机械行业光模块设备报告：AI带动光模块需求高增，设备市场空间广阔

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 光模块设备报告 ——AI带动光模块需求高增，设备市场空间广阔 2023.07.03 中泰机械首席分析师：王可 执业证书编号：S0740519080001 1 核心观点： 光模块是光纤通信系统中核心器件之一，它的功能是实现光电信号的相互转化。因为人工智能、大数据、区块链、云计算、物联网、5G的兴起,使得光模块需求迅猛增长。光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场，其中数通市场增速最快。 AI算力需求爆发带动光模块产业发展加速。随着电信市场、数据中心领域扩张需求增强、以及光通信技术的成熟和成本下降，全球光模块市场快速增长。根据Lightcounting预计，光模块市场2021-2025年的复合年增长率为11%，预测2025年全球光模块市场将达到113亿美元。其中2021年全球数据中心光模块市场规模为43.8亿美元，2025年全球数据中心光模块市场规模预计将增长至73.3亿美元，2021-2025年的复合年增长率达14%。光模块国内供应链健全，可出口海外，相对光通信其他领域，光模块业绩弹性更大。 光模块朝着高速、高集成度的方向发展。光模块在近20多年技术进步迅速，支持的速率也从最初的不到10Gbps发展到目前最高的800Gbps，并且随着对数据交换需求的提升，光模块将来会进一步提速。光模块的集成度的提升，会带来系统的可靠性和稳定性的增强和能耗降低。 数据中心光模块大多采用COB封装技术，高速光模块对设备精度要求更高。光模块生产工艺主要环节包括贴片、打线、光学耦合、测试，其中贴片机是价值量最高的环节。400G、800G等高速光模块快速发展会拉动高精度贴片机需求。硅光子技术和CPO等方案具备高速、高密度、低功耗的优势，有望成为下一阶段的封装工艺。 受益标的：贴片机：罗博特科、易天股份、博众精工、凯格精机；焊接：联赢激光 风险提示：高速光模块技术进展不及预期；数通领域需求不及预期；相关上市公司技术进展、扩 产速度不及预期；研报使用信息更新不及时的风险。2 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 1 光模块市场空间广阔 领先｜深度 信 1.1光模块是光纤通信系统中核心器件之一 光模块是光纤通信中的重要组成部分：是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。光模块由光器件、功能电路和光接口组件等组成，其中核心构成器件是光收发器件，主要包括TOSA，ROSA。 光模块的是完成光电转换的器件，在光模块的发送端电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收 端再把光信号转换成电信号。 图表1：光模块结构图表2：光模块工作原理 来源：源杰科技招股书，中泰证券研究所来源：搜狐新闻，中泰证券研究所 1.1光模块是光纤通信系统中核心器件之一 数通市场是光模块增速最快的市场：光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场，其中数通市场增速最快，已超越电信市场成为第一大市场，是光模块产业未来的主流增长点。 图表3：光模块用于电信市场图表4：光模块用于数通市场 来源：finisar，中泰证券研究所来源：finisar,中泰证券研究所 1.2光模块市场广阔，相对其他环节业绩弹性更高 多因素促进光模块市场持续高增。随着通信技术的发展需求、数据中心的扩张需求、光通信技术的成熟和成本下降，使得全球光模块市场快速增长。根据Lightcounting预计，光模块市场2021-2025年的复合年增长率为11%，预测2025年全球光模块市场将达到113亿美元。 国产厂商光模块竞争力增强，份额不断提升。