光模块-系列报告之三：光芯片：速率升级和份额提升驱动产业加速成长

光芯片：速率升级和份额提升驱动产业加速成长——光模块系列报告之三强大于市(维持)证券产业金融研究院分析师侯宾◆核心观点◆光芯片：实现光电转换的核心通信芯片。光芯片是实现光电转换、分路、衰减、合分波等基础光通信功能的芯片，其速率；BOM构成中激光器+探测器所用光芯片在光模块成本中占据较大比例。根据有无发生光电能量转换，可分为有源光芯片和无源光芯片。◆竞争格局：低速率基本实现国产化，高速率光芯片国产化替代加速推进。据2021年ICC数据表示，我国2.5G光芯片已基本实现国产化，10G国产出货量占44%以上，仍有增长空间；25G及以上芯片国产替代仍存在较大成长空间。◆技术演进：国外厂商占据先发优势，国内厂商加速追赶。国外于2012年研发出25G光芯片，并于2021年研发出最前沿的片及硅光技术方案实时监测，有望打开新成长空间。2)车载领域，载激光雷达加速成长带动光芯片需求持续向好：基于砷化镓和磷化铟的光芯片作为激光雷达的核心部件将随着汽车智能化发展带动需求增加。◆相关标的：源杰科技、长光华芯、德科立、仕佳光子(DFB激光器芯片)、中际旭创(硅光芯片)、光迅科技、光库科技◆风险提示：高算力发展不及预期、宏观经济波动风险、全球贸易波动风险、行业竞争风险。wwwcgwscom2光芯片原理阐述及产业链环光芯片原理阐述及产业链环节wwwcgwscom4光芯片:实现光电转换的核心通信芯片光芯片:实现光电转换的核心通信芯片光芯片是实现光转电、电转光、分路、衰减、合分波等基础光通信功能的芯片，是光器件和光模块的核心。光理是基于光子学原理，即利用光的波动性和粒子性来传输和处理信息。测。首先，激光器将电信号转换为光信号，其光芯片通过加工封装为光发射组件(TOSA)及光接收组件(ROSA)，再将光收发组件、电芯片、结构件等进图表1：光芯片工作原理图表2：光模块结构示意图资料来源：亿渡数据《中国光芯片行业研究报告》，长城证券产业金融研究院资料来源：源杰科技招股书，长城证券产业金融研究院口光芯片成本构成24%，直接材料成本占14%。制造费用主要包括折旧费、装修费摊销、水电费、光栅加工费等其他费用。光芯片的原材料包括衬底、金靶、特殊气体(主要包括高纯氢、磷化氢、液氮等)、三甲基铟、光刻胶、封装材料(包括管帽等和其他材料等，其他原材料包括显影液、光刻掩模板、异丙醇、砷种较多且占比较低。口激光器+探测器所用光芯片在光模块中占据较大比例模块成本73%，光模块中的光器件主要分为以下TOSA为光发射器件，主要应用在电信号转化成光信号(E/O器主要有FP、DFB、EML和VCSEL四类，常用的为后三种。ROSA为光接收器件，主要应用在光信号转化成电信号(O/E图表3：光芯片成本构成直接材料直接材料,直接人工,24%制造费用,62%资料来源：源杰科技2022年年度报告，长城证券产业金融研究院图表4：光器件成本结构(2022年)右图展示的光器件成本构成中，TOSA和ROSA占据80%，而其中激光器光芯片和探测器光芯片又占据TOSA和ROSA的85%，因此激光器+探测器所用光芯片在光模块中占据较大比例。业研究报告》，长城证券产业金融研究院5光芯片分类：主要以光芯片分类：主要以有源/无源分为两大类芯片，材料学选择方案众多口光芯片主要有两种分类方式：光芯片的分类主要按照光器件的分类分为光有源器件芯片和光无源器件芯片。有源光芯片按应用情况分为激光器光VCSELPINAPDPLCAWGPINAPD包括相干光收发芯片、光开关芯片等，LiNbO3包括调制器芯片等。图表5：光芯片分类6据《中国光芯片行业研究报告》67制造出现了一批快速崛起的创业企业，如武汉敏芯、中科光芯、海光芯创、陕西源杰等，同时像光迅科技、海信宽，对芯片品质影响最大，主要由GaAs和InP制成，以海外厂商供应为主。在光通信产业链中游，光芯片经加工封装后得块，集成程度提升，单位价值量升高。