2024年天孚通信研究报告：光器件平台型龙头-光引擎构建第二成长曲线

2024年天孚通信研究报告：光器件平台型龙头_光引擎构建第二成长曲线一、平台型光器件供应商，盈利能力稳定营收逐渐增长1.1无源光器件起家，形成光器件整体解决方案和先进光学封装两大核心业务公司是业界领先的光器件整体解决方案提供商和先进光学封装制造服务商（OMS），产品广泛应用于光通信、激光雷达、生物光子学等领域。公司成立于2005年，历经多年的自主研发和外延并购，在精密陶瓷、工程塑料、复合金属、光学玻璃等基础材料领域积累了多项全球领先的核心工艺技术，为全球客户提供多种垂直整合一站式产品解决方案。公司已形成两大核心业务板块，分别是以十六条产品线为支撑的光器件整体解决方案业务和先进光学封装业务。公司致力于成为全球领先的光器件企业，已完成以苏州和新加坡为全球双总部，日本、深圳、苏州为研发中心，美国、新加坡、香港、深圳、武汉为销售分支，江西和泰国（建设中）双生产基地为量产基地的全球网状布局。23年起公司受益AI发展实现业绩高增长，24Q1延续了高增长态势。公司深耕光通信领域，在光器件领域持续横向拓展。公司以光无源器件起家，在无源器件品类拓展的过程中积累了波分复用耦合技术、FAU光纤阵列设计制造技术、TO-CAN/BOX芯片封测技术、并行光学设计制造技术、光学元件镀膜技术、纳米级精密模具设计制造技术、金属材料微米级制造技术、陶瓷材料成型烧结技术、PLC芯片加工测试等技术平台。经过近二十年的内生和外延，公司已基本实现光模块所需无源光器件全覆盖。目前公司依托自有的十六条无源器件产品线，形成了八大光器件解决方案，为客户提供光器件垂直整合一站式产品解决方案，广泛应用于电信、数据中心、企业网等不同应用场景。同时，公司依托现有成熟的光通信行业光器件研发平台，扩展为下游激光雷达、医疗检测等客户提供配套基础元件产品和集成器件产品。公司股权结构稳定，邹支农、欧洋夫妇为公司实控人。邹支农先生为现任公司董事长、总工程师，欧洋女士为现任公司董事、总经理。截至2024年4月24日，公司前三大股东为苏州天孚仁和投资管理有限公司（38.11%）、朱国栋（8.92%）、香港中央结算有限公司（4.41%），邹支农、欧洋夫妇与其子女（一致行动人）合计持有天孚仁和100%的股权。实行股权激励绑定高管与员工，高目标彰显增长信心。为健全公司长效激励约束机制，吸引和留住专业技术人员及核心骨干人员，公司于2023年11月13日发布公告拟实施2023年股权激励计划，以期充分调动员工积极性和创造性，有效提升核心团队凝聚力和企业核心竞争力，将股东、公司和核心团队三方利益结合在一起。本次激励计划拟授予激励限制性股票数量300万股，拟授予价格为39.66元/股，拟激励对象合计400人，约占公司2022年底员工数2861人的13.98%。本次股权激励业绩考核指标以2022年营收或净利润为基准，2024-2026年的营收增长率不低于120%/175%/238%；净利润增长率不低于100%/130%/165%。1.2公司经营情况稳健，产品拓展推动营收逐年增长AI趋势拉动行业需求增长，公司营收实现快速增长。2018-2022年，公司营收从4.43亿元稳健成长到11.96亿元，CAGR达21.97%。2023年公司实现营收19.39亿元，同比增长62.04%。24Q1公司实现营收7.32亿元，同比增长154.95%。从23Q2开始，公司季度营收增速实现大幅增长，23Q2-24Q1营收分别同增27.97%、73.62%、138.78%、154.95%，营收体量以及增速均大幅提高，主要归因于2023年起AI的快速发展，尤其是ChatGPT等大模型的出现，带动算力需求爆发，全球数据中心建设拉动高速光器件产品需求持续稳定增长，尤其是对公司有源及无源高速率产品需求的增长更快，带来公司收入同比高增。公司营收结构逐渐改善，光有源器件成为新增长极。公司2023年实现营收19.39亿元，同比增长62.04%，其中光有源器件营收为7.46亿元，占比为38.48%，光无源器件营收为11.83亿元，占比为61.04%。从公司产品结构看，2017-2021年变化幅度较小，2021-2023年光有源器件份额迅速提升，占比由2021年的8.23%提升到38.48%，2022-2023年光有源器件营收分别同增156.24%、242.52%，给公司业绩增长带来较大贡献。