光模块行业深度报告：光电之门唯快不破

1、 第 页 HYPERLINK l _bookmark0 光模块产业链：全球分工明确，国产替代加速5 HYPERLINK l _bookmark1 全球分工明确，中国开启高端智造5 HYPERLINK l _bookmark2 光模块产业链介绍5 HYPERLINK l _bookmark6 欧美日：行业不断并购整合，专注于高端产品和芯片研发6 HYPERLINK l _bookmark8 中国：从全球工厂到高端智造6 HYPERLINK l _bookmark13 上游芯片仍是短板，自主可控必将加速7 HYPERLINK l _bookmark14 光芯片和电芯片是光模块的核心部件，成本占比最

2、高7 HYPERLINK l _bookmark21 高速芯片国产率亟待提升，芯片产业链薄弱环节需逐步解决9 HYPERLINK l _bookmark25 国产替代空间巨大，自主可控意义更大10 HYPERLINK l _bookmark26 产业发展两个逻辑：产品快速迭代，价格快速下降10 HYPERLINK l _bookmark27 产品迭代周期短，研发布局要快10 HYPERLINK l _bookmark28 多种因素导致产品迭代周期短10 HYPERLINK l _bookmark32 应对方式一：快速推出新品取得先发优势11 HYPERLINK l _bookmark35 应对

3、方式二：市场集中策略12 HYPERLINK l _bookmark38 价格迅速下降，成本降低要快13 HYPERLINK l _bookmark39 价格快速下降：上下游承压，议价能力弱13 HYPERLINK l _bookmark43 应对方式一：规模优势14 HYPERLINK l _bookmark46 应对方式二：整合芯片14 HYPERLINK l _bookmark49 应对方式三：新技术路线15 HYPERLINK l _bookmark53 应用的三个市场：电信和接入市场迎来 5G，数通市场流量与云驱动17 HYPERLINK l _bookmark54 电信网市场：5G

4、 承载网新需求，光模块量价齐升17 HYPERLINK l _bookmark60 接入网市场：10G PON 大规模升级，短期高增长19 HYPERLINK l _bookmark65 数据中心市场：流量和上云驱动，产品迭代周期短20 HYPERLINK l _bookmark72 投资建议21 HYPERLINK l _bookmark73 风险提示22图表目录 HYPERLINK l _bookmark3 图 1 光模块产业链示意图5 HYPERLINK l _bookmark4 图 2 SFP 光模块内部结构图5 HYPERLINK l _bookmark5 图 3 全球光模块市场规模

5、（百万美元）和结构预测6 HYPERLINK l _bookmark9 图 4 中美制造业年薪差距在快速缩小7 HYPERLINK l _bookmark10 图 5 中美 IT 技术人员平均年薪差距在缓慢缩小7 HYPERLINK l _bookmark11 图 6 国内电信光模块企业研发强度保持高位7 HYPERLINK l _bookmark12 图 7 国内电信光模块企业收入占运营商资本开支比例逐年提升7 HYPERLINK l _bookmark17 图 8 光模块功能实现原理图8 HYPERLINK l _bookmark18 图 9 光模块眼图信息反映主要性能指标8 HYPERL

6、INK l _bookmark19 图 10 100G CWDM4 BOM 成本及结构9 HYPERLINK l _bookmark20 图 11 100G PAM4 BOM 成本结构9 HYPERLINK l _bookmark23 图 12 光芯片产业链环节和代表公司10 HYPERLINK l _bookmark24 图 13 半导体芯片（IC）产业链环节10 HYPERLINK l _bookmark29 图 14 光模块电信市场和数通市场产品迭代周期规律11 HYPERLINK l _bookmark30 图 15 光模块场景和性能属性多导致产品型号繁多11 HYPERLINK l

7、_bookmark31 图 16 光模块单位带宽成本（美元/Gbps）不断下降11 HYPERLINK l _bookmark33 图 17 采用 PAM4 调制速率较 NRZ 提高 2 倍12 HYPERLINK l _bookmark36 图 18 旭创在 CIOE2018 上展示 400G 产品13 HYPERLINK l _bookmark37 图 19 Acacia 发布 1.2T 相干光模块13 HYPERLINK l _bookmark40 图 20 2018 年全球光模块 CR8 为 54%（按照销售额）13 HYPERLINK l _bookmark41 图 21 光模块行业

8、 2011-2024 平均降价幅度预测13 HYPERLINK l _bookmark42 图 22 光模块在整个产品生命周期的毛利率变化14 HYPERLINK l _bookmark44 图 23 苏州旭创毛利率较好的抵抗了市场价格下降14 HYPERLINK l _bookmark45 图 24 通过改进生产工艺不断提高产品良率14 HYPERLINK l _bookmark47 图 25 国外具有芯片能力的光模块公司毛利率高于国内14 HYPERLINK l _bookmark50 图 26 COB 封装工艺提高了光模块生产的自动化水平15 HYPERLINK l _bookmark5

9、2 图 27 硅光集成技术的发展路线演进16 HYPERLINK l _bookmark55 图 28 2009-2022 运营商资本开支总额变化及预测17 HYPERLINK l _bookmark56 图 29 5G 承载网架构变化18 HYPERLINK l _bookmark57 图 30 基于 OTN 的 5G 端到端承载网解决方案18 HYPERLINK l _bookmark61 图 31 FTTH 接入网光模块使用场景19 HYPERLINK l _bookmark62 图 32 我国 PON 网络部署技术路线19 HYPERLINK l _bookmark63 图 33 中国