图表6：光芯片制造产业链数据来源：华经产业研究院、长城证券产业金融研究院图表7：光通信产业链数据来源：华经产业研究院、长城证券产业金融研究院光芯片市场光芯片市场空间及竞争格局wwwcgwscom960.0040.060.0040.00.0.056口全球：AI算力催生新需求，全球光芯片市场迎来确定性高增口国内：互联网大厂纷纷加码大模型叠加国产化进程加速演进，国内光芯片需求旺盛看，国内互联网大厂百度、阿里、腾讯、科大讯飞、京东等纷纷加码大模型叠加光芯片国产化进度的持续推%)市场规模(亿美元)272720222027E数据来源：中商产业研究院、长城证券产业金融研究院图表9：国内光芯片市场规模及增速(亿元，%)市场规模(亿元)同比增长率(%)800400141.7123.123.4107.592.482.382.1201820192020202120222023E数据来源：中商产业研究院、长城证券产业金融研究院8.0%6.0%4.0%0%0.0%1060.0050.0040.0030.060.0050.0040.0030.0020.0000市场空间：高速率光模块驱动高速率光芯片量价齐升量：高传输要求驱动光芯片市场规模广阔片市场发展迅速。均复合增长率将达到21.40%。图表10：高速率模块光芯片市场空间及预测(百万美元)数据来源：Omdia、源杰科技招股书、长城证券产业金融研究所图表11：光芯片市场单价(元/颗)5G5G55.16 43.88 21.8621.121.8618.2114.53114.5314.603.14.03.53.52019202020212022H1数据来源：源杰科技招股说明书、长城证券产业金融研究院价：高速率光芯片价值量受工艺难度提高而提升对应芯片的研发、量产难度越大，可稳定供应的供应商迎来量价齐升的发展局面，高速率光芯片将拥有良好的发展前景。wwwcgwscom1120%%020%%0%国产厂商有4家，而2022年上榜厂商G产化。本土企业占据主要市场份额且主导全核心技术，但综合考虑替换成本、可靠性、批量出货能力等因素，下游光模块厂商仍有顾虑。高速率光芯片国产化替代仍存在较大成长空间。竞争格局：低速率基本实现国产化，高速率光芯片国产化替代加速推进份额：国产供应商发展迅猛，国产光芯片份额持续增长图表12：全球十大光模块供应商排名2016年2022年Finisar(美国)1旭创(中国)&Coherent(美国)23Cisco(美国)Acacia(美国)45光迅科技(中国)Oclaro(美国)6旭创(中国)7Sumitomo(美国)8华工科技(中国)Lumentum(美国)9Intel(美国)数据来源：Lightcounting、长城证券产业金融研究院图表13：2021年2.5G及以下光芯片国内厂商占比(%)22%4%17%%9%数据来源：ICC、长城证券产业金融研究院中科光芯光隆科技仕佳光子中电13所图表14：2021年10G光芯片国内厂商占比(%)220%41%6%6%6%数据来源：ICC、长城证券产业金融研究院源杰科技云岭光电中科光芯武汉敏芯其他图表15：2021年25G及以上光芯片国产化率(%)25%20%5%5%25G光芯片25G以上光芯片数据来源：ICC、长城证券产业金融研究院wwwcgwscom12行业壁垒：技术壁垒较高，生产工艺与流程较为复杂，多以行业壁垒：技术壁垒较高，生产工艺与流程较为复杂，多以IDM为主资料来源：亿渡数据《中国光芯片行业研究报告》，长城证券产业金融研究院成长、晶粒制造、封装测试共五个主要环节。芯片设计，根据芯片功能需求，用专业芯片设计软件制作光电制造，基板制造的技术关键是提纯，当前能实现高纯度单晶体衬底批量生产的全球仅有几家企业，均为海外企业。之后是磊晶生长/外延片因此是光芯片行业技术壁垒最高环节。最后是晶粒制造和封装测试环节，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IDM为主外光芯片龙头企业的研发强度平均在10%-15%左右，这需要较大规模的营业收入作为支撑。、流片、技术验证、定型、量产等数个环节，在工艺和流程均成工艺经验的积累来解决散热、封装和稳定性等多重技术难题，从而有效提升良品率。整体的回报时长被进一步拉长。业难以承受高投入慢回报，因而形成较好配合才能顺利推进业务y光芯片技术发展路线及新兴赛道拓光芯片技术发展路线及新兴赛道拓展wwwcgwscom14光芯片技术发展演进图光芯片技术发展演进图随着光模块不断朝着高速率、小型化、更集成的路线发展，光芯片对应速率也不断提升。虽然国外相关公司占据先随着以ChatGPT为代表的AIGC快速发展，算力和带宽升级再次驱动下游需求旺盛，进一步加速光芯片产品迭代。