隨著數(shù)據(jù)流量指數(shù)級增長，憑借傳輸帶寬高、抗干擾性強、長距離衰減少等優(yōu)勢，光纖逐步取代傳統(tǒng)銅纜成為網絡通信的主流傳輸介質，“光進銅退”趨勢明顯。在5G建設進入熱點期以及數(shù)據(jù)中心擴容需求的雙輪驅動下，我國光通信產業(yè)鏈面對周期性發(fā)展機遇。我國光模塊廠商在封裝成本及工藝方面全球領先，有望把握25G/100G向400G升級過程擴大市場份額，同時上游的光芯片廠商也將在半導體國產化替代的浪潮推動下發(fā)展壯大。

1光通信介紹

光通信，即以光為載體進行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑噍^于傳統(tǒng)銅纜通信，光通信在帶寬、速率、抗干擾、抗腐蝕、體積重量等方面都體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。隨著光通信技術不斷成熟，整體成本逐步降低，“光進銅退”成為近年來通信行業(yè)的主要趨勢，光通信在電信市場和數(shù)據(jù)中心已得到廣泛應用。

簡化來看，光通信系統(tǒng)由光通信設備和傳輸光纖兩部分構成。光纖是光的傳輸通路，光模塊一般配置于光通信設備中，是完成光電轉換功能的核心，通常集收發(fā)光信號功能為一體。

資料來源：公開資料整理

光模塊通常由TOSA（Transmitter Optical Subassembly，光發(fā)射次模塊）/ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收次模塊）/BOSA（Bidirectional Receiver Optical Subassembly，光收發(fā)一體模塊）等組件封裝而成，內部芯片包括光芯片、電芯片等等。各組成部分功能如下：

資料來源：鋆昊資本

在發(fā)射端，光模塊的TOSA（光發(fā)射次模塊）包括CDR（Clock Data Recovery，時鐘和數(shù)據(jù)恢復）、LD（Laser Driver，激光驅動）、激光器芯片、合路器等器件。發(fā)射端傳輸原理如下：1）首先，數(shù)字信號通過CDR完成時鐘和數(shù)據(jù)恢復，以確保正確的數(shù)據(jù)采樣；2)LD（激光驅動器）根據(jù)時鐘恢復后的數(shù)據(jù)來驅動、激發(fā)Laser（激光器芯片）發(fā)出載有信號的激光；3）合路器將多路光聚合為一路，實現(xiàn)更快的傳輸速率，將信號輸入至光纖。

在接收端，光模塊的ROSA（光接收次模塊）包括分路器、光電探測器、TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器）、CDR等組件。接收端傳輸原理如下：1）首先，光纖中的光信號通過分路器將信號分成多路；2）光電探測器接收光信號轉換為電信號；3）TIA放大器將電信號放大以便后續(xù)處理；4）CDR完成時鐘和數(shù)據(jù)的恢復，并傳導至光通訊設備。

資料來源：鋆昊資本

2光通信產業(yè)鏈

光通信在產業(yè)鏈上可以分為四個環(huán)節(jié)：光芯片/電芯片等核心元件生產，光器件封裝，光模塊封裝和光通信設備生產。

核心元件生產：主要包括光芯片與電芯片，其中，光芯片是光模塊內部實現(xiàn)光電轉換的核心，電芯片是光模塊內部電信號處理和調制的核心元件。

光器件封裝：將光芯片、電芯片等部件封裝形成光器件，按照是否需要實現(xiàn)光電信號轉換，可分為有源器件和無源器件。光器件是光芯片和光模塊的過渡產品。

光模塊封裝：將各種光器件及其他部件封裝形成光模塊，是光通信中實現(xiàn)光電轉換的核心，產品處于快速迭代升級階段，國產廠商擁有成本及工藝優(yōu)勢。

光通訊設備生產：將光模塊等集成為光通訊設備，并直接向終端客戶出貨，存在資本壟斷優(yōu)勢，目前華為、中興、烽火等國內主流廠商已經具備全球優(yōu)勢。

資料來源：鋆昊資本

3終端需求

電信市場和數(shù)據(jù)中心市場是光通信的主要下游市場，近年來隨著4K/8K顯示屏幕的出現(xiàn)，HDMI光纖線纜等應用也開始進入市場。

電信市場：5G建設進入熱點期，前傳全面升級25G

光通信在電信市場主要應用于傳輸承載網、固網接入網和無線接入網。5G時代，為實現(xiàn)靈活調度、組網保護等功能，以及大帶寬、低時延等方便的性能保障，通信網絡架構從兩級演進為三級 ，新增中傳光模塊需求，且前傳和回傳光模塊速率需求升級，因此，5G建設對光模塊的數(shù)量需求急劇增長，且光通信芯片由10G升級到25G。2019年至2023年，我國三大運營商5G宏基站建設規(guī)模達400萬站，將帶動電信光模塊需求顯著增長，25G系列芯片需求隨之激增。