10、电信 2017-2019 PON OLT 端口集采结构变化（万端）20 HYPERLINK l _bookmark64 图 34 中国电信 2017-2019 PON ONU 端口集采结构变化（万端）20 HYPERLINK l _bookmark66 图 35 云数据中心承载工作流和计算任务（百万端）快速增长20 HYPERLINK l _bookmark67 图 36 数据中心流量快速增长，东西流量占比最大20 HYPERLINK l _bookmark68 图 37 全球超大规模数据中心快速增长21 HYPERLINK l _bookmark69 图 38 叶脊架构数据中心内部交换连接大

11、大增加21 HYPERLINK l _bookmark70 图 39 腾讯数据中心部署迈入 100G-400G 时代21 HYPERLINK l _bookmark71 图 40 2017-2022 数据中心光模块市场规模预测（百万美元）21 HYPERLINK l _bookmark7 表 1 全球近期光通信收购事件整理6 HYPERLINK l _bookmark15 表 2 光芯片主要品类的应用场景及优缺点7 HYPERLINK l _bookmark16 表 3 光模块电芯片主要品类及研发难度8 HYPERLINK l _bookmark22 表 4 5G 承载典型光模块产品化能力9

12、HYPERLINK l _bookmark34 表 5 国内厂商已陆续推出 400G 数据中心光模块12 HYPERLINK l _bookmark48 表 6 近年来光模块企业收购芯片公司事件整理15 HYPERLINK l _bookmark51 表 7 光模块组件对应的硅光集成解决方案和优缺点15 HYPERLINK l _bookmark58 表 8 5G 光模块市场空间预测18 HYPERLINK l _bookmark59 表 9 5G 承载网典型光模块国内产品化能力18 光模块产业链：全球分工明确，国产替代加速全球分工明确，中国开启高端智造 光模块产业链介绍光模块作为一种重要的有

13、源光器件，在发送端和接收端分别实现信号的电-光转换和光-电转换。由于通信信号的传输主要以光纤作为介质，而产生端、转发端、处理端、接收端处理的是电信号，光模块具有广泛和不断增长的市场空间。光模块的上游主要为光芯片和无源光器件，下游客户主要为电信主设备商、运营商以及互联网&云计算企业。图 1 光模块产业链示意图资料来源：中际旭创公告 20181116、飞速官网、 光模块遵循芯片组件（OSA）模块的封装顺序。激光器芯片和探测器芯片通过 传统的 TO 封装形成 TOSA 及 ROSA，同时将配套电芯片贴装在 PCB，再通过精密耦合连接光通道和光纤，最终封装成为一个完整的光模块。新兴的主要应用于短距多模

14、的COB 采用混合集成的方法，通过特殊的键合焊接工艺将芯片贴装在 PCB 上，采用非气密性封装。图 2 SFP 光模块内部结构图资料来源：光迅科技公告 20181213、 光模块下游主要应用于电信承载网、接入网、数据中心及以太网三大场景。电信承载网和接入网同属于电信运营商市场，其中波分复用（xWDM）光模块主要用于中长距电信承载网，光互联（Opitcal interconnects）主要用于骨干网核心网长距大容量传输， 而接入网市场是运营商到用户的“最后一公里”，包括光纤到户无源光网络（FTTH PON）、无线前传（Wireless）等应用场景。数据中心及以太网市场主要包括数据中心内部互联、数

15、据中心互联（DCI）、企业以太网（Ethernet）等场景。根据 LightCounting 预测，2018年全球光模块市场规模约 60 亿美元，其中电信承载网市场规模 17 亿美元，每年以 15%的速度增长，接入网市场规模约 12 亿美元，年增长率约 11%，而数据中心和以太网市场规模已达 30 亿美元，未来 5 年复合增长率达 19%。图 3 全球光模块市场规模（百万美元）和结构预测140001200010000800060004000200002017201820192020202120222023EthernetCWDM/DWDMAccess（FTTX&Wireless）Optical

16、 interconnectsAll other资料来源：LightCounting、 欧美日：行业不断并购整合，专注于高端产品和芯片研发全球光模块产业链分工明确，欧美日技术起步较早，专注于芯片和产品研发。中国在产业链中游优势明显：劳动力成本、市场规模以及电信设备商的扶持，经过多年发展已成为全球光模块制造基地，从 OEM、ODM 发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。产业链分工有效利用了全球优势生产要素，并避免了重复研发，有利于全球产业链高效运转但中国难以分享上游的巨大价值。由于低端产品价格透明，许多海外企业无法接受过低的毛利率进而剥离光模块业务专注于芯片或保留高端产品。如剑桥科技去年 5 月和

17、今年 3 月分别收购 Macom Japan 和 Oclaro Japan 光模块资产；博创科技今年 3 月收购 Kaiam PLC 业务涉及相关部分资产。另一方面，光通信巨头也经历了一系列并购整合，以增强对整个产业链的垂直协同， 增强规模优势，提高议价能力，如去年 5 月和 11 月，Lumentum 和 II-VI 分别宣布收购Oclaro 和 Finisar。表 1 全球近期光通信收购事件整理时间事件收购价格2019.3博创科技收购 Kaiam 的 PLC 业务所涉及相关部分资产550 万美元2019.3剑桥科技收购 Oclaro Japan 部分资产4160 万美元2018.12思科收

