电子行业研究：人工智能加速落地，光芯片与光模块开启高景气周期

数据量的指数级增长使得光通信技术逐渐崛起，光芯片成为现代光通信的核心元件，能够实现光信号与电信号之间的转换，并与其他电子元器件以及光器件共同组成光模块，最终应用于电信市场、数据中心等领域。光芯片包括激光器芯片与探测器芯片，激光器芯片技术壁垒较高，依照结构不同又可分为VCSEL、FP、DFB、EML等不同种类。 全球范围内光芯片厂商多采用IDM模式，主要原因系1）光器件遵循特色工艺，价值量的提升不完全依靠制程的提升，更需要工艺平台实现光器件的特色功能，核心竞争力在工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性。2）光芯片制造的核心环节为外延和光栅，高速率光芯片有源区量子阱的层数较中低速率激光器芯片增加超过50%，需要对量子阱实现埃米级（0.1nm）的精度控制。其次，高速率光芯片的光栅升级为变相非等周期布拉格光栅，需使用更高精度和更先进的电子束光栅系统，以达到纳米级精度。 光芯片下游直接客户为光模块厂商，光模块与光芯片的国产化率出现明显的差距。根据Lightcounting和ICC的数据，2022年全球光模块份额前十的厂商中有7家中国厂商，而25G光芯片的国产化率为20%，25G以上光芯片的国产化率仅5%。在海外数通市场向800G迭代以及国内数通市场向400G迭代的技术升级背景下，叠加国内光模块厂商的高市占率，国内的光芯片厂商有望加速国产替代进程。 光芯片下游市场主要包括数通市场、光纤接入市场和移动通信市场。数通市场：人工智能加速算力需求爆发，带动光模块向高速率和新技术趋势演进。1）当下海量大模型训练与推理都在云数据中心完成，带动数据中心与各类网络基础的加速建设，根据SynergyResearchGroup的数据，2024年全球超大型数据中心数量将超过1000个。2）英伟达AI数据中心采用与叶脊式相近的胖树（fat-tree）网络架构，相比于传统数据中心的带宽逐层收敛，英伟达AI数据中心无阻塞网络对于高速率光模块有更高的需求。3）海外云厂商的光模块新一轮升级周期逐渐开启，海外超大数据中心的交换机互联速率逐步由400G向800G升级，产品迭代推动800G光模块与高速率光芯片高景气周期来临。业内已有多款800G交换机和交换芯片已量产发布，800G光模块上量的基础条件已具备。4）基于磷化铟（EML）和砷化镓（VCSEL）衬底光芯片的可插拔光模块仍是业界主流，LPO、CPO、硅光、薄膜铌酸锂等新技术持续演进。 光纤接入：“宽带中国”推动光纤网络建设，高速宽带开启10GPON升级拉动光芯片需求。FTTx光纤接入是全球光模块用量最多的场景之一，而我国是FTTx市场的主要推动者。截至22年底，我国1000Mbps及以上接入速率用户占比仅15.6%，10GPON端口数量达到1523万个，同比几乎翻倍。在全面部署千兆光纤网络的政策推动下，10G-PON作为千兆光纤网络的核心技术，仍有较大向上空间。海外光纤建设仍有较大潜力，截至22年9月，欧洲仅有8个国家的FTTH/B的渗透率超过了50%。 移动通讯：国内5G建设继续稳步推进，2023年新建5G基站60万个。海外5G建设持续加速，北美地区已进入第二波扩建潮，东南亚和大洋洲的5G建设也正在快速增长。按应用场景可分为前传、中回传光模块，前传光模块速率需达到25G，中回传光模块速率则需达到50G/100G/200G/400G，带动25G甚至更高速率光芯片的市场需求。 重点推荐：中际旭创、源杰科技、新易盛、天孚通信、光库科技 海外市场陷入衰退；人工智能终端应用落地不如预期；美国加大对华制裁力度；下游需求不及预期。 