图表17：国内外相关上市公司不同速率光芯片产品速率发展时间产品速率(单位：G)国内公司国外公司302010009000400 10010050 20112012201320142015201620172018201920202021202220232024数据来源：各公司官网、投资者调研及互动问答、源杰科技招股书、观研天下网、网络电信网站、光纤在线、长城证券产业金融研究所(备注：长光华芯20230630互动问答、光迅科技20220418机构调研、光迅科技20190617互动问答)wwwcgwscom15海外光芯片厂商技术海外光芯片厂商技术进展：芯片通道速率及技术方案持续升级率研究进展100米OM4多模光纤工作(OFC2022)200GEML无致冷(2-70工作温度范围)200GbpsEML支持2公里800Gbps和1.6Tbps应用。(OFC2022)otonics100GBd的调制，需要在带宽和调制效率之间寻求一个平衡(OFC2020)Lumentum支持100GDR和400GDR4500米应用，支持800GPSM8100米应用，并可以支持100GFR和400GFR4的应用。Lumentum更高速率激光发射，可以在类似的功耗和成本下实现当前400GbE模块2倍速的传输，可适用于800G及以上的应用。(OFC2021)Lumentum200mwCW面向CPO的高功率激光器(OFC2022)53GBaud53G高速EML激光芯片组包括灰光和CWDM两类，调制带宽大于35GHz，性能已能满足电信客户对远距至40km的高端需求，目前53GEML已完成业界要求的一万小时以上高温工作寿命实验(HTOL)作可靠性保证。资料来源：观研报告网、长城证券产业金融研究院PAMwwwcgwscom16国内光芯片厂商技术进展：国产化进程加速推进国内光芯片厂商技术进展：国产化进程加速推进G酸锂调制器目基于建设期末完成项目的100%投产，将实现年生产至少8万只铌酸锂调制器的能力。(2023.5.23)25G光芯片出货突破KK级(百万级)nmGb/s-NRZ高速多模VCSEL芯片产品，具有优秀的产品性能多家头部光模块公司的支持下，公司25GVCSEL1X1和1X4芯片累计出货量超过KK级(百万级)。(2022.10.9)小、抗反射光能力更强等差品类产品，同时提供更低成本的集GIDM率先攻克技术难关、打破国外垄断，并实现25G激光器芯片系列产品的大批量供货。(2023.5.16)VCSEL芯片、红外激光芯片、可见光激光芯片等提高芯片的市场占有率，拓展毛利率高的高端器件和模块业务，未来芯片的占比会持续超过50%。(2022.9)2023年上半年，公司研究团队发布了全半导体激光无线能量传输芯片及系统，包括808nm和1μm的发射端激光芯片及模块、接收端单/多结激光电池芯片及模块、激光无线传能系统。(2023.7.28)MCU等相关芯片已替换为国产芯片片厂家响应很快，在可预测时间内不会出现缺芯情况。(2022.10.12)、相干光模块中，高端光为主。中低速率光芯片，主要是指25G以下光芯片，国产技应充足。此外公司自研的光芯片，已经批量应用于公司部分产品中，自研光芯片用量将逐步增加。(2022.9)G0G硅光模块采用自研硅光芯片GG采用了自研硅光芯片技术，预计2024年会向一些客户率先量产供应。(2023.8.13)GDFB800GAWG客户验证中。800GAWG产品在客户送样中。(2023.5)资料来源：各公司官方公众号及投资者关系活动记录、C114通信网、长城证券产业金融研究院wwwcgwscom17口消费电子领域，光传感应用领域拓展为光芯片带来新成长空间。口车载领域，车载激光雷达加速成长带动光芯片需求持续向好。随着传统乘用车的电动化、智能化发展，高级别的辅助驾驶技术逐步普及，核心传感器件激光雷达的应用规模将会增大。基于砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)的光芯片作为激光雷达的核心部件，其未来的市场需求将会不断增加。据Yole数据及测算，预计2028年全球L4自动驾驶领域光芯片市场规模可达3.06亿消费电子：光传消费电子：光传感应用领域拓展为光芯片带来新成长空间3D信息传感，如人脸识别。口医疗市场：健康医疗硅光方案利好光芯片应用及硅光技术方案，实现健康医疗的实时监测。模将达到23,184亿元。图表20：中国智能硬件市场规模(亿元)000 市场规模(亿元)增速(%)0%40%2017201820192020202120222023E数据来源：iimedia、中商产业研究院、长城证券产业金融研究院图表21：VCSEL人脸识别应用图据健康界研究院数据，预计2020-2025年中国医用级智能可穿戴设备市场规模复合增长率达30.0%，2025年中国医用462.6亿元。