18、购硅光技术商 Luxtera6.6 亿美元2018.11II-VI 收购 Finisar32 亿美元2018.8OSI 收购 luna 光电器件业务1850 万美元2018.7Infinera 收购 Coriant4.3 亿美元2018.6博创科技收购迪谱光电1.18 亿元2018.5剑桥科技收购 Macom 日本资产5450 万美元2018.5Lumentum 收购 Oclaro18 亿美元资料来源：公开资料整理、 中国：从全球工厂到高端智造工程师红利开始替代劳动力红利。中国的制造业劳动力成本相比美国的优势正在快速减弱，根据Wind 和美国劳工部发布数据统计，美国制造业平均年薪/中国制造业平

19、均年薪从 2013 年的 8.15 快速减少为 2018 年的 5.01。而与此同时，中美 IT 技术人员的平均年薪在缓慢缩小，美国 IT 技术平均年薪/中国 IT 技术平均年薪由 2013 年的 5.89 减少为 2018 的 4.46。中国的工程师红利正在替代劳动力红利成为驱动光模块行业发展的新动能。图 4 中美制造业年薪差距在快速缩小图 5 中美 IT 技术人员平均年薪差距在缓慢缩小80,00060,00040,00020,0000201320142015201620172018美国制造业平均年薪（美元） 中国制造业平均年薪（美元）美国制造业平均年薪/中国制造业平均年薪10.008.00

20、6.004.002.000.00150000100000500000201320142015201620172018美国IT技术平均年薪（美元）中国IT技术平均年薪（美元）美国IT技术平均年薪/中国IT技术平均年薪8.006.004.002.000.00资料来源：Wind、美国劳工部、 资料来源：Wind、美国劳工部、 中国在全球价值链地位提升。长期以来我国光模块企业在上游芯片和下游主设备商的“夹击”下利润空间被严重限定，但长期坚持研发正在助力国内光模块企业向价值链更高的高端光模块和光电芯片领域渗透。我们以电信光模块为主业的光迅科技、昂纳科技、新易盛作为样本，三家企业研发支出总额 2014-2

21、018 保持着年均 20%的增长速度， 研发支出占营收比例保持在 10%以上。而从三家企业的收入合计占运营商资本开支的比例来看，2014-2018 增长了 1.79pct。光模块企业通过研发投入带动产品竞争力不断增强，有望在全球产业链中分享更多的价值。图 6 国内电信光模块企业研发强度保持高位图 7 国内电信光模块企业收入占运营商资本开支比例逐年提升80070060050040030020010002014201520162017201812.00%11.50%11.00%10.50%10.00%9.50%9.00%100806040200201420152016201720183.00%2.

22、50%2.00%1.50%1.00%0.50%0.00%研发支出总额（百万元）研发支出占营收比例电信光模块企业收入合计(亿元）电信光模块企业收入/运营商资本开支 资料来源：Wind、 资料来源：Wind、 上游芯片仍是短板，自主可控必将加速 光芯片和电芯片是光模块的核心部件，成本占比最高光芯片是光模块中完成光电信号转换的直接芯片，又分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片发光基于激光的受激辐射原理，按发光类型，分为面发射与边发射：面发射类型主要为 VCSEL（垂直腔面发射激光器），适用于短距多模场景；边发射类型主要为 FP（法布里-珀罗激光器）、DFB（分布式反馈激光器）以及 EML（电吸收调制

23、激光器）， FP 适用于 10G 以下中短距场景，DFB 及 EML 适用于中长距高速率场景。EML 通过在DFB 的基础上增加电吸收片（EAM）作为外调制器，目前是实现 50G 及以上单通道速率的主要光源。探测器芯片主要有 PIN（PN 二极管探测器）和 APD（雪崩二极管探测器）两种类型，前者灵敏度相对较低，应用于中短距，后者灵敏度高，应用于中长距。表 2 光芯片主要品类的应用场景及优缺点工作波长应用场景优点缺点LED发光二极管1310nm低速（155m）短距（2km）多模光纤价格便宜，线性度号，发热小，寿命长谱线较宽，耦合效率低VCSEL垂直共振表面发射激光器800-900nm速率 15

24、5m-25G；短距500m，如光纤到户、数据中心、3D 感测应用线宽窄、功耗低、调制速率高，耦合效率最高，成本已大幅下降线性度差，温度特性差FP法布里-泊罗激光器1310-1550nm速率 155M-10G，中距40KM谱线较窄，调制速率高，成本低耦合效率低，线性度差，温度特性差DFB分布式反馈激光器1270-1610nm速率 2.5G-40G；长距80KM单纵模，谱线窄，调制速率高，波长稳定好耦合效率低，成本高EML电吸收调制激光器1310-1550nm高速率、长距离调制速率高、稳定性好成本高GaAs/InGaAs PIN PN 二极管探测器830-860/1100-1600nm速率 155

25、M-40G，中短距离 40KM噪声小，工作电压低，成本低灵敏度低InGaAs APD雪崩二极管探测器1550nm1.25G-10G，长距离单模光纤灵敏度高成本高资料来源：公开资料整理、 电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑，如 LD（激光驱动器）、TIA（跨阻放大器）、CDR（时钟和数据恢复电路），一方面实现电信号的功率调节，如 MA（主放），另一方面实现一些复杂的数字信号处理，如调制、相干信号控制、串并/并串转换等。还有一些光模块拥有 DDM（数字诊断功能），相应的带有 MCU 和 EEPROM。电芯片通常配套使用，主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。表 3 光模块电芯片