光有源器件是指能实现光电信号转换功能的器件，目前包括TO封装、OSA高速率光器件、高速光引擎等产品。光有源器件营收快速增长归因于1）伴随着行业技术迭代和产品升级，终端需求逐渐释放，客户端对公司光有源器件需求上升。2）光有源器件产品集成度较高，所需外购物料金额较大，因此本身价格更高。量价齐升使光有源器件成为公司营收新增长点。公司盈利能力稳中有升，净利润高速成长。2017-2022年，公司归母净利润从1.11亿元稳健成长到4.03亿元，CAGR达23.97%。2023年公司实现归母净利润7.30亿元，同比增长81.14%。24Q1实现归母净利润2.79亿元，同比增长202.68%。净利润高速增长主要归因于2023年起AI和人工智能新技术的应用，海外和国内市场高速光模块需求展现高景气度，带动公司净利润快速增长。为满足旺盛的市场需求，泰国基地预计于今年5月份试生产，未来随着产能逐渐释放，将持续赋能公司净利润增长。公司毛利率稳中有升，且高于行业内可比公司。2023年公司综合毛利率达到54.30%，同比增加2.68pct。其中，光无源器件毛利率为60.25%，同比增加5.24pct；光有源器件毛利率为44.77%，同比增加8.02pct。24Q1公司综合毛利率达到54.30%，同比增加4.09pct。毛利率的提升主要归因于1）公司订单饱满，产能利用率持续提升，毛利率得到改善。2）产品结构变化，受益于AI趋势，高毛利的高速率产品市场需求相对增加，带动公司综合毛利率提升。同期，公司毛利率高于行业内可比公司平均水平，主要系公司位于光通信产业链上游。公司营收规模位于可比公司中游，但营收增速处于行业前列。受益AI趋势以及算力需求增加，全球数据中心建设对高速光器件产品需求持续增长，光模块/光引擎供应商为直接受益环节，例如公司、中际旭创、新易盛等营收体量实现较大增长，同比增速位于行业前列。公司作为国内稀缺的平台型光器件一站式解决方案提供商，2023年前五大客户销售占比81.64%，其中公司第一大客户Fabrinet占年度销售总额比例53.61%，销售总额达10.39亿元，海外市场大客户贡献高销售额。同时，公司400G、800G用光器件产品实现了大规模批量交付，有源光器件占比不断提升。公司研发费用率位于行业靠前水平且相对稳定。公司2023年研发费用为1.43亿元，同比增加16.74%，在营业收入中的占比为7.39%，同期可比公司平均研发费用率为8.73%。24Q1研发费用为0.52亿元，同比增长68.02%，在当期营业收入占比为7.16%。公司2023年末研发人员数量为464人，同比增长3.34%。公司的研发费用将用于持续推进高速率有源产品的开发工作，用于高速率产品的新技术预研，也用于提前布局1.6T、硅光技术路线的光器件等产品。公司持续降本增效，各项费用率稳中有降。2023年公司销售费用率为0.94%，减少0.56pct，管理费用率为4.26%，减少0.97pct，财务费用率为-3.04%，同比下降1.36pct。各项费用占营业收入比重降低，公司持续提高管理运营效率，进一步提升公司的盈利能力和毛利率水平。二、AI驱动需求爆发，光引擎成为业绩新增长极2.1光通信逐渐成为主流传输方式，公司位于产业链上游受益于全球数据量快速增长，光通信逐渐崛起。在全球信息和数据互联快速成长的背景下，终端产生的数据量每隔几年就实现翻倍增长，当前的基础电子通讯架构渐渐无法满足海量数据的传输需求，光电信息技术逐步崛起。光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，光模块实现电光转换，将信息以光信号的形式进行信息传输的系统。光通信系统具有信道带宽极宽、传输容量大、中继距离长、抗干扰好等优点。基本的光通信系统由光发射机、通信通道和光接收机三部分组成。光发射机将电信号转换成激光信号，然后调制激光器发出的激光束形成光信号，并将得到的光信号通过光纤传递，然后光接收机将光纤输出端接收到的光信号转换成原始的电信号。公司位于光通信产业链上游，产品覆盖光组件和光器件。从产业链角度看，光芯片、电芯片、结构件、辅料等基础构建构成光通信产业上游，产业中游为光组件与光模块，产业下游组装成系统设备，最终应用于电信市场，如光纤接入、4G/5G移动通信网络，云计算、互联网厂商数据中心等领域。