内容目录 一、现代光通信核心组件，国产替代空间广阔6 1.1光芯片系光通信核心元件，位于光通信产业链上游6 1.2特色工艺成光芯片核心竞争力，IDM模式为行业主流12 二、人工智能推动高算力需求，光芯片下游市场持续扩容15 2.1数通市场：人工智能加速算力需求爆发，带动光模块向高速率和新技术趋势演进15 2.2“宽带中国”推动光纤网络建设，高速宽带开启10GPON升级拉动光芯片需求23 2.35G基站全球建设持续推进，移动通信中后传国产空间广阔26 三、A股重点光芯片/光模块公司梳理28 3.1主线一：光芯片厂商28 源杰科技：国产光芯片领先厂商，数通和电信市场双轮驱动28 长光华芯：国产激光芯片龙头，布局数据中心光芯片30 仕佳光子：国产无源光器件龙头，无源+有源同步拓展31 3.2主线二：光模块及其他零组件厂商33 中际旭创：全球光模块龙头厂商，800G光模块加速公司发展33 光迅科技：从光芯片到光模块的一体化布局厂商34 新易盛：800G+硅光+LPO全面布局，海外市场加速拓展36 天孚通信：光器件平台型供应商，光引擎驱动长期发展37 天通股份：材料、装备协同发展，公司迈入发展快车道38 光库科技：稀缺光器件供应商，前瞻布局薄膜铌酸锂赛道40 富信科技：解决方案覆盖全产业链，高端TEC逐步国产替代41 华工科技：校企改革赋予新生动能，业务布局多点开花42 四、风险提示43 图表目录 图表1：光电子器件示意图6 图表2：2023年全球光电子市场规模有望达454亿美元6 图表3：2025年全球数据增量达157ZB6 图表4：2018至2024年全球总数据流量将成长4.5倍6 图表5：光芯片在光通信中用于产生和接受光信号7 图表6：光芯片位于光通信产业链上游7 图表7：光模块结构示意图（SFP+封装）8 图表8：光芯片可分为激光器芯片和探测器芯片8 图表9：激光器分类9 图表10：激光器芯片原理示意图9 图表11：边发射激光芯片（EEL，左）和面发射激光片（VCSEL，右）10 图表12：激光器芯片产品性能及应用场景10 图表13：PIN型二极管示意图11 图表14：雪崩光电二极管示意图11 图表15：探测器芯片产品性能及应用场景11 图表16：三五族化合物半导体材料可以满足高频、发光、高功率、高电压等特殊应用场景12 图表17：IDM与Fabless模式示意图12 图表18：海内外光电子期间厂商多采取IDM模式12 图表19：光芯片主要工艺流程图13 图表20：25GDFB光芯片工艺流程图13 图表21：10G晶圆高清晰透射电子显微镜图像（7层量子阱）13 图表22：25G晶圆高清晰透射电子显微镜图像（11层量子阱）13 图表23：等周期光栅示意图14 图表24：变相非等周期光栅示意图14 图表25：2020年全球磷化铟衬底材料竞争格局14 图表26：2022年全球前十大模块厂商15 图表27：2021年中国光芯片竞争格局15 图表28：2024年全球超大规模数据中心超1000个15 图表29：2025年全球数据中心光模块市场达73亿美元15 图表30：数据中心网络架构从三层式向叶脊式升级16 图表31：光模块相对机柜用量倍数16 图表32：胖树网络架构示意图16 图表33：英伟达InfinBand计算网络架构17 图表34：计算网络节点数量统计17 图表35：英伟达DGXGH200超级AI计算集群可使用全光架构18 图表36：数据中心交换芯片吞吐量演进趋势18 图表37：博通交换芯片线路图18 图表38：机柜内部、机柜间、数据中心间光模块方案19 图表39：数据中心光模块升级路径19 图表40：光通信主要技术路径示意图19 图表41：光通信主要技术路径对比20 图表42：使用博通200GEML的1.6T光模块示意图20 图表43：使用博通100GVCSEL的1.6T光模块示意图20 图表44：英特尔硅光光模块示意图21 图表45：2028年硅光方案光模块的市场份额有望达到44%21 图表46：铌酸锂片上集成激光器示意图22 图表47：富士通200G薄膜铌酸锂调制器22 图表48：27年CPO在800G/1.6T光模块的份额达30%23 图表49：光电共封装的封装形式及发展趋势23 图表50：《“十四五”信息通信行业发展规划》主要建设目标23 图表51：10GPON解决方案示意图24 