2022年EML大规模商用的最高速率