資料來源：工信部，鋆昊資本整理

數(shù)據(jù)中心市場：流量爆發(fā)式增長，光模塊產品迭代需求持續(xù)存在

光通信在數(shù)據(jù)中心市場主要應用于數(shù)據(jù)中心內服務器與交換機、交換機與交換機之間的互聯(lián)。隨著數(shù)據(jù)中心大型化趨勢和內部架構扁平化發(fā)展，數(shù)據(jù)中心光模塊平均3~4年完成一次產品迭代更新。2019年，亞馬遜、谷歌等數(shù)據(jù)中心龍頭已進軍布局數(shù)通400G（需要25G/50G光芯片），隨著數(shù)據(jù)中心需求持續(xù)增長，數(shù)據(jù)中心有望成為光通信行業(yè)最大終端需求。

消費電子市場：大帶寬傳輸需求初現(xiàn)，光通信技術可解決傳輸瓶頸

消費電子市場中，隨著智能家居、智能汽車、AR/VR等應用不斷發(fā)展，傳統(tǒng)銅線傳輸方式在帶寬、時延和傳輸距離等方面的瓶頸日益顯現(xiàn)，以光波為載體傳輸信號能夠保證數(shù)據(jù)高質量傳輸。HDMI光纖線纜等逐步開始進入市場。

4市場規(guī)模及競爭格局

根據(jù)Yole最新研究預測，全球光模塊市場規(guī)模將由2019年的77億美元增長至2025年的177億美元，年均復合增長率達到15%。其中電信市場規(guī)模將由37億美元以7%的復合增長率增長至56億美元，數(shù)通市場將由40億美元以20%的復合增長率增長至121億美元，數(shù)通光模塊占比進一步提升。

資料來源：Yole

光芯片：技術壁壘較高，亟待國產突破

光芯片是光模塊內實現(xiàn)光電轉換的核心，全球市場規(guī)模約6~7億美元，預計未來3-5年隨著數(shù)據(jù)中心建設加速及5G建設進入熱點期，市場規(guī)模復合增速將超過10%。

光芯片可分為VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射激光器），DFB（Distribute Feedback Laser，分布式反饋激光器）和EML（Electroabsorption Modulated Laser，電吸收調制激光器）。對應市場規(guī)模和主要供應商如下：

資料來源：鋆昊資本

目前10G光芯片基本實現(xiàn)國產化，25G及以上高速光芯片市場主要由國外廠商占據(jù)，國產化率極低。近年來，國產廠商如三安光電、長瑞光電、陜西源杰等開始進入市場，有望在近年內實現(xiàn)高速光芯片的國產化。

電芯片：海外巨頭壟斷，國內企業(yè)處于起步階段

電芯片可進行電信號的調節(jié)，以配合光芯片工作；也可進行復雜數(shù)字信號處理，如調制、相干信號控制、串并/并串轉換等。目前電芯片多為集成芯片，也有少量的分立方案在售。

資料來源：鋆昊資本

隨著數(shù)據(jù)量的不斷增大和設備的存量更新，光模塊需求急劇增長的同時，電芯片市場規(guī)模也隨之增長，預計未來5年電芯片的市場增速將超過5%，光模塊電芯片2020年全球市場規(guī)模約3-4億美元。

在光模塊電芯片領域，10G及以下電芯片國內供應成熟，主要供應商包括廈門優(yōu)迅、南通飛昂等。25G及以上電芯片多依賴進口，Macom、Semtech等美國企業(yè)技術成熟，國內廠商在高速TIA、CDR和DSP產品領域與國外存在1-2代技術差距；南通飛昂使用鍺硅工藝已量產出貨。

光模塊：國內廠商具有成本和工藝優(yōu)勢，市占率不斷提升

目前光模塊市場中，國內廠商市占率逐步提高，據(jù)Ovum數(shù)據(jù)顯示，2019年，光收發(fā)模塊方面，中際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶分別名列全球第二、第四、第六位。

整體來看，光模塊生產過程中，國內以中際旭創(chuàng)為代表的企業(yè)具備較強成本優(yōu)勢和封裝工藝優(yōu)勢，占據(jù)全球60-80%市場份額。國內光模塊廠家對高速率光芯片國產化需求強烈。

資料來源：鋆昊資本，網絡電信

5未來趨勢

上游光芯片及電芯片技術突破是主要發(fā)展方向。從產業(yè)鏈整體看，光通信上游光芯片和電芯片位于光通信產業(yè)鏈的核心位置，技術壁壘高、產品價值含量高。我國廠商雖然逐步提升了在光通信市場的整體市占率，但以光模塊封裝為主，在上游核心部件光/電芯片領域與國際水平差距較大，我國企業(yè)具備一定光/電芯片量產能力。

編輯：黃飛

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