图表22：中国医用级智能可穿戴设备市场规模(亿元)0400300000市场规模(亿元)增速(%)201620172018201920202021E2022E2023E2024E2025E80%60%40%20%数据来源：健康界研究院、长城证券产业金融研究院图表23：医疗级可穿戴设备应用场景图数据来源：自连科技公众号、长城证券产业金融研究院wwwcgwscom19车载领域：车载激光雷达加速成长带动光芯片需求持续向好车载领域：车载激光雷达加速成长带动光芯片需求持续向好口自动驾驶逐步普及，带动激光雷达核心部件光芯片需求提升增大。基于砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)的光芯片作为激光雷达的核心部件，其未来的市场需求将会不断增加。YoleLRobotaxi模同比增长95%，达3.17亿图表24：ToF激光雷达核心模块示意图数据来源：禾赛科技招股说明书、长城证券产业金融研究院图表25：全球L4自动驾驶用光芯片市场规模(百万美元)市场规模(百万美元)增速(%)3503002502000201820192020202120222023E2024E2025E2026E2027E2028E0%80%70%60%50%40%30%20%10%数据来源：Yole、长城证券产业金融研究院相关标的相关标的图表27：源杰科技营收、归母净利润及同比增速(亿元，3图表27：源杰科技营收、归母净利润及同比增速(亿元，3210营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY20182019202020212022源杰科技：国内光芯片领先供应商，在研项目进展顺利基站的高速DFB芯片设计和制造技术、甲烷传感器激光器芯片、1550波段车载激光雷达激光器芯片、大功率EML光芯片的集成工艺开发等项目。其中100G产品研发进展顺利，目前在和客户对标送样准备中，其余部分项目已经进入产业化阶段，同时已与部分激光雷达厂商达成合作意向。类网络10nmDFBgnmCWDMDM0nmHighPower70mW0nmHighPower25mW达/nmPulseDFB数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院www.cgws.com数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院%)600%0%400%300%00%0%-100%长长光华芯：发布56GEML光芯片，助力高端光模块芯片国产化持创新性及领先性。audPAMEMLCWDMG输速率，或8颗芯片实现800G传输速率的应用目标。半导体激光芯片领域：2023年H1，公司推出9XXnm50W高功率半导体激光芯片，光电转化效率高(大于等于62%)，现已实现大批量生产、出货，是目前市场上量产功率最高的半导体激光芯片。车载激光雷达芯片领域：产品顺利通过车规级AEC-Q102认证，已成为汽车厂商合规可靠的车载激光雷达芯片供应商。同产品高功率单管系列产品高功率单管芯片高功率单管器件光纤耦合模块直接半导体激光器高功率巴条系列产品高功率巴条芯片高功率巴条器件阵列模块激光雷达与3D传感系列产品激光雷达VLR系列激光雷达EEL系列TOF系列SL系列光通信芯片系列产品APD系列EML系列数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院润及同比增速(亿元，%)营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY543210-1543210-12019202020212022 数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院400%00%0%-200%-400%-600%-800%-1000%公司系统建立了覆盖芯片设计、晶圆制造、芯片加工、封装测试的IDM全流程业务体系，应用于多款光芯片开发，突破一分路器芯片、AWG芯片)、有源芯片(DFB激光器芯片)，并逐步开发微透镜芯片，VOA芯片，未来向有源+无源的光电片逐步向器件模块领域延伸。