通信行光模块行业分析研究.docx

通信行光模块行业分析1 .光模块：光网络核心连接器件，深度受益算力带宽增长需求1.1 .全光网络建设如火如荼，光通信产业链大有可为我国通信网络建设当前正处于向绿色全光网迈进关键节点。通信网络是支撑我国数字经济建设及经济社会进一步发展的关键性公共基础设施，其带宽、时延、连接能力的提升是支撑满足A1GC爆发下大流量需求的必要条件。而与传统铜线相比，光纤作为通信介质既可以显著提升网络传输速度，又能够降低能耗，符合国家绿色中国战略要求。回顾我国固网通信接入领域发展历史，2010年前主要以铜缆连接为主，当时技术尚不成熟，速率低且距离受限。2010年2023年为光纤网络逐步普及，渗透率缓慢提升阶段，骨干网部分铜缆被光纤替代,光纤到户开始建设。2023年至今我国已较大程度实现光纤到户，进一步提速的双千兆战略正在建设，我国固定网络建设正向F5G千兆光网的绿色全光网时代迈进。光通信普及解决传统通信方式铜缆信号衰减、高能耗痛点。传统固网建设大都采用铜线作为通信传输媒介，存在信号衰减快、能耗更高等缺点，此外铜作为国家战略资源，自给率较低。根据中铝集团统计，我国铜精矿自给率从2000年的43.25%降至2023年的22.8%,固网建设继续大量使用铜缆会进一步加剧铜矿供应短缺风险。而F5G千兆光网采用光纤作为介质，其原料二氧化硅易获得且使用寿命长,此外光信号传输相比电信号传输衰减损耗及抗干扰能力更强。对家庭用户使用光纤网络相对于铜线/同轴电缆的节能幅度可以达到60-75%70-85%,每户每天可节省电量达0.15kWh0图2：光纤替代铜钱,网络架构示意图1.2.光模块是光通信网络中实现光电转换的核心部件国团好Q光通信在通信系统中不可或缺，应用范围有望持续拓展。光通信作为目前多种通信方式中的一类，主要指以玻璃光纤为介质。光纤通信的通信系统，属于通信技术的一种。因光纤传输的高速率低损耗优势在通信系统中广泛应用。目前电信系统组成中的发射机、接收机、传输媒介以及模拟数字信号的转化过程中均需用到光通信技术。随着全光网建设进程深入光通信将进一步提升在通信网络中的应用广度，光通信产业链处于长期成长周期。光通信产业链：光芯片国产化潜力大，光模块世界领先深度受益A1需求爆发。光通信光通信产业链主要包括上游的光芯片、光组件厂商,中游的光器件、光模块及光通信设备厂商以及下游的客户三个环节。光通信设备主要应用在电信市场的运营商网络建设及数据通信市场的互联网厂商的数据中心互联通信中。从各个环节来看，光芯片环节价值量高，但尤其在高速光芯片领域由国外厂商主导，国内厂商从低速光芯片开始逐步提升渗透率。光器件光模块领域，国内龙头中际旭创、新易盛、光迅科技、天孚通信等已取得世界领先地位，已成为北美头部云厂商等客户重要供应商，深度受益A1算力爆发带来的高速光模块需求，有望迎来业绩爆发式增长。光通信设备环节我国华为、中兴、烽火等厂商均取得全球领先地位，国产化率较高。光纤通信通过光电信号转换实现高速信息传输。光纤通信网络主要由发射机、中继器、接收器及光纤光缆等部件组成。其中光发送机由光源、驱动电路等组成，光源将输入信号由电信号转换为光信号，并通过连接器及耦合技术注入光纤线路在光纤中通过折射传播。光中继器的作用为将经过长距离传输后受到损耗的微弱光信号通过放大、整形等环节再生成一定强度的光信号，降低信号失真并保证通信质量。光接收机由光探测器、放大器和相关电路组成，负责将从光纤线路输出的光信号转化为电信号，并经过放大和后处理后恢复成发射前的电信号。光模块目前以可插拔式为主，其结构构成中TOSA和ROSA为核心器件。光模块集成了发射及接收数字或模拟信号的功能，通常以独立于网络外部的可插拔式为主，也有网络芯片形式。一个典型光模块包含发射器、接收器、集成电路、射频电路、数字控制及机械部件等部分。