光模块为光通信中实现光信号、电信号互相转换的核心元器件。光模块主要由光芯片、电芯片、光组件和其他结构件所构成，其中上游光器件元件为光模块成本中的主要部分。在光器件元件中，光发射模块TOSA和光接收模块ROSA成本占比较高。TOSA的主体为激光器芯片（VCSEL、DFB、EML等），ROSA的主体为探测器芯片（APD/PIN等）。光模块的核心功能是光电信号的互相转换，应用场景主要分为两大领域：4G/5G无线网络、固定宽带FTTX、传输与数通网络等为代表的电信领域；承载AR/VR、人工智能、元宇宙等应用的数据中心领域。光通信产业链中，光组件可分为光无源组件和光有源组件。光无源组件在系统中消耗一定能量，实现光信号的传导、分流、阻挡、过滤等交通功能，主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等；光有源组件在系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等。2.2AI快速发展引领需求持续增长，行业景气度持续提升我们认为本轮光模块高景气周期的核心逻辑是供需错配：1）需求端，大模型参数数量呈现指数级倍增，使得对算力的需求同样为指数成长；2）供给端，算力的提供方是AI芯片，单芯片的算力成长来自于摩尔定律（18-24个月翻倍），而光模块则是数据传输的载体，光模块出货量与AI芯片出货量同步增长；因此，AI芯片与光模块出货量暴增来弥补摩尔定律单卡算力与模型算力需求指数成长之间的供需差。需求端：AI大模型时代，算力需求提升明显，并保持指数级增长。2015至2016年左右，AI大模型问世，大模型趋势始于2015年底AlphaGo的出现并一直延续至今。期间，这些大规模模型由国内外科技巨头训练，他们拥有的更多Capex与训练资源打破了以往的趋势，大模型由于参数数量大幅增加，所需要的算力也相较常规模型大幅增长。以GPT3为例，总算力消耗约为3640PF-days(即假如每秒计算一千万亿次，需要计算3640天)，需要7~8个投资规模30亿、算力500P的数据中心才能支撑运行。在当下模型迭代百花齐放以及算力需求指数成长的时代，我们或已迎来AI发展的高景气周期。根据IDC的数据，2022年全球人工智能（AI）IT总投资规模为1324.9亿美元，2027年有望成长到5124.2亿美元，22-27年CAGR达31.1%。其中，2027年全球生成式AI市场规模有望接近1500亿美元，22-27年CAGR达85.7%。2027年中国人工智能总投资规模将突破400亿美元，22-27年CAGR达25.6%。生成式AI占比将达到33.0%，投资规模超130亿美元，22-27年CAGR86.2%。根据华为《智能世界2030》的报告预测，2030年，人类将迎来YB数据时代，相较2020年，通用算力将增长10倍、人工智能算力增长500倍，算力需求十年百倍的增长将成为常态。供给端：光模块与AI芯片性能与出货量齐升，光摩尔定律推动光模块升级，800G光模块放量在即。2016年数通市场100G交换机开始规模部署，2017年首款400G交换芯片Tomahawk3送样，2020年200G和400G光模块开始规模部署。博通于2022年8月推出Tomahawk5交换芯片，海外云厂商同年开始部署800G光模块，并且2024年有望实现大规模放量。AI芯片加速迭代，1.6T光模块商用在即。根据英伟达最新的产品线路图，2024年B100GPU将实现量产，公司配套的IB交换机Quantum和以太网交换机Spectrum-X的端口速率也将同步提高到800G。随着英伟达算力芯片持续迭代，光模块、交换芯片等配套网络基础设施迭代有望先行。随着2025年英伟达有望推出新一代GPU，IB交换机Quantum和以太网交换机Spectrum-X的端口速率同步升级，光模块有望向1.6T演进，2024年在800G光模块放量的同时，1.6T也有望迎来小批量商用。AI加速不同行业的智能化转型，人工智能的“涌现”时刻即将出现。AI的发展将重塑电子半导体基础设施，海量数据的收集、清洗、计算、训练以及传输需求，将带来算力和网络的迭代升级。当下海量大模型训练与推理都在云数据中心完成，带动数据中心与各类网络基础的加速建设。