26、主要品类及研发难度主要功能难度LD 激光驱动器芯片在 DFB、FP 等激光器前产生驱动电信号中TIA 跨阻放大器芯片实现电信号的功率调节中MA 主放实现电信号的功率调节中DSP 数字信号处理芯片实现 PAM4 调制或相干调制高CDR 时钟和数据恢复电路在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的相位关系高MUX&DeMUX 并串/串并转换电路实现并行数据和串行数据的转换低资料来源：公开资料整理、 发射端，电信号通过 CDR、LD 等信号处理芯片完成信号内调制或外调制，驱动激光器芯片完成电光转换；接收端，光信号通过探测器芯片转化为电脉冲，然后通过 TIA、MA 等功率处理芯片调幅，最终输出

27、终端可以处理的连续电信号。光芯片和电芯片配合工作实现了对传输速率、消光比、发射光功率等主要性能指标的实现，是决定光模块性能表现的最重要器件。通过眼图分析可以衡量光模块的主要性能指标，包括幅度稳定度、码间干扰、消光比、抖动过冲和噪声等。图 8 光模块功能实现原理图图 9 光模块眼图信息反映主要性能指标资料来源：百度文库光模块基本原理、 资料来源：百度文库光模块基本原理、 光模块芯片具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程，因而是光模块 BOM 成本结构中占比最大的部分。光芯片的成本占比通常在 40%-60%，电芯片的成本占比通常在 10%- 30%之间，越高速、高端的光模块电芯片成本占比越高，但规模优

28、势可以增加采购的议价能力。图 10 100G CWDM4 BOM 成本及结构图 11 100G PAM4 BOM 成本结构激光器探测器27%21%电芯片37%11%5%波分复用器PCB和其他零组件38%40%15%7%激光器探测器电芯片PCB和其他零组件资料来源：中际旭创 20170425、公告 资料来源：中际旭创公告 20170425、 高速芯片国产率亟待提升，芯片产业链薄弱环节需逐步解决高速芯片国产化率亟待提升。光芯片方面，我国在 10G 及以下光芯片具备替代的能力，但仍有很大市场空间。商业级 25G 的 DFB、EML、APD、PIN 部分厂商已在客户验证阶段，成本降低和良率提升仍有很长

29、的路要走。50G EML、窄线宽波长可调激光器芯片、100G 及以上相干集成光收发芯片等面向 5G 的关键芯片几乎全部由国外厂商提供， 海思、光迅等研发走在前列的企业目标基本是实现自给。电芯片方面，我国 25G/100G 多模光模块配套 IC 基本实现替代能力，但产能远远不足。25G/100G 单模和更高速率自给率估计仅有 1%，高速 TIA、CDR、DSP 等基本和国外存在 1-2 代的技术差距。表 4 5G 承载典型光模块产品化能力核心芯片主要品类全球主要供应商国内自给率估计中国替代供应商无源芯片PLC、AWGFinisar、NeoPhotonics、Lumentum、Bookham、PP

30、I、华为海思50%华为海思、中兴通讯、仕佳光子、光迅科技、昂纳科技、上海鸿辉10G 及以下光芯片LED、FP、DFB、EML、VCSEL、PIN、APDOclaro、Neophotonics、三菱、住友、安华高/博通、华为海思50%华为海思、光迅科技、长瑞光电、海信宽带、华工正源、嘉纳海威25G 及以上光芯片VCSEL、DFB、EML、PIN、APD、相干光芯片Oclaro、Neophotonics、三菱、住友、安华高/博通、华为海思5%华为海思10G 及以下电芯片LD、TIA、CDR、Mux&DeMux、DSPInphi、Macom、Semtech、美信、三菱、住友、TI、ADI20%华为海

31、思、飞昂光电、厦门优讯、中兴通讯、烽火飞思灵25G 及以上电芯片LD、TIA、CDR、Mux&Demux、DSP（含相干）Inphi、Macom、Semtech、美信、三菱、住友、TI、ADI1%华为海思硅光集成芯片100G 数通硅光芯片、100G/200G 硅光相干芯片英特尔、Acacia、Luxtera、Kotura、Mellanox未批量出货研发进展领先：华为海思、光迅科技、中国信通资料来源：中国光电子器件产业技术发展路线图 2018-2022、 光芯片国内 Foundry 能力严重不足制约流片进度。光芯片产业链环节包括芯片设计、基板制造、泵晶生长、晶粒制造等多重步骤，工艺流程较为复杂。

32、（1）芯片设计是上游核心环节，也是 Fabless 模式芯片企业能够独立把控的部分。当前我国多数光芯片企业为 Fabless 模式，如华为海思、飞昂光电。（2）基板制造是光芯片上游衬底基板的规模制造环节，能实现高纯度单晶体衬底批量生产的全球仅有少数几家企业，如住友、AXT。（3）磊晶生长利用基板和有机金属气体在 MOCVD/MBE 设备里长晶，制成外延片（wafer）。专门从事外延片生长的厂商又叫 Foundry，集中于台湾、新加坡、日本、美国等地。（4）在晶粒制造环节，对外延片进行光刻等系列处理，最后封装成拥有完整光电性能的光芯片。台湾是全球光芯片封测产业集中地区。一枚光芯片的诞生需要经过设