产品PLC分路器芯片系列品PLC分路器晶圆PLC分路器芯片均分、非均分PLC分路器器件AWG芯片系列产品CWDM/LANWDMAWG晶圆&芯片、组件40/48/60DWDMAWG晶圆&芯片、模块DFB激光器芯片系列产品2.5G、10G、25GDFB激光器芯片CWDFB激光器器件TO、TOSA、蝶形光纤连接器单芯光纤连接器多芯束连接器室内光缆单芯、多芯光缆射频拉远光缆引入光缆FTTR用自粘型蝶形隐形光缆线缆材料热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃材料辐照交联型低烟无卤阻燃聚烯烃材料辐照交联型低烟低卤阻燃聚烯烃材料特种聚氯乙烯产品平行光组件硅透镜隔离器数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院润及同比增速(亿元，%)营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY864202018201820192020202120220%0%数据来源：公司2020年-2022年年报、仕佳光子招股说明书、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院23光库科技：无源器件的核心供应商，铌酸锂募投项目加速推进光库科技：无源器件的核心供应商，铌酸锂募投项目加速推进无源器件的核心供应商，拥有较强技术优势。公司主要产品应用于光纤激光产业和光纤通信网络，所处细分行业为光电子于100Gbps以上的长距骨干网相干通讯和单波100/200Gbps的超高速数据中心中，公司开发的新一代薄膜铌酸锂光子集成传输模式。聘和工艺平台搭建，整体进度可期。00Gbps铌酸锂相干调制器GHz强度调制器数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY87654321020182019202020212022数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院80%60%40%20%0%-20%-40%光迅科技：国光迅科技：国内首家上市的光电子器件公司,全球领先的光电器件及模块厂商造，是一家有能力对光电器件进行系统性、战略性研究开发的高新技术，主要产品有光电子器件、模块和子系统产品，拥有从芯片、器件、模块到子系统的垂直集成能力，拥有光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台，块产品。产品矩阵不断扩展，持续加码技术研发。面向400G、800G高速光传输系统，开发了系列AWG芯片，主要产品有itterPLC产品模块品GPONOLT/ONU10GPON4GLTE10G、25G、50G、100G灰光和彩光光收发模块品AOC产品数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院利润及同比增速(亿元，%)营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY808040%7035%6030%5025%4020%15%10%105%00%20182019202020212022数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院25德科德科立：国内先进光通信产品供应商，围绕“高速率、长距离”持续研发拓宽品类子支持发展领域。公司建立了光收发模块、光放大器、光传输子系统三大技术平台，形成以高速率、长距离、模块化为主要特点的核心技术，具备从芯片封测、器件封装、模块制造到光传输子系统设计制造等垂直制造能力。Oband升公司产品核心竞争力。系统统数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院(亿元，%)营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY8765432102018201920202021202250%0%-50%数据来源：公司2022年年报、招股说明书、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院www.cgws.据中心客户提供100G、200G、400G和800G等高速光模块，为电信设备商客户提供5G前传、中传和回传光模块以及应用于骨Coherent并列全球第一。