当我们迈入智能时代，我们会发现最大的需求是算力，最关键的基础设施是数据中心。根据SynergyResearchGroup的数据，2024年全球超大型数据中心数量将超过1000个。其次，网络架构的变迁与硬件迭代、下游云厂商持续加大AI以及云业务的资本投入、AI竞赛持续等不同因素都将使行业扩容与景气度提升。光模块是数据中心内部互连和数据中心相互连接的核心部件，根据LightCounting的数据，2024年全球光模块市场规模有望达150亿美元。行业发展趋势一：网络架构的变迁与硬件迭代网络架构升级提高光模块需求。传统的大型数据中心网络架构通常为三层架构，包含核心层、汇聚层以及接入层，主要基于南北向流量传输模型而设计，满足外部对数据中心的访问。而东西向流量的增加，同时伴随传统数据开始向云数据中心转型，为保证通信的时延，叶脊式网络开始兴起。叶脊式网络架构更加扁平化，且扩大了接入和汇聚层，大大提高网络的效率，特别是高性能计算集群或高频流量通信设备的互联网络。随着叶脊网络架构的普及，单机柜需要配置的光模块数量也将显著增加。据中际旭创可转换债券募集书披露，传统三层式架构光模块相对机柜的倍数为8.8倍，当数据中心网络架构向叶脊式过渡后，光模块相对机柜的倍数将成长到46倍。英伟达AI数据中心采用与叶脊式相近的胖树（fat-tree）网络架构。传统的树形网络拓扑中，带宽是逐层收敛的，树根处的网络带宽要远小于各个叶子处所有带宽的总和。Fat-Tree是无带宽收敛的，其中每个节点上行带宽和下行带宽相等，并且每个节点都要提供对接入带宽的线速转发的能力。Fat-Tree网络中交换机与服务器的比值较大，同时也增加了对光模块的需求。从光模块的技术趋势上来说，目前行业主流仍然以可插拔光模块为主，采用光电共封装CPO技术的光模块仍处于产业化初期。高速光芯片与光模块是用于长途相干光传输和高速数据中心的核心光器件，有望跟随光网络设备市场持续保持增长。目前行业内光调制的技术主要有三种：基于硅光、磷化铟和铌酸锂材料平台的电光调制器。其中，硅光调制器目前主要应用于短距的数据中心传输或者相干光场景中，磷化铟调制器主要用在中长距的数据中心传输，铌酸锂电光调制器主要用在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。LPO方案是在传统可插拔光模块的基础上，利用线性直驱技术替换传统的DSP，降低成本与功耗的同时也牺牲了性能与传输距离。随着光模块速率由400G向800G，乃至未来的1.6T和3.2T演进，终端客户希望通过产品迭代获得更好的互联性能、更高的集成度以及更低的功耗，因而光模块衍生出了不同技术路径。1）传统可插拔光模块传统高速光模块主要基于EML（单模）、VCSEL（多模）光芯片，EML芯片衬底为磷化铟，VCSEL芯片衬底为砷化镓。2024年OFC大会上，国内外多家光模块、光/电芯片厂商展示了1.6T硅光/LPO光模块、800G（单波200GEML/VCSEL）、200GEML、200GVCSEL、1.6TDSP等新产品。公司重点展示了面向人工智能和数据中心应用800G/1.6T光模块配套应用产品，包括MuxTOSA、DemuxPOSA、LensedFAU以及MT-FA等高速光引擎产品系列。由于磷化铟衬底本身物理性质原因，单波200G的激光器基本已达到速率上限，未来很难继续提高单通道速率。因此我们认为在3.2T及以上速率的光模块当中传统磷化铟方案很难继续使用，若采用200GEML则需要16个通道，会大幅提高光模块的尺寸。2）LPO方案光模块光模块当中DSP芯片可以通过复杂算法，对传输信号进行补偿、调制，可以大幅降低误码率，但缺点是价格较高，同时功耗较大。LPO方案利用线性直驱技术替换传统的DSP，在降低成本的同时实现功耗的降低，但在性能和传输距离上有所牺牲。同时没有DSP以后，光模块需要依赖有较强补偿能力的交换机芯片，比如博通Tomahawk5对信号进行补偿和处理，降低误码率。另外LPO方案也无法支持长距离的传输，预计主要是在数据中心等有大量传输距离较短的场景当中使用。3）硅光方案光模块在磷化铟方案单通道速率难以继续提升的背景下，利用CMOS工艺进行光器件开发和集成的硅光技术成为趋势。硅光方案中，激光器芯片仅作为外置光源，硅基芯片承担速率调制功能，因此需将激光器芯片发射的光源耦合至硅基材料中。