33、计、流片、定型、量产等多道环节，完整流程在一年半到两年之间，由于我国 Foundry 产能严重不足或工艺落后，我国大量芯片企业流片进度严重受制于国外。电芯片需要补齐整个半导体产业链短板。电芯片产业链环节包括 IC 设计、晶圆制造及加工、封装及测试环节，同样拥有复杂的工序和工艺，国产替代仍旧任重道远。（1）上游设计是知识密集型行业，需要经验丰富的尖端人才。（2）中游晶圆制造及加工设备投入巨大，进入门槛极高，并且镀膜、光刻、刻蚀等关键设备由少数国际巨头把控。（3） 光模块电芯片属专用芯片市场，市场相对较小，需要光模块厂商的长期配套扶持。图 12 光芯片产业链环节和代表公司图 13 半导体芯片（IC

34、）产业链环节资料来源：联亚光电招股说明书、 资料来源：电子发烧友网、 国产替代空间巨大，自主可控意义更大贸易战加速芯片自主可控。2018 年 4 月，美国以违反对伊朗的出口禁令为由重启对中兴通讯的出口制裁，禁止本国企业向中兴提供任何销售服务。由于在电芯片、射频前端芯片、高端光模块和光器件上严重依赖美国企业，中兴通讯陷入两个月的“休克”状态，中兴供应商遭受了严重的订单和存货损失。今年 5 月，美国商务部正式把华为列入“实体名单”，随即断供一切美国芯片、器件、软件系统、技术支持等。华为随即曝光 “备胎计划”，但在 x86 芯片、DSP、FPGA、射频前端、模拟芯片、存储芯片等领域仍然很难找到合适的

35、国产替代方案。光模块方面，中国企业在华为高端光模块和相干光模块的占有率不足 20%，25G 及以上光芯片和电芯片除了海思自研几乎没有国产替代方案。基于光芯片/电芯片的平均成本占比以及 LightCounting 对全球光模块市场规模的预测，我们预计 2018 年光芯片和电芯片的市场规模分别在 21 亿美元、8 亿美元，2023 年将分别达到 52 亿美元、20 亿美元。我国是全球光模块最大的市场之一，预计到 2023 年光芯片和电芯片国产替代空间分别在 13 亿美元、 6 亿美元。以史为鉴，华为未雨绸缪意义重大。华为光通信设备全球领先，不畏美国打压，很大程度上由于对长期研发的“备胎”信心。华为

36、海思成立于 2004 年，自成立以来光网络解决方案芯片受到极高的战略重视。华为于 2012 年收购英国光子集成公司 CIP 并于2013 年收购比利时硅光子公司 Caliopa，不断增强设计能力，今年初宣布在英国剑桥投资光芯片工厂，未来目标是实现下游流片、封测的自主化。当前中美贸易谈判结果仍有很大的不确定性，但从中兴到华为，自主可控已成为国内光模块企业的普遍共识。 产业发展两个逻辑：产品快速迭代，价格快速下降产品迭代周期短，研发布局要快 多种因素导致产品迭代周期短光模块数通市场产平均每 3-4 年完成一轮产品迭代，当前北美数据中心已进入25G/100G 和 100G/400G 的过渡阶段，国内

37、数据中心部署进度落后 1 到 2 年。电信市场产品更迭相对缓慢一些，但在工业级温度下要求光模块的稳定工作时间在 5 年以上。图 14 光模块电信市场和数通市场产品迭代周期规律资料来源： 流量加速爆发，交换机和服务器快速迭代。思科预测 2016-2021 全球流量年复合增长率 25%，这意味着流量每三年翻一番，5G 到来单位流量价格下降将带来更快的流量增长。流量的爆发导致服务器和交换机的升级需求，带来光模块的配套升级。光模块产品种类繁多，非主流产品迅速退出市场。光模块的场景和性能属性繁多，不同的封装方式、传输速率、传输距离、光纤类型、通道数、光源波长等相互组合形成庞大的产品型号体系，以满足不同场

38、景、不同性能、不同预算的解决方案。新一代产品往往有各厂商主导的多种型号供客户选择，但通常某些成为主流，其他的则退出市场。客户追求更高性价比，高速率产品替代低速率产品。光模块的发展趋势是更小、更便宜、更节能，光模块单位速率成本 2016-2019 平均每年下降 38%，2024 年单位带宽成本有望接近 1 美元/Gb，客户使用高速率产品替换低速率产品将有效降低单位成本。图 15 光模块场景和性能属性多导致产品型号繁多图 16 光模块单位带宽成本（美元/Gbps）不断下降765432102016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024资料来源： 资料来源：L

39、ightCounting、 应对方式一：快速推出新品取得先发优势客户认证周期长，先发优势重要。每一款新品进入光模块客户供应商名单往往需要半年到一年的认证周期，而一旦进入，除非出现严重质量问题，后期份额出现重大变动的可能性不大。其次，每一款新品推出往往不同供应商会给出不同解决方案，产品推出较早的供应商被客户采纳为主流方案的可能性更大。例如，IEEE 及 MSA 为 100G 定义的产品标准超过十种，但最终 100G CWDM4 由于既满足 2km 以内的传输需要又节省光纤，成为数据中心客户的主流选择。旭创进入 100G CWDM4 较早占据了较高的市场份额，随后推出的产品，如英特尔的 100G

