AI产业背景下的2024年光通信市场展望

北美云厂商持续增加AI产业投入 2023年Q3/Q4，谷歌、微软、亚马逊、Meta四家北美科技巨头的合计资本开支分别环比增长8.24%/15.86%。谷歌CIO Porat表示2024年将增加在数据中心、GPU等科技基础设施建设上的投资；微软CFO AmyHood表示数据中心、AI计算、CPU、GPU及其他网络设备的需求不断扩大，资本支出将随之增加；亚马逊CFO Brian Olsavsky表示，预计未来基础设施的资本支出将增加以支持AI和大语言模型领域的额外投资。 国内AI产业政策持续落地 2024年2月19日，国务院国资委召开“AI赋能产业焕新”中央企业人工智能专题推进会。会议强调，中央企业要把发展人工智能放在全局工作中统筹谋划，深入推进产业焕新，加快布局和发展人工智能产业。开展AI+专项行动，强化需求牵引，加快重点行业赋能，构建一批产业多模态优质数据集，打造从基础设施、算法工具、智能平台到解决方案的大模型赋能产业生态。 2024年新技术：1.6T光模块、200G光芯片、硅光800G光模块 我们认为2024年800G光模块需求快速增长的同时，英伟达的第八代InfiniBand网络解决方案有望和新的算力芯片同步推出。基于XDR标准的第八代InfiniBand网络产品将带来1.6T光模块和200G光芯片的需求。同时根据Yole的预测， 2022至2028年硅光芯片市场复合年均增长率为44%。 推动这一增长的主要因素是用于高速数据中心互联的800G可插拔光模块。 我们认为800G硅光光模块需求增长有望带给国产CW-DFB硅光光源更多的导入测试机会。 国内AI产业发展为国产算力网络提供发展机会 我们认为中央企业入局AI，会有类似运营商在3G蜂窝网络发展初期为产业赋能的重要作用，中央企业的积极投入为国产算力产业链带来更多的商用机会。AI算力网络中的国产交换机芯片、数据中心交换机、国产光芯片均有望得到切实有力的支持。和东数西算工程布局相结合的算力网络建设是我国AI基础设施的重要特点，东数西算枢纽节点之间的算力网络建设为400GOTN带来更大的市场空间，骨干网有望成为运营商资本开支重点支持的建设方向。 投资建议 首先，受益北美AI产业发展，2024年800G光模块、1.6T光模块和硅光光模块需求有望保持增长，建议关注：1）光模块和光引擎供应商：天孚通信、中际旭创、新易盛、联特科技；2）具备硅光CW光源产品能力的：源杰科技、仕佳光子；3）薄膜铌酸锂调制器供应商：光库科技。其次，随着我国AI产业政策落地，中央企业入局AI产业，国内算力网络产业链有望首先受益，建议关注：1）国产交换机芯片供应商：盛科通信-U；2）国内领先的数据中心交换机厂商：紫光股份、锐捷网络；3）国内骨干网400G OTN产业链企业：烽火通信、光迅科技、德科立。 风险提示：AI产业发展不及预期，国内AI产业政策落地不及预期。 1.2024年AI产业加速发展 1.1在AI的催化下北美云厂商资本开支恢复增长： 回想2022年四季度，谷歌、微软、亚马逊、Meta四家北美科技巨头的资本开支连续两个季度环比增长，但是市场普遍认为科技巨头们有可能下修2023年资本开支的担忧，进而对数据中心光通信产业链的业绩持悲观预期。这一担忧在2023年上半年得到了验证，2023年Q1-Q2四家公司的OPEX持续环比下降。但是AIGC使这一态势快速扭转，2023年Q3/Q4四家公司的资本开支分别环比增长了8.24%/15.86%。 图表1：2023年下半年，北美云厂商资本开支恢复增长 与2022年底的不同，在四家公司合计资本开支连续两个季度环比增长并创新高时，市场对北美互联网公司2024年资本开支保持乐观的预期。 图表2：北美云厂商2024年AI产业投资意向 我们认为AI产业持续发展的催化因素可能来自两个方面：一是一种爆款应用和商业模式的出现；二是头部的科技公司把AI看作战略方向，并开始军备竞赛。