凭借高度集成的工艺优势，硅基材料能够整合调制器和无源光路，从而实现调制功能与光路传导功能的集成。硅光方案使用的大功率激光器芯片，要求同时具备大功率、高耦合效率、宽工作温度的性能指标，对激光器芯片要求更高。另外硅的成本较磷化铟更低，同时硅光采用CMOS工艺，有望进一步降低成本。即使单通道激光器芯片的速率无法继续提升，依靠硅光技术具有高集成度的特点，光模块在保持原有大小的情况下，也可以通过增加通道数的方式进一步提升传输速率，硅光渗透率有望在800G及更高速率光模块中持续提升。根据LightCounting的数据，硅光光模块的市场份额有望从2022年的24%成长到2028年的44%。4）薄膜铌酸锂光模块体材料铌酸锂调制器是大容量光纤传输网络和高速光电信息处理系统中的关键器件，具有带宽高、稳定性好、信噪比高、传输损耗小、工艺成熟等优点，几十年来为光通信发展发挥了关键作用。但在传输速率需求不断提升的形势下，体材料铌酸锂调制器也在一些性能上遭遇瓶颈，而且体积较大，不利于集成。新一代薄膜铌酸锂调制器芯片技术将解决这些问题。具有“光学硅”之称的铌酸锂材料通过最新的微纳工艺，制备出的薄膜铌酸锂调制器具有高性能、低成本、小尺寸、可批量化生产且与CMOS工艺兼容等优点，是未来高速光互连极具竞争力的解决方案。5）CPO方案光模块CPO是在网络带宽持续升级下，未来光模块可能演进的技术趋势之一，但目前市场CPO相关产品总体尚处于初期阶段。CPO将电芯片（交换芯片ASIC）和光引擎（光模块）封装在一起，光引擎或光模块的主要功能是将输入的光信号转换为数字信号，同时将SwitchASIC芯片输入的数字信号转化为光信号进行输出。根据封装后电芯片和光引擎（光模块）的距离，CPO处于持续演化的升级路径中。2.5DCPO直接将光引擎与SwitchASIC封装在同一个基板上，进一步缩短线距，增加I/O密度；3D封装技术将光学IC直接连接到中介层上，实现小于50umpitch的I/O间距的相连。光电共封的方式缩短了电芯片和光引擎间的距离，使得电信号能够更快的在芯片和光模块之间传输，提高了效率，减少了尺寸，还降低了功耗。与传统的电子器件相比，光学器件具有更高的传输速率、更低的能耗和更高的可靠性。因此CPO技术可以应用于人工智能中，提高计算平台的速度和能效比，从而满足大模型训练、大规模数据处理和深度学习算法的需求。但同时CPO的封装更加复杂，相比光模块可热插拔的特点，CPO集成大量器件，一旦内部器件损坏，替换难度较大，维护成本更高。根据LightCounting的数据，可插拔光模块将在未来5年（甚至更长的时间内）继续主导整个光模块市场。采用CPO技术的光模块的市场份额将持续提升，到2027年CPO技术在800G和1.6T光模块中的份额将达到30%。行业发展趋势二：下游云厂商持续加大AI以及云业务的资本投入海外云厂商资本开支持续上修，持续加码AI竞赛。在经历高通胀、终端需求放缓等外因冲击的背景下，2023年上半年国内外互联网厂商总体资本开支有所下滑。但随着AI的快速发展，大模型持续迭代与落地带来的云业务以及随之产生的海量数据存储、训练等需求，国内外厂商都加大了对数据中心、服务器以及基础网络设施的投资。海外四大云厂商谷歌、亚马逊、微软和Meta24Q1资本开支分别是120亿美元、149亿美元、110亿美元和64亿美元，分别同比增长91%、5%、66%、-6%。各大云厂商也同步给出全年资本开支指引，谷歌展望余下季度资本开支维持与24Q1相同或略高。亚马逊展望余下季度资本开支将显著高于24Q1水平，全年资本开支同比高增。微软展望资本开支将季度环比增长，同时FY25资本开支将大于FY24。Meta将资本开支指引由23Q4的300-370亿美元上修至24Q1的350-400亿美元，同时预计25年资本开支将持续增加。各大云厂商持续加大资本开支，以此支持云业务、AI业务的快速拓展。服务器出货量开始回暖，AI服务器需求集中于海外云厂商。云基础设施主要由交换机、服务器、光模块、光纤光缆以及其他设备组成。光模块作为光纤通讯的核心元件，有望持续受益于服务器市场的增长。此外，英特尔和AMD推出新一代服务器平台，大型企业都加大了在边缘服务器、元宇宙、超级计算机以及云服务器上的投入，这些都将会成为驱动服务器市场取得快速增长的关键因素。根据IDC的数据，2024年全球服务器出货量有望达到1287