40、PSM4 硅光方案，很难明显撼动其份额。高速率产品门槛提高，考验研发能力。从产品设计上来说，光模块实现更高的速率只有提高光源速率、提高通道数以及高阶调制三种解决方案。提高光源速率面临着 III-V 族半导体激光器性能瓶颈，目前 Oclaro、AAOI 推出的 50G 光源解决方案均为外调制的EML。提高并行通道数面临着体积、功耗、散热等设计封装难点，并且增加了客户的光纤资源成本。高阶调制主要有 PAM4 或相干调制两种，PAM4 是目前传统方案下 400G 光模块最常用提高单通道速率的方法，较 NRZ 调制速率提高 2 倍，但相应增加了 DSP 和 CDR 芯片成本。图 17 采用 PAM4

41、调制速率较 NRZ 提高 2 倍资料来源：飞速社区、 利用 PAM4 调制技术，配合 25G VCSEL*8、25G EML*8 或 50G EML*4，国内光模块厂商已经陆续推出了 SR8、FR8、FR4 光模块，能够实现 100 米到 2 千米的传输距离、低于 10W 的功耗、0 到 70 度的温宽，服务于超级数据中心和云服务商的 400G 交换机。表 5 国内厂商已陆续推出 400G 数据中心光模块公司名称400G 相关产品中际旭创400G QFSP-DD FR4、400G QFSP-DD SR8、400G OSFP AOC 等光迅科技400G OSFP SR8、400G QSFP-DD

42、 SR8、400GOSFP AOC 等新易盛400G QSFP-DD DR4/SR4 等海信宽带400G QSFP-DD FR4 等易飞扬400G QSFP-DD SR8/FR8/DR8 等铭普光磁400G QSFP-DD SR8 等立讯光电400G QSFP-DD AOC、400G QSFP-DD SR8 等华工正源400G QSFP-DD SR8 等资料来源：相关公司官网、 应对方式二：市场集中策略专注特定市场能取得先发优势。首先，光模块产品型号和技术路线的复杂性导致多产品线的厂商要在测试仪器、贴片设备、封装产线等重复投入，专注于特定市场可以集中研发实力，有助于领先竞争对手推出新品。其次，

43、光模块客户集中度较高，专注于特定市场有助于和客户建立长期稳定的供货关系，并可以参与新品联合研发从而最早进入客户的供应商体系并增强绑定。案例：苏州旭创、光迅科技、美国 Acacia 专注细分打造龙头。（1）苏州旭创以 SDH 电信光模块起家，2012 年战略重点转移数据中心市场，2016 年，公司发布 100G 产品， 其 100G CWDM4 迅速成为北美市场“爆款”。2018 年，公司推出 400G QSFP-DD 和400G OSFP，在全球数通光模块领域出货量第一。（2）光迅科技自成立之初专注于电信市场，推出了 OTN、FTTH、PON 各场景的光模块产品组合，成为华为、中兴等电信设备商

44、的主要供应商，2018 年公司电信光器件和光模块销售额稳居国内第一位，全球第四位。（3）Acacia 成立于 2009 年，是全球相干光模块的领军企业，通过硅光子解决方案和专有 DSP 芯片的研发，Acacia 不断巩固在相干市场的领先地位。图 18 旭创在 CIOE2018 上展示 400G 产品图 19 Acacia 发布 1.2T 相干光模块资料来源：讯石光通讯网、 资料来源：Acacia 官网、 价格迅速下降，成本降低要快 价格快速下降：上下游承压，议价能力弱中低端市场竞争激烈，上下游承压。从产业链结构的角度上，国内光模块产业链呈现“纺锤形”，光模块企业处在上下游挤压下，议价能力弱；下

45、游来看，国内电信市场客户主要为四大设备商，最终客户为三大运营商，数通市场客户主要为有实力建设超大规模数据中心的云计算、互联网内容供应商；上游来看，欧美日主流芯片供应商不超过 10 家。从竞争结构的角度上，国内中低端市场竞争极为激烈：2018 年全球光模块 CR8 为54%，属于垄断竞争市场，其中高端市场被 Finisar 等企业牢牢把控，而这些企业近年来的并购整合更增加了高端市场的垄断能力。中低端市场，国内市场格局较为分散，光迅、旭创、海信等企业占据着头部份额，但面临着不断进入的竞争者挑战。在上下游挤压和激烈竞争下，光模块市场呈现出年均 15%-25%的降价幅度。每一代新产品推出时，市场降价幅

46、度有所缓和，随着竞争者大量进入，产品降价幅度大幅增加， 之后随着新品推出又进入下一个生命周期。大型竞争者的进入也会迅速拉低市场价格， 例如 Intel 2018 年推出 100G 硅光产品，采用低价策略迅速占领市场份额。图 20 2018 年全球光模块 CR8 为 54%（按照销售额）图 21 光模块行业 2011-2024 平均降价幅度预测39%3%4%14%7%6%7%6%5% 5%Finisar Lumentum Accelink Innolight Oclaro Sumitomo II-VIFIT AAOIFujitsu0%-5%-10%-15%-20%-25%-30%-35%4%其他