我们认为2024年Sora、Gemini1.5大模型、Groq芯片等AI和算力产品的快速迭代应该是科技公司在AI战略方向持续加大投入的结果。 1.2我国AI产业政策持续加强 把AI看作战略产业的不仅是头部科技企业，中美两国政府同样高度重视AI产业发展。美国从2022年开始不断加强AI芯片对华出口管制，甚至限制我国用户对美国IaaS产品的访问，这恰恰说明了AI产业的重要地位。 图表3：美国AI相关的对华限制措施 OpenAI和英伟达的产品代表了美国科技企业在AI产业的领先优势，也让美国的管制政策可以做到有的放矢。但是我们认为，我国的AI产业政策落地可以推动国产算力和AI产业长期发展，并形成自己的AI产业发展路径： 类似于3G无线蜂窝网络建设初期我国缺少标准、芯片、终端产品，但是通过三大运营商持续的资本开支投入，最终形成了自己的TD-SCDMA标准。虽然目前国产算力落后于美国科技企业，但是中央企业入局打造从基础设施、算法工具、智能平台到解决方案的大模型赋能产业生态，有望推动国产AI生态不断发展和完善； 算力网络和东数西算相结合，算力网络适度超前建设； 国产GPU、交换机芯片、光芯片、高端交换机等算力相关产业受益，赢得加速发展的机会。 图表4：2023年以来我国主要的算力和AI产业政策 《IDC中国加速计算服务器半年度市场跟踪报告》预计2022年中国通用算力规模达54.5 EFLOPS，预计到2027年通用算力规模将达到117.3 EFLOPS。 2022年中国智能算力规模达259.9每秒百亿亿次浮点运算（EFLOPS），2023年将达到414.1 EFLOPS，预计到2027年将达到1117.4 EFLOPS。2022-2027年期间，中国智能算力规模年复合增长率达33.9%，同期通用算力规模年复合增长率为16.6%。 图表5：2020-2027中国通用算力规模及预测 图表6：2020-2027中国智能算力规模及预测 1.3算力设备和算力网络有望加速迭代 在Gartner看来，截止2023年生成式AI来到了期望膨胀期的“顶峰”，距离生产成熟期的时间需要2-5年的时间。生成式AI作为AI新兴技术，可以从大量原始数据库中学习，生成新的衍生内容、战略、设计和方法，进而对商业产生深远影响。 图表7：Gartner 2023年新兴技术成熟度曲线 我们认为以IB网络、800G光模块、交换机等为主的AI算力网络，是AIGC产业发展的必要硬件基础。在2023年，得益于AI产业的资本投入热潮，GPU龙头企业英伟达、国内受益AI光网络需求实现产品批量交付的中际旭创、天孚通信等企业均实现了业绩快速增长。我们要思考是，AI网络和GPU芯片作为AIGC的重要硬件基础，在2024年AI产业发展演化的过程中会发生哪些变化。我们的主要观点包括： 2024年第八代IB网络有望落地，带来1.6T光模块和200G光芯片需求； 800G硅光光模块需求增长，并给国产CW-DBF硅光光源提供导入测试机会； AI政策催化下，国产交换机芯片、数据中心交换机、国产光芯片等算力网络产业链企业获得发展良机。 2.AI网络在2024年有望继续快速升级 2.1第八代IB网络有望在2024年实现交付 2023年配合H100 GPU的部署，NVIDIA提供的Quantum-2网络设备采用第七代NVIDIA InfiniBand架构，通过软件定义网络、网络计算、性能隔离、高级加速引擎、远程直接内存访问(RDMA)以及高达400 Gb/s的超快的速度，为先进的超级计算数据中心提供助力。 图表8：第一代到第七代IB网络演进 Quantum-2包括CX7网卡、交换机、光模块（收发器和线缆）。Quantum-2固定配置交换机支持供给51.2T的双向吞吐量，通过32个OSFP物理连接器（光模块）提供64个400Gb/s端口。Quantum-2固定配置交换机的部署带来了800G光模块的规模部署需求。 