通信设备光模块行业深度：AI算力爆发在即，光模块迎来确定性高增

请务必阅读最后一页股票评级说明和免责声明1 行业研究/行业专题报告 2023年6月28日 AI算力爆发在即，光模块迎来确定性高增 领先大市-A(首次) 光模块行业深度 通信设备 通信设备板块近一年市场表现 资料来源：最闻 分析师：高宇洋 执业登记编码：S0760523050002邮箱：gaoyuyang@sxzq.com 投资要点： 光模块是光通信产业链的重要组成部分，目前市场规模约百亿美元。光模块充分受益于下游电信与数通市场高速发展，行业增长确定性强。 从光模块下游市场来看：1）电信市场是光模块的发源场景，需求保持稳中有增。一方面，电信用光模块主要集中在前传，对光模块速率要求低且产品迭代速率慢，三大运营商计划将资本开支逐渐倾斜于云计算等算力网络场景；另一方面，光纤入户规模扩大与速率向10GPON升级助推光模块需求；2）数通市场是光模块主要市场且发展迅速。数据中心流量增加和网络架构由传统架构转变为叶脊网络架构推动光模块数量和速率快速提高。目前光模块正处于向800G速率发展的新周期。 以ChatGPT为首的AI军备竞赛开启，大幅拉动800G等高速光模块需求量，北美云厂商订单与业绩超预期催化光模块继续放量。英伟达超级计算机DGXGH200推出，单GPU与800G光模块配比量数倍增加；国内外云计算公司陆续推出大语言模型，训练侧模型架构复杂多元，参数量由千亿达到万亿，算力需求大幅增加；推理侧仍在流量增加时期，大模型军备竞赛进入稳态后随AI普及推理侧将成为光模块用量的主要阵地。 光模块速率提高与低功耗需求日益强烈，硅光、CPO等技术趋势有望成为长期解决方案。硅光芯片采用“光互联”，叠加CPO技术，将光引擎与交换芯片共同封装，在速率提高的同时大大缩减功耗；此外，LPO，相干技术及薄膜铌酸锂等技术亦成为光模块优化主要新趋势，光模块科技属性增强，研发壁垒与客户认证壁垒增高，长期趋势进一步向好。 国内厂商主导光模块市场，新周期下龙头厂商技术与市场全面进展，行业内参与者均各有所长。1）光模块全球市占前10中国占据7家，龙头企业在新技术与海外客户均布局完善，其他公司在技术与客户导入上各有侧重。2）光芯片光在光模块中成本占比过半且主要以外购为主，我国相较海外仍落后，光模块厂商参股及收并购芯片厂商或进行自研芯片，一体化布局拥有更多自主权。 投资建议：建议关注中际旭创，新易盛，天孚通信，华工科技，博创科技，光迅科技，联特科技，光库科技，剑桥科技，铭普光磁。 风险提示：800G需求不及预期：AI产业发展不及预期：公司海外客户合作及技术进步不及预期。 目录 1.光模块：光通信的重要光电子器件6 2.AI拉动需求激增，国内厂商乘风而上7 2.1电信市场稳中有增，数通市场前景广阔7 2.1.1电信市场为光模块发源，运营商资本支出由5G倾向算力7 2.1.2数通市场推动演进，叶脊架构提升需求9 2.2AI：ChatGPT开启技术革命，光模块市场星辰大海10 2.2.1AI大模型打开算力需求天花板，云厂商业绩超预期催化后续支出10 2.2.2从英伟达计算机和大模型算力预测：800G光模块需求量显著提升12 2.3格局：国内厂商主导市场，随技术迭代各有优势17 2.3.1产业东移，中国厂商逐渐占领高地17 2.3.2技术迭代：CPO和硅光有望成为长期解决方案18 2.3.3厂商机遇：龙头升级换代，新秀弯道超车23 2.3.4向上布局芯片，一体化掌握话语权24 3.重点关注标的26 3.1从估值端看当前光模块市场26 3.2主要公司建议关注26 4.