得益于国内光模块企业的技术进步和产业链集成能力增强，光模块逐步实现国产替代。2021年，光迅科技、中际旭创、海信宽带、昂纳信息进入全球前十，合计占据全球26%的市场份额。国内光模块供应链健全，可以出口海外，相对于光通信其他领域，光模块业绩弹性更大。 图表5：全球光模块市场规模预测（百万美元）图表6：2021年全球光模块市场份额占比 来源：源杰股份招股说明书，LightCounting，中泰证券研究所来源：前瞻产业研究院，中泰证券研究所 1.3光模块发展趋势：增强传输能力，提升器件集成化 数据需求增加+高速网络需求，推动高速光模块快速发展。①数据量增加：随着云计算、大数据、物联网和人工智能等技术的快速发展，数据量呈指数级增长。为满足这些应用的需求，光模块需要提供更高的带宽来传输大量的数据。②传输速度增加：高清视频、虚拟现实、在线游戏等应用对网络带宽有较高要求，因此光模块需要提供更高的带宽。现有光模块带宽主要有40G、100G、200G、400G，目前正朝着800G、1.6T甚至更高的带宽发展。 光模块集成化程度越来越高。①集成化设计可以减小模块的尺寸，满足紧凑型设备和高密度布局的需求。②现代通信系统越来越复杂，需要处理更多的信号和数据，简化系统的结构，提高系统的可靠性和稳定性。CPO（光电共封装技术）和硅光子技术等先进方案凭借高速、高密度、低功耗的优势备受关注。 图表7：光模块的发展趋势图表8：不同路线的100G光模块尺寸 来源：ITPUB，中泰证券研究所来源：矽力杰，中泰证券研究所7 1.4光模块产业链 光模块处于光通信产业链中游。光通信产业链包括光通信器件（含芯片）、光纤光缆和光整机设备。光模块厂商从上游企业采购光芯片及电芯片、光组件等原材料，经过集成、封装、测试合格后供给设备集成商整合为有对应需求的光通信设备，应用于电信及数据中心市场。 光器件和光芯片是光模块的两大核心部件，成本占比最高。以联特科技的成本构成为例，其中光器件占比36.5%，集成电路芯片占比22.4%，光芯片占比18.5%。光器件是光模块的重要组成部分，在成本中占比最高。 图表9：光模块产业链图表10：光模块成本构成 来源：源杰科技招股书，中泰证券研究所来源：联特科技招股书，中泰证券研究所 1.4光模块产业链标的 图表11：光模块产业链相关标的 来源：ofweek，ITBANK，前瞻产业研究院，中泰证券研究所 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 2 AI高算力推动，光模块需求高增 领先｜深度 信 2.1光模块发展历程：技术更迭速度快 光模块最早出现在1999年，光模块在20多年的时间里取得了显著的技术进步，支持的速率也从最初 的不到10Gbps发展到目前最高的800Gbps。 光模块的发展经历了从固定化到小型化和可热插拔的演进过程。最初的1X9封装逐渐转向小型化和可热插拔的方向，随后出现了GBIC模块作为独立模块使用，但体积较大限制了光口密度。为了满足高密度需求，SFP光模块诞生，体积更小且具备可热插拔功能，成为广泛应用的标准接口。随后出现了更多小型化、高速率、低成本的封装方式，如XENPARK、XPARK、XFP、CFP、SFP+等，不断提升速率和降低成本。 图表12：光模块发展历程 来源：前瞻产业研究院，中泰证券研究所 2.2行业为何近年发展迅速：AI发展加持 数通市场：光通信技术在数据中心内可提高计算和数据交换能力，光模块成为数据中心互连的核心部件。人工智能的发展将重塑基础设施，海量数据的处理需求将带来算力和网络的迭代升级。大模型训练与推理在云数据中心完成，推动数据中心与网络基础的加速建设。AI算力需求爆发，带动光模块向需求高增，同时也给促进了光模块技术的快速更迭。 根据LightCounting的数据，2021年全球数据中心光模块市场规模为43.77亿美元，预测至2025年，将增长至73.33亿美元，年均复合增长率为14%。 