图表9：NVIDIA Quantum-2第七代IB网络设备 按照InfiniBand Trade Association发布InfiniBand Roadmap，NDR之后的下一代IB网络为XDR，提供800G的网络能力，采用4×200G架构。我们认为在2024年英伟达有望推出第八代NVIDIA InfiniBand架构的产品。 图表10：InfiniBand Roadmap 2.2超级以太网联盟推动ROCE v2在AI场景落地 InfiniBand设计之初就考虑了RDMA(RemoteDirect Memory Access)，从硬件级别保证可靠传输，提供更高的带宽和更低的时延。但是成本高，需要支持IB网卡和交换机。出于竞争格局和降低成本的考虑，产业界积极为AI提供InfiniBand架构之外低成本方案。 图表11：RDMA网络分类 图表12：RoCE和InfiniBand比较 超级以太网联盟致力于通过RoCE协议赋予以太网RDMA能力，并用于AI网络。 超级以太网联盟几乎汇集了除英伟达之外的众多中美科技企业。 图表13：超级以太网联盟Steering会员 超级以太网联盟General会员和Contributor会员。 图表14：超级以太网联盟General会员 图表15：超级以太网联盟Contributor会员 据114通讯网报告，2023年11月LightCounting更新了云数据中心以太网交换机、InfiniBand交换机以及光交换机的市场预测。LightCounting指出，AI硬件的需求将推动2023年至2024年InfiniBand交换机的销售，但预计未来5年以太网交换机和光交换机的增长将更多。与2022年相比，2023年其InfiniBand交换机ASIC的销售将增长近两倍。这种强劲的增长势头将持续到2024年，然后在2025年至2028年趋缓，2023年至2028年的年复合增长率为24%。 大多数云计算公司计划在其生产型人工智能基础设施中使用开源以太网交换机，而不是专有的InfiniBand解决方案。预计，2023年至2028年，以太网交换机的销售额将以14%的年均复合增长率增长。 图表16：以太网、IB、OCS交换机市场份额（百万美元） 2.3AI算力部署需要长距离光通信能力 亚马逊、谷歌、微软和其他云公司预计将在新的人工智能应用的开发方面发挥主导作用。它们需要对其AI集群进行重大升级，而该集群使用大量400G和800G以太网收发器和AOC。DC集群连接的升级也在加速，这意味着2024-2025年400ZR/ZR+的出货量将增长，之后是800ZR/ZR+。长距离的WDWM光模块市场也是高速增长的细分市场。 图表17：全球WDM光模块发货量预测 图表18：全球WDM光模块市场份额预测 针对DC集群链接的需求，英伟达2023年发布了全新的MetroX-2系统。NVIDIA Mellanox MetroX-2系统基于NVIDIA Mellanox Quantum™HDR 200Gb/s InfiniBand交换机，可将InfiniBand扩展到相距40公里的数据中心，从而实现数据中心扩展、快速灾难恢复，并提高远程存储和计算基础设施的利用率。 图表19：NVIDIA Mellanox MetroX-2系列设备参数 3.AI网络演进带动光通信代际升级 3.11.6T光模块和200G光芯片有望量产 基于底第七代InfiniBand的Quantum-2固定配置交换机的部署带来了800G光模块的规模部署需求。我们认为2024年英伟达有望发布基于第八代InfiniBandXDR的解决方案，从而带来1.6T光模块和200G光芯片需求。 据C114讯2024年2月，LightCounting对Photonics West（美国西部光电展）和DesignCon 2024两场展会的亮点进行了总结，并预测预计首款采用224G通道的产品将于202