风险提示32 图表目录 图1：光模块示意图6 图2：光模块结构图6 图3：光通信产业链6 图4：全球电信侧光模块市场规模及预测（百万美元）7 图5：电信光传输网络建设对光收发模块的需求7 图6：从左至右分别（移动、电信、联通）三大运营商资本支出结构变化（单位：亿元；%）8 图7：国内互联网宽带接入用户数：FTTH/08 图8：按地区/国家划分的PON设备市场预测8 图9：全球数据中心光模块市场规模及预测（百万美元）9 图10：通用数据中心使用光模块9 图11：通用数据中心迭代：叶脊网络架构9 图12：可插拔光模块向800G演进10 图13：5大云厂商光模块销售情况10 图14：神经网络模型持续扩大11 图15：GraceHopper芯片架构11 图16：140节点的NVIDIADGXSuperPOD计算侧架构13 图17：计算侧交换机及线缆数量13 图18：140节点的NVIDIADGXSuperPOD存储侧架构13 图19：存储侧交换机及线缆数量13 图20：计算侧和存储侧的线缆全部采用NVIDIAMF1S00-HxxxE13 图21：NVIDIADGXGH200存储侧架构14 图22：NVIDIADGXGH200结构14 图23：GPT-3计算参数14 图24：NVIDIAA00TENSORCOREGPU规格15 图25：A100采用FP16精度训练大模型15 图26：FLOP利用率（GPT-3为21.3%）15 图27：NVIDIAH00GPU规格16 图28：部分国内外大模型参数量节选16 图29：NVIDIAA30CoreGPU规格16 图30：A10技术规格和功能16 图31：2021年光模块主要厂商市占率18 图32：2021年主要厂商市场份额变动情况18 图33：不同速率光模块在以太网交换机中成本占比18 图34：CPO封装示意图18 图35：可插拔光模块发展历程19 图36：CPO市场规模及增速19 图37：400GZR光模块的功耗分解19 图38：无需DSP的交换机功耗可下降25%左右19 图39：LPO功耗可下降50%左右20 图40：传统光模块、LPO与CPO各个维度的比较20 图41：硅光模块的历史销售及预测21 图42：硅光技术图解21 图43：全球ZR光模块市场规模（单位：亿元）21 图44：标准400G以太网接口的PMD，特征和应用21 图45：薄膜铌酸锂调制器与传统铌酸锂调制器对比22 图46：高速率模块光芯片市场空间及预测（百万美元）25 图47：2019-2024年中国光芯片占全球光芯片比例预测25 图48：光模块厂商参股或收购芯片供应商情况25 图49：万得光模块板块PE-Band26 图50：中际旭创营收与归母净利润27 图51：中际旭创营收按区域分27 图52：中际旭创PE-Band27 图53：新易盛营收与归母净利润28 图54：新易盛毛利率较高28 图55：新易盛PE-Band28 图56：天孚通信营收与归母净利润29 图57：天孚通信营收分产品29 图58：天孚通信PE-Band29 图59：华工科技营收与归母净利润30 图60：华工科技光电器件产品营收及同比30 图61：华工科技PE-Band30 图62：博创科技营收与归母净利润31 图63：博创科技营收分市场31 图64：博创科技PE-Band31 表1：今年AI大模型军备竞赛不完全节选11 表2：业绩超预期催化后续需求12 表3：光模块全球市占率排名17 表4：光模块厂商800G光模块进展23 表5：主要厂商技术研发进展23 表6：建议关注公司31 1.光模块：光通信的重要光电子器件 光模块是用于通信设备之间数据传输的光电子器件，主要作用是进行光电和电光转换。从结构上来看，光模块主要由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成。其中，光收发组件TOSA/ROSA是光模块的核心部分，TOSA负责将接收到的电信号转换为光信号，经光纤传送后，通过ROSA将光信号转换为电信号，并经前置放大器后输出。根据OFWEEK与前瞻产业研究院，光模块中光器件成本占比约73％左右，其中TOSA占到光器件总成本的48％，即整个光模块成本的35%；ROSA占到了光器件总成本的32％，即整个光模块成本的23%。 