公司通过旗下基金企业和陕西先导光电集成科技投资合伙企业共持有源杰科技股份7.85%。据公司2022年年报与机构调CmoTG产品系列主要产品数据中心&以太网800GOSFP和QSFP-DD400GOSFP和QSFP-DDInnoLight200G和10GSFP+0GQSFP28和SingleLambda40GQSFP+和25GSFP285G网络产品200GPAM4LR4和ER4100GQSFP2850GQSFP28SingleLambda25GSFP28400GQSFP-DDER4相干传输100G/200G/400GCFP2DCO100G/400GQSFP-DDDCO光纤到户数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院利润及同比增速(亿元，%)营收归母净利润营收YOY归母净利润YOY0040080%70%60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%-30%20182019202020212022数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺IFinD、长城证券产业金融研究院86420博创科技：国内最早的PLC光功率分路器生产厂家，产业研发进展顺利国内最早的PLC光功率分路器生产厂家。公司的主营业务是光通信领域集成光电子器件的研发、生产和销售。自2003年成立以来，公司坚持走光电子结合和器件模块化、集成化、小型化的道路，专注于集成光电子器件的规模化应用，为电术，建立了平面光波导(PLC)、微光机电(MEMS)、硅光子和高速有源模块封装四大技术平台。上市，博创科技间接持有总股本的1.01%，有利于产业链上下协同及整合。此外，据公司官网称，2023年3月8日，博创科技与镭芯光电宣布战略合作，共同生产工作波长为1310nm和CWDM4的多光纤外置光源(ELS)模块，这些模块可定制用于WDM司目前已开发基于硅光子技术平台的无线前传25G硅光模块和数通400G-DR4硅光模块并实现量产，800G硅光模块和CPO相关产品正在开发中。图表41：博创科技营收、归母净利润及同比增速(亿元产品系列主要产品接入产品PLC光分路器PON光模块光纤阵列传输产品密集波分复用器件无线产品系列主要产品接入产品PLC光分路器PON光模块光纤阵列传输产品密集波分复用器件无线承载网光收发模块数通市场产品数据中心用光收发模块有源光缆(AOC)高速铜缆(DAC、ACC)20182019202020212022数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院数据来源：公司2018年-2022年年报、同花顺数据来源：公司2022年年报、长城证券产业金融研究院%)800%600%400%00%0%光芯片光芯片产业加速成长，持续看好相关标的投资机会Q年盈利预测(截止至2023.08.14)代码股票名称收入(百万元)入(百万元)同比增速(%)PE2023Q12023E2023Q12023E2023Q12023E2023Q12023E2023E2024E2025E688498.SH源杰科技4.8571-40.60%1.1%-49.68%42.80%3.6.1688048.SH长光华芯90.36603.42-19.30%6.49%-94.67%2.77%.742.44688205.SH德科立928.14-19.32%29.96%21.84-32.97%7.80%34.2726.2620.53688313.SH仕佳光子-23.94%-3.1992-113.98%42.6%.74800308.SZ-12.04%26.4%249.9222.1%.8002281.SZ光迅科技-25.92%11.96-28.62%32.8627.0723.9900620.SZ光库科技828.159.94%28.91%-32.46%25.79%6.2244.4900548.SZ博创科技39331.11%25.8%25229.80%6iFinD院备注：2023年第一季度数据来自各公司2023年第一季度报告，除源杰科技、仕佳光子、中际旭创、博创科技盈利预测采用长城证券产业金融研究院，其余均来自iFinD一致预测wwwcgwscom32能发生3、全球贸易波动风险：海外北美等海外客户是国内光芯片厂商