其中TOSA（发射光组件/TransmitterOptica1Subassemb1y）、ROSA（接收光组件/ReceiverOptica1Subassemb1y）及电路板是成本占比最高的部件。而TOSA和ROSA作为发射和接收信号的关键器件，直接影响整体光模块性能，其中TOSA主体为VCSE1、DFB、EM1等激光器芯片，RoSA主体为APD、P1N等探测器芯片。一般光模块中光芯片成本占比在30%40%左右，而高端高速光模块这一比例可以提升至50%左右。光模块技术演技路线方面，光模块技术迭代速率持续加快。从光模块行业技术演进时间节点来看，2014年2018年行业主要以IOoG光模块为主流产品，2023-2023年行业领先企业开始启动400G/800G光模块研发推进工作。在A1GC推动下，预计800G光模块在2023年开始小批量生产,下一代1.6T光模块预计2025年开始逐步量产。图5:光纤通信技术展现：通过光电信号依省实现信号伶噂-5D-”田一曲的驾田二明光模块技术集成化趋势不断提升以应对算力剧增带来的更高技术要求。A1GC爆发下大模型训练需求快速提升、算力及数据中心互联需求催生对于更高速率、更高性能机低功耗的光模块产品需求。通过不断缩减光模块与交换机ASIC的距离，从而一方面减少铜线的使用降低功耗、另一方面缩短使用铜线的传输距离而提高光纤传输的距离占比从而提高整体光模块的传输速率。目前大规模应用的技术路线为可插拔式光模块，技术成熟。主要通过QSFP连接器与交换机电路板连接，通过铜线与交换机AS1C芯片传输数据。未来光模块会逐步集成到电路板上，并逐步缩进与AS1C芯片的物理距离：OBo板载光学为将收发模块通过插槽插到电路板上,该项技术2015年开始研发;近封装则是将光引擎插到承载交换机芯片的有机衬底上，光引擎与交换机芯片距离缩减到150mm,预计2026年左右时间点开始会有大规模应用；共封装技术下光学与交换机芯片距离进一步缩至50mm,且通过TSV技术完全集成，2.5D共封装技术成为主导时间点推测在2032年左右，3D共封装完全继承时间点则要更远。从行业远期发展来看可插拔式光模块受限于能耗指数级增长，推动以CPO为主要降低功耗技术路径的研发及商业化需求。根据<Reca1ibratingg1oba1datacenterenergy-useestimates数据，全球数据中心能耗20102中8年仅增长了8%,外推到2023-2023年仅增长2%-3%,主要原因在于云厂商将算力从企业级数据中心向超大型数据中心转移提高效率、以及服务器级内存效率稳步提升。从能耗分布来看，数据中心能源消耗主要来自于服务器和基础设施。随着数据中心PUE值降低及效能比提升，服务器电力消耗逐渐成为主要部分。存储消耗占比也有较大提升但占比较低，基础设施消耗占比逐渐下降。网络消耗占比一直处于较低水平，2012/2018/2023年数据中心网络侧用电占比分别仅有1%2%3%°随着800G等高速光模块渗透率提升，功耗将呈指数级增长，预计到2028年光学部分能耗在数据中心占比将超过8%,传统可插拔式光模块进一步提速将受到功耗急剧增长限制，而以CPO为代表的新兴技术相比可插拔式光模块可实现25%30%的功耗节省，CPO技术目前面临的挑战在于封装和低损耗光线互联，在技术成熟后可以大幅改善光模块耗电情况，支撑数据中心数据传输带宽提升。图10:全球数据中心耗能分类情况E1ectricityuse(TWh/year)1.3.AIGC.云计算等驱动下数据流量爆发增长，算力需求及支出激增人工智能、云计算、5G、大数据、元宇宙等新技术应用爆发下数据流量高速增长，数据中心主导数据流量处理和交换。根据公开数据,2023年全球产生数据流量为20.8ZB,其中99.04%(20.6ZB)为数据中心IDC产生的流量。其中数据中心内部、数据中心与用户间、数据中心与数据中心间产生的流量分别为14.7ZB、3.1ZB、2.8ZB。