47、-40%资料来源：OIDA Market Update October 2018， 资料来源：LightCounting、 毛利率在产品进入成熟期后迅速下降。从光模块产品生命周期来看，在产品推出早期，客户对于公司前期发生的研发支出会通过较高的销售价格给予一定“补偿”，市场竞争者少，故毛利较高。进入批量生产初期后，开发阶段的补偿结束，而良率和工艺水平尚待优化，产品的毛利率出现短暂下降趋势。随着产量规模不断扩大，生产工艺改进导致良率明显提高，生产流程的优化安排也显著降低管理费用，毛利恢复到较高的稳定水平。步入成熟后期，大量竞争者进入，产品价格下降快于成本下降，毛利率逐步降低直至降价趋于平缓。图 2

48、2 光模块在整个产品生命周期的毛利率变化资料来源：中际旭创公告 20170425、 应对方式一：规模优势规模优势可以有效提升光模块毛利率：（1）大批量采购对供应商具有更强的议价能力，在产品价格下降时能更好的消化成本；（2）大规模量产适合 COB 等自动化程度较高的生产线，有效降低人工和流水线管理成本；（3）规模优势分摊了固定成本，从而享受更高边际利润率；（4）规模优势可以积累更丰富的产线调试和工艺经验，从而实现更高的良率。国内光模块企业通过产能扩充不断发挥规模优势，以更好抵御市场价格快速下降的冲击，国外企业的并购整合，也在一定程度上巩固了规模优势。图 23 苏州旭创毛利率较好的抵抗了市场价格下

49、降图 24 通过改进生产工艺不断提高产品良率35%30%25%20%15%10%5%0%108642020142015201620172018毛利率光模块单位Gb成本（美元）资料来源：中际旭创公告、LightCounting、 资料来源：苏州旭创官网、 应对方式二：整合芯片芯片是光模块成本占比最高的部分，同时也是毛利率最高的环节。通过整合芯片， 光模块厂商可以显著降低成本、减少供应链管理成本并保证极端情况下的供应链安全。对比国外具有垂直整合能力的光模块企业，如 Finisar、Lumentum、AAOI、Acacia，国内光模块企业毛利率显著偏低。图 25 国外具有芯片能力的光模块公司毛利率高

50、于国内50%40%30%20%10%0%20142015201620172018FinisarLumentumAAOIAcacia 光迅科技苏州旭创铭普光磁新易盛资料来源：Wind、 近年来包括国内企业在内的光模块企业纷纷通过投资收购的方式快速获取芯片能力。如光迅科技收购法国Almae、昂纳科技收购法国3SP、中际旭创设立光电芯片产业基金、亨通光电参股英国 Rockley、思科陆续收购 Lightwire、Luxtera、Acacia。另外一种方式是通过大量采购保证优先供货权，建立和芯片企业的绑定关系，这种方式适用于对一些 技术还不成熟的芯片创业企业的扶持。表 6 近年来光模块企业收购芯片公司

51、事件整理时间事件协同效应2016 年光迅科技收购法国 Almae快速建立 10G 以上高端有源芯片的量产能力2017 年昂纳科技收购法国 3SP实现上游芯片材料和芯片设计的突破2018 年中际旭创通过设立宁波创泽云投资合伙企业投资陕西源杰、长瑞光电、飞昂创新扶持高速光模块光芯片和电芯片优秀国内供应商2018 年亨通光电与英国洛克利成立合资公司从事硅光子芯片设计制造通过合资公司绑定技术和市场，获得 100G 硅光子芯片技术许可2018 年思科收购 Luxtera补充思科在数通光模块领域的硅光子解决方案能力2019 年思科宣布收购 Acacia继续增强思科在硅光子领域的技术实力，并获得硅光高速相干

52、光模块解决方案资料来源：公开资料整理、 应对方式三：新技术路线COB 在封装层面实现自动化规模制造优势。传统的 TO-CAN 同轴封装在 40G/100G多路平行封装上遭遇器件的体积密度瓶颈，近年来以旭创为代表的数通光模块厂商将COB（Chip on Board）工艺推广到光模块的封装生产线上。COB（Chip on Board）板上贴装技术最早应用于消费类电子产品，通过 IC 贴装、金丝键合、阵列光纤耦合、封胶固化等工序实现大批量自动化生产，有利于充分发挥规模优势，但需要具有优势的良率， 比较适合对温宽要求不高的数据中心市场。图 26 COB 封装工艺提高了光模块生产的自动化水平资料来源：中

53、际旭创公告 20170425、 硅光方案在芯片层面实现混合集成，未来大有可为。目前传统分立器件方案最大的问题是在未来多通道时如何解决激光器成本高昂和整体功耗及体积问题。硅光集成方案希望将波导、波分复用、调制器、光源、探测器集成在一块硅衬底上，实现光信号处理和电信号处理的深度融合，是一种芯片层面和封装层面的双重创新技术。表 7 光模块组件对应的硅光集成解决方案和优缺点组件硅光方案主要特征优点缺点脊形波导、带状/线波导状波导、光子晶体波导、狭缝波导等绝缘体上硅（SOI）折射率差别大，损耗小、集成度高十分适合低损耗的板上光路传播光栅对所需光模式进行相干叠加后倒波导需要提前设光栅入波导中，实现光纤到芯