图表13：2024年全球超大规模数据中心数量（个图表14：2025年全球数据中心光模块市场（百万美 元） 来源：SynergyResearchGroup，中泰证券研究所来源：源杰股份招股说明书，LightCounting，中泰证券研究所 2.2行业为何近年发展迅速：全球数据量高增 全球数据量需求持续增长带动光模块需求增长，据根据Omdia的预测，在2018-2024年期间，来自蜂窝网络和消费者固定宽带网络的总数据流量将以28.7%的复合年增长率(CAGR)增长。2024年，576万PB数据将被传输，远远高于2018年的130万PB数据。这意味着市场扩大了4.5倍。 流量需求的增长+光通信技术的升级，光模块器件保持持续增长。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。 图表15：全球网络流量预测 来源：Omdia，中泰证券研究所13 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 3 光模块工艺与设备 领先｜深度 信 3.1光模块封装方式 数据中心光模块大多采用COB封装技术。光模块大致可以分为电信级和数据中心光模块。前者应用的环境 条件恶劣，更换维护困难；后者相对环境温和，维护便利。电信级光模块多采用气密性的To-can或BOX （盒式）封装技术；数据中心光模块多采用非气密性COB（板上芯片封装）封装技术。 COB封装优势：连接性能更好，体积更小、成本更低。性能方面：采用气密性封装的电信级光模块，激光器与PCB的连接需要通过FPC（软排线）和高频陶瓷，后才通过金线与激光器连接。在多个连接点上阻抗连续性以及信号完整性难以保障。而在COB封装中，激光器能够直接与PCB通过金线键合连接，大大减少了阻抗不连续点，能更好保障高速信号从PCB到LD的连接。体积方面：COB封装由于节省了高频陶瓷盒、软缆等部件，节约了空间。而使用COB封装，节约的空间能够给电学提高更多冗余设计，比如增加更多滤波电容、更大的高频信号隔离布局，从而提升模块性能。成本方面：COB封装节省了高频陶瓷盒和软缆等部件，工艺步骤上节省了充氮焊接密封、BOX检漏、FPC焊接、光器件单独检测等，减少物料成本和生产成本。 图表16：数据中心不同规格光模块比较图表17：BOX封装光模块和COB封装光模块实物图 15 来源：光迅科技公司公告，中泰证券研究所来源：光电汇OESHOW，中泰证券研究所 3.2光模块工艺流程 COB封装光模块的主要工艺步骤包括贴片（diebonding）、打线（wirebonding）、光学耦合、测试。其 中贴片机是价值量最高的环节。 图表18：光模块工艺主要流程步骤以及对应标的图表19：数通光模块主要购置设备（以光迅科技为 例） 来源：Wind,同花顺，光电汇OESHOW，开玖自动化，联赢激光，中泰证券研究所来源：光迅科技公司公告，中泰证券研究所 16 3.3核心工艺环节 1、贴片（DieBonding） 传统贴片工艺采用胶水贴装的方式将各类芯片固定在PCB上。例如数据中心光模块内的时钟恢复芯片、激光器驱动芯片、跨阻放大器芯片、激光器芯片、探测器芯片等，常用银胶直接贴装在PCB上。 光模块PCB板通常尺寸较小，为完成芯片的贴装，需在PCB板前端预留一部分空间形成“裸板” （无任何IC元器件）。贴装时先将导电粘合剂印刷在PCB“裸板”处，然后将IC芯片和半导体芯片贴装在各自的位置，再将粘合剂固化。 高精度贴片机是高速光模块核心设备，800G光模块的贴片精度高于400G，大部分的高端光模块内部核心激光器芯片贴装精度控制仅允许±3μm之间，为后面的器件耦合工艺提供足够、稳定的对准误差空间。高精度贴片机市场主要依赖进口，国产替代空间广阔。 图表20：贴片机关键要素图表21：贴片固定方式 17 来源：今日光电，中泰证券研究所来源：今日光电，中泰证券研究所 3.3核心工艺环节 2、引线键合（Wire-Bonding） 引线键合指芯片通过金属线键合与基板连接，电气面朝上；该工序的目的是使裸露的IC芯片通过梁式引线与印制电路板有可靠的电气键合。芯片贴装完成后，用引线将芯片的压焊位连接在印制电路板的焊盘上，通