大模型问世以及相关应用的快速发展，AI训练和推理服务器有望进一步推升高速率光模块的需求。目前头部云厂商已开始集中测试和采购800G光模块，我们预计800G光模块出货量将在23年下半年快速增长，放量节奏将超出此前Lightcounting预期。 图1：数据中心光模块需求演进（21-26年数据为预测值） AI服务器促使数据中心网络架构的演变，从而提升光模块需求：普通GPU服务器一般只要求单卡性能，而在AI训练中，GPU卡间需要大量的参数通信，模型越复杂，通信量越大，所以AI服务器除了要求单卡性能外，还要求多卡间的通讯性能。 这促使数据中心整体架构由传统的三层网络架构转化为脊叶式架构，数据流量从南北向到东西向转变。叶脊使用所有的互联链路，每台叶交换机都连接到了脊交换机上，脊交换机之间和叶交换机之间没有任何互连，相对于传统的三层网络架构而言，减少了设备寻找或等待连接的需求，从而减少了延迟及流量瓶颈。由于其特殊的拓扑结构，系统对于光模块的需求得到了提升。 随着数据中心对于带宽需求的提升，叶脊架构中的光模块也在持续升级之中。速率方面，亚马逊、谷歌、微软、Facebook等北美超大型数据中心内部互连已经在2019~2020年开始商用部署400Gb/s光模块；国内数据中心正由100Gb/s逐步向400Gb/s过渡。根据IMT2020（5G）推进组预计，数据中心交换芯片吞吐量预计2023年将达到51.2Tb/s，2025年之后达到102.4Tb/s，800Gb/s和1.6Tb/s更高速率将成为实现高带宽数据交换的重要选择。 图2：传统三层网络架构 图3：叶脊架构 Lightcounting预测光模块市场23年将出现10%下滑，但800G/1.6T光模块预计仍维持高增：根据LightCounting23年3月发布的最新报告，其下调了2023年以太网光模块销售的预测，从22年10月预测的2%的增长到现在10%的下降，24-28年的复合增长率预期仍为13%。下降的主要原因是云巨头Meta公司放缓了数据中心的建设部署，支持元宇宙业务的数据中心升级计划许多都被搁置或缩小了规模。但Meta公司确认了其建立人工智能基础设施，并追赶亚马逊和谷歌的承诺，目前大多数400G光模块使用的场景，接下来将使用800G光模块。 LightCounting并未太多的削减Meta对400G/800G光模块的需求预测，LightCounting对1.6T光模块的出货量预测没有改变，这些模块需要满足谷歌、亚马逊和微软运营的数据中心每年40%带宽增长的需求。 图4：以太网光模块销售额增长率（%，23-28年数据为预测值） 800G LPO方案或将成为AI服务器集群中最具性价比方案：LPO(Linear-drive Pluggable Optics)是线性驱动可插拨光模块，在数据链路中只使用线性模拟元件，无CDR或DSP芯片的设计方案。在OFC 2023上，多家厂商展示了其linear-drive方案，包括Macom、Broadcom和Cisco等公司。相较DSP方案，LPO可大幅度减少系统功耗和时延（功耗相较DSP可下降接近50%，与CPO的功耗接近），而系统误码率和传输距离有所牺牲，深度契合目前AI计算中心的短距离大带宽低功耗低时延的数据连接需求。建议积极关注国内光模块公司在800G LPO方案的进展。 国内光模块厂商彰显强大竞争力，在800G时代有望持续扩大份额：根据Lightcounting，2021年全球前十大光模块厂商，中国厂商占据六席，分别为旭创（与II-VI并列第一）、华为海思（第三）、海信宽带（第五）、光迅科技（第六）、华工正源（第八）及新易盛（第九）。在800G/1.6T技术方面，国产厂商也都有深度布局，未来有望持续受益800G光模块需求的放量。在2023年OFC大会上，各大国内厂商发布并展示最新800G/1.6T光模块产品，例如：中际旭创发布基于5nm DSP和先进硅光子技术的第二代800G OSFP DR8+和2xFR4光通信模块，以及1.6T OSFP-XD DR8+可插拔光通信模块；新易盛推出多款800G光模块，其中基于薄膜铌酸锂(TFLN)调制器的800G OSFP DR8模块功耗仅为11.2W，是目前业界最节能的光模块；光迅科技首次展出业界最新的数据中心内部高速互联1.6T OSFP-XD DR8和800G QSFP-DD800 SR8光模块。 投资建议：AIGC应用加速落地催化超算数据中心和智算数据中心的建设，推动数据中心内部的数据传输和数据中心间互联，基于AI服务器对于大带宽、低功耗、低时延的数据连接需求，我们预计云巨头厂商将持续加大高速率光模块的采购量。建议关注：（1）光模块：中际旭创、新易盛、剑桥科技、光迅科技、华工科技；（2）光芯片：源杰科技；（3）光引擎：天孚通信。 风险提示：电信与数通市场基础设施投资不及预期、行业竞争加剧、硅光等新技术发展不及预期。 表1：光模块重点上市公司盈利预测与估值（单位：亿元）