54、片、芯片内耦合工艺成熟计配对耦合器光纤熔接悬臂梁型端面耦合，通过 CO2 激光器照射，SiO2 悬臂和裸纤熔接在一起光纤倒锥通过在光纤端面抛光出一个锥面透镜实现光纤倒芯片的耦合成本低难以实现光纤阵列的耦合耦合效率高需要在光纤上做玻璃套管波分复用/解复用阵列波导光栅（AWG） 电子吸收调制器（EAM）实现波长复用/解复用、插/分复用、波长路由等利用半导体中激子吸收效应制作而成光信号调制器件工艺成熟响应速度快、功耗低成本高、散热问题调制器相位调制器外部调制使光的相位按一定规律变化成本高激光器马赫曾德尔干涉仪（MZI）混合集成将输入光分成两路相等的信号，通过控制其偏制电压实现不同边带的调制III-V

55、 族激光器通过不同的方法与硅衬底键合：（1）激光器与隔离器和耦合透镜集成在一个小组件上然后键合在硅膜上（如 Luxtera 和 Lightwire）；（2）激光器被倒装焊接在硅衬底上， 不需要隔离器（如 Kotura 和Mellanox）；（3）InP 晶片接在硅衬底上，激光器进行后处理（如 Intel） 在多孔硅、应变锗、硅上 GeSn、硅宽波长范围，温度不敏感使用成熟的激光器芯片集成度高、大规模量功耗较高，尺寸较大成本高、良率低单片集成酸锂等衬底上开展研发，将光源集成在 SOI 上产工艺不成熟探测器直接键合将探测器芯片直接键合在硅衬底上技术成熟集成度低、成本高混合集成III-V 族模具/晶

56、圆被焊接在硅衬底上集成密度高成本高单片集成直接在硅中掺杂锗的材料衬底上实现集成集成密度高，大规模量产工艺不成熟资料来源：2017 年硅光子行业分析报告、 硅光集成技术将遵循光子集成到光电集成的发展路线，并最终实现芯片内部的光互联。光子集成技术从制造工艺上分为单片集成和混合集成，单片集成将无源器件在无源光器件在硅衬底上阵列化，如光波导、光复用/解复用、光纤耦合等，在无源器件的生产中已广泛使用。混合集成将光源 III-V 族半导体键合在硅衬底，采用 DSV-BCB 紫外胶键合、低温氧分子等离子键合等集成技术。图 27 硅光集成技术的发展路线演进资料来源：华强微电子、 硅光集成方案成为未来超 400

57、G 光模块和相干光模块降低成本的有力选择。首先，硅光方案采用间接调制，解决了传统方案多通道带来的功耗、温飘等性能瓶颈并降低了激光器成本。其次，硅光集成方案 BOM 清单器件数量较传统方案减半，减少了生产线环节，降低了封装和供应链管理成本。再次，硅光更容易实现标准化大规模生产。当前， 由于良率和损耗问题，硅光方案优势尚不明显，但在超 400G 短距场景、相干光场景， 硅光可能会成为主流。应用的三个市场：电信和接入市场迎来 5G，数通市场流量与云驱动3.1 电信网市场：5G 承载网新需求，光模块量价齐升运营商资本开支迎来上升通道，光模块景气度有望提升。5G 元年开启，当前政策提速信号明显，建站预期

58、规模不断提高，运营商资本开支将迎来上升通道。我们预计，三大运营商 2019-2022 资本开支总规模有望分别增长 9%、12%、14%、12%。每一代移动通信网络的建设往往遵循“先铺路再应用”的逻辑，运营商在建网前中期的资本开支侧重于“大传输”（包括承载网光设备、光纤光缆、PON 设备、无源器件等）的比例会高一些。“大传输”内部，未来 2 年主要驱动将来自 5G 光传送网（OTN）的建设，高速光端口的增加将带来光模块需求。图 28 2009-2022 运营商资本开支总额变化及预测5000450040003500300025002000150010005000 运营商资本开支总额（亿元）YOY资

59、料来源：三大运营商年报、 25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%-20%-25%5G 承载网结构变化，光模块价量齐升。5G 引入了大带宽和低时延应用，承载网的架构、带宽、时延、同步精度等需求发生很大变化，基于 OTN 的光承载网解决方案将成为主流。5G 将原 4G 无线接入网功能模块重新拆分为 AAU、DU、CU，AAU 与 DU 之间构成前传，DU 与 CU 之间构成中传，CU 与核心网之间构成回传。各级光传输节点之间光端口速率提升明显：前传光模块向 25G 以及更高升级，中回传光模块向 50G 及更高升级，回传和 DCI 需要 100G 及更高，核心层需要 200G 及更高

60、。网络转发流量上， 由原来流向确定的南北向流量变化为南北向流量为主，东西向流量为辅。光模块数量增加：（1）5G 更高频段带来建站密度的提高，预计建站规模将是 4G 的1.5 到 2 倍，光模块用量大大增加，室内小基站规模部署后，光模块用量还将更多。（2） 5G 初期采用 NSA 架构与 4G 共享资源节点，只需要实现 AAU 以及前传光模块的升级， 但随着网络步入大规模成熟部署期，中传、回传以及东西向流量的增加需要更多光模块。光模块价格提升： 5G 部署前期，前传 25G SR 的价格达到 30 美元，前传 25G LR 的价格达到 50 美元，而规模商用期，中传使用的 ER、ZR 模块价格将