图表52：FTTx解决方案示意图24 图表53：22年中国固定互联网宽带各接入速率用户占比24 图表54：中国互联网宽带接入端口发展情况24 图表55：FTTx光模块用量和市场规模预测25 图表56：2027年FTTx光模块按地区销售额占比25 图表57：截至2022年9月欧洲主要国家FTTH/B渗透率（不含俄罗斯和白俄罗斯）25 图表58：源杰科技光纤接入激光器类型26 图表59：2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场份额26 图表60：2021年全球10GDFB激光器芯片市场份额26 图表61：中国通信基站数量变化情况27 图表62：海外市场5G渗透率仍有较大提升空间27 图表63：全球5G基站数量变化情况27 图表64：2016-2025E全球电信侧光模块市场规模28 图表65：移动通信市场主要激光器类型与供应商28 图表66：源杰科技发展历程29 图表67：2022年源杰科技主要产品和财务摘要29 图表68：2018-2023Q1源杰科技营业收入及增速29 图表69：2018-2023Q1源杰科技净利润及增速29 图表70：2018-2023Q1源杰科技毛利率和净利率30 图表71：长光华芯产品矩阵30 图表72：2018-2023Q1长光华芯营业收入及增速31 图表73：2018-2023Q1长光华芯净利润及增速31 图表74：2018-2023Q1长光华芯毛利率及净利率31 图表75：仕佳光子产品矩阵32 图表76：2018-2023Q1仕佳光子营业收入及增速32 图表77：2018-2023Q1仕佳光子净利润及增速32 图表78：2018-2023Q1仕佳光子毛利率及净利率33 图表79：2022年全球前十大光模块厂商33 图表80：2018-2023Q1中际旭创营业收入及增速34 图表81：2018-2023Q1中际旭创净利润及增速34 图表82：2018-2023Q1中际旭创毛利率及净利率34 图表83：光迅科技产品矩阵35 图表84：2018-2023Q1光迅科技营业收入及增速35 图表85：2018-2023Q1光迅科技净利润及增速35 图表86：2018-2023Q1光迅科技毛利率及净利率36 图表87：2018-2023Q1新易盛营业收入及增速37 图表88：2018-2023Q1新易盛净利润及增速37 图表89：2018-2023Q1新易盛毛利率及净利率37 图表90：2018-2023Q1天孚通信营业收入及增速38 图表91：2018-2023Q1天孚通信净利润及增速38 图表92：2018-2023Q1天孚通信毛利率及净利率38 图表93：2016-2022年天通股份营业收入及增速39 图表94：2016-2022年天通股份毛利率39 图表95：天通股份产品矩阵40 图表96：2018-2022年公司营收结构及增速41 图表97：富信科技2017-2021年分产品营收增速42 图表98：富信科技2017-2021年分产品毛利率42 图表99：TEC芯片散热系统42 图表100：富信科技主要TEC产品型号42 图表101：2018-2022年华工科技营收及增速43 图表102：2022年第三季度华工正源发布800G硅光模块43 1.1光芯片系光通信核心元件，位于光通信产业链上游 光芯片是利用光电转换效应制成的光电子器件。光电子器件包括发光二极管、激光器芯片、探测器芯片、光电耦合器等。在数通、电信等终端应用领域中，光芯片位于产业链上游，是光模块的核心元件，主要由激光器芯片和探测器芯片组成。光芯片是采用半导体芯片制造工艺，以电激励源方式，以半导体材料为增益介质，将注入电流的电能激发，从而实现 谐振放大选模输出激光，实现电光转换。其增益介质与衬底主要为掺杂III-V族化合物的半导体材料，如GaAs（砷化镓），InP（磷化铟）等。根据WSTS的数据，2023年全球光电子市场规模有望达到454亿美元，相较2022年的438亿成长4%。