图1：光模块示意图图2：光模块结构图 资料来源：，中际旭创年报，山西证券研究所资料来源：《5G承载光模块》白皮书，山西证券研究所 从产业链来看，光模块在光通信产业链中位于中间位置，上游包括光芯片（分为有源和无源）和光组件，两者构成光器件（同样分为有源和无源），光器件与电芯片、PCB等构成光模块，其中光器件占光模块成本最高，其中光芯片占光模块成本比超过50%；光模块在产业链后续应用于光通信设备，并在终端应用于以中国移动、中国联通和中国电信三大运营商为主的电信市场，以及以谷歌、微软、亚马逊、Meta四大云服务厂商为主的数通市场。 图3：光通信产业链 资料来源：福睿研究，山西证券研究所 2.AI拉动需求激增，国内厂商乘风而上 本部分我们将阐述当前光模块行业主要现状及趋势，光模块此前主要应用于电信与数通两大市场，其中电信市场份额逐渐减小，数通市场为主要市场；2022年后云厂商资本支出有所下行，但ChatGPT的出现引发AI科技革命，边际带动数通市场整体向上抬升，AI成为光模块的主要增长点并有望长期拉动技术层面和需求层面的深刻变革；我国光模块厂商已主导光模块市场，在本轮迭代中各有优势，有望受益于PE拔升和业绩兑现迎来戴维斯双击。 2.1电信市场稳中有增，数通市场前景广阔 2.1.1电信市场为光模块发源，运营商资本支出由5G倾向算力 电信市场是光模块的发源地。从电信网络传输需求来看，5G传输网络由前传、中传和回传组成，分别将蜂窝基站、核心网络和数据中心连接起来，其中前传主要使用10G、25G光收发模块，中传主要使用50G、100G、200G光收发模块，回传主要使用100G、200G、400G光收发模块。前传子系统具有长距离高密度的特点，对光模块需求量最大，因此对光模块需求主要较低速率的光模块为主，根据LightCounting，全球电信侧光模块市场2020年市场规模约21.66亿美元，预计到2025年将达到33.54亿美元，2023-2025年增速分别3.4%/11.8%/9.2%。同时根据我们判断的产业发展历史经验，电信市场光模块约7-10年速率迭代一次，相较数通市场相对较慢。 图4：全球电信侧光模块市场规模及预测（百万美元）图5：电信光传输网络建设对光收发模块的需求 资料来源：源杰科技招股书援引Lightcounting，山西证券研究所资料来源：德科立招股书，山西证券研究所 （注：全球电信侧光模块市场规模及预测中不包括FTTx市场） 另一方面，我国5G投资逐步迈过高峰，增速趋于平稳。从资本支出结构上来看，三大运营商预计未来资本支出逐渐向云计算等算力方向倾斜：中国移动对2023年算力网络的资本开支预算提高到452亿元，同比提高近35%；中国电信2023年计划在产业数字化方面资本支出占比提高9.1%；中国联通计划2023年算力网络资本开支将达到149亿元，占总资本开支比例将达到19.4%，同比增长超过20%。 图6：从左至右分别（移动、电信、联通）三大运营商资本支出结构变化（单位：亿元；%） 资料来源：C114通信网援引自各公司财报，山西证券研究所 另一方面，光纤入户规模继续扩大，向10GPON升级已经是大势所趋，亚太运营商正引领全球接入网向10G速率升级。国内来看，截至2023年4月我国FTTH/0占比已超过95%；截止2022年底，千兆及以上接入速率的固定宽带用户9,175万户，规模是上年末的2.7倍；建成具备千兆服务能力的10GPON端口数达1,523万个，较上年末接近翻倍。全球来看，根据Omdia数据显示，大多数国家的FTTH基础设施建设势头正在增强，预计到2027年，全球FTTH家庭渗透将超过12亿户；全球PON设备市场预计在2027年超过180亿美元。 图7：国内互联网宽带接入用户数：FTTH/0图8：按地区/国家划分的PON设备市场预测 资料来源：wind，山西证券研究所资料来源：中际旭创年报援引Omdia，山西证券研究所 总结而言，电信市场方面，传统移动网络占资本开支比重有所