2016到2023年全球数据中心流量从6.8ZB增至20.6ZB,年复合增速24.8%,而云数据中心流量从6ZB增至2023年的19.5ZB,年复合增速达26.6%。在我国东数西算、数字经济建设背景下对于核心算力基础设施数据中心的高吞吐及大带宽需求愈发迫切。数据流量爆发及A1GC驱动下，企业人工智能（AI）支出快速增长,中国智能算力规模高速提升。根据IDC数据,全球企业A1投资从2019年的612.4亿美元增至2023年的924.0亿美元，预计2023年增长26.6%至1170.0亿美元，2025年有望突破2000亿元。A1支出增速显著高于数字化转型投入增速。数字化进程推进下海量数据增长使得我国算力基础设施建设快速发展。根据20232023年中国人工智能计算力发展评估报告，我国智能算力规模预计从2023年的155.2EF1OPS增至2026年的1271.4EF1OPS,2023-2026年年复合增长率达52.3%,而同期通用算力规模从47.7EF1OPS增至111.3EF1OPS,年复合增长率18.5%。图13:2023年全球数据流量情况大模型推动中国A1相关支出快速增长。根据IDC数据，2023年中国A1市场规模小幅低于预期，同比增长17.9%,主要系疫情、经济形势及供应链等原因使得政企客户市场服务器及存储系统采购放缓。到2023年随着ChatGPT大模型引领下的A1GC、数字人、多模态大模型等需求爆发，增速有望回升，市场规模将达147.5亿美元，到2026年将达264.4亿美元，20232026年五年复合增长率超过20%。细分产品来看，A1硬件占比超过一半；A1软件受益于N1P、CV等大模型带来的性能提升占比有望快速增长，预计到2026年中国A1软件市场规模将达到76.9亿美元，占比29%,较2023年提升10个百分点；A1服务市场到2026年将达到32.7亿美元，五年年复合增长率近30%。细分市场来看，互联网云厂商等专业服务领域行业客户仍是主要需求方，其次为地方政府、银行和通讯领域，预计到2026年占比分别为29.3%、8.9%、7.8%和7%。其中银行和地方政府增速最快，五年CAGR超23%。1.4. 电信侧光模块：前传、中后传向更高速率演化5G演进下前传带宽催生50Gbs及更高速率光模块需求。通信领域前传光模块是连接基带处理单元（BBU）与远端射频单元（RRU）/有源天线处理单元（AAU）的重要构成部分。其速率不断演进从2G的1.25Gbps、3G的2.5GbPS至IJ4G的6/1OGbps,传输距离包括300m>1.4km和IOkm等05G接入网下AAU天线数量将提升8倍，空口带宽从20MHz升至100MHz,同样CPRI方案下带宽需求将提升40倍。通过eCPRI切分方案将部分BBU部署在AAU上降低带宽需求从而使得目前5G前传接口带宽需求为25Gbpso未来随着SUbIOGHz、毫米波等频段上逐步部署，天线和空口数进一步增加,前传光模块速率将达到50Gbs,推动对更高速率光模块需求提升。5G中回传光模块有望提升对400G及800G高速光模块的需求。5G中回传接入层以环形拓扑为主,典型带宽需求为10/25/50/100Gbs,而随着高速率远距离传输的光模块技术如400Gb/s、30/4Okm技术方案的成熟和800Gbs光模块的演进升级，下一阶段5G中回传光模块有望采用更高速率新型光模块技术方案。1.5. 东西向流量推动数据中心架构不断演化，高速率低能耗成为数通光模块发展趋势传统数据中心结构不断优化，由传统三层分层模块化结构向更扁平易扩展的C1OS架构演进。传统企业数据中心一般采用分层模块化设计，传统大型数据中心通常呈三层网络架构：1）接入层/机顶交换机：用于所有计算点的连接；2）汇聚层：汇聚交换机与ACCeSS交换机相连接，具备网关、路由策略等功能、并部署有防火墙、负载均衡等业务；3）核心层：核心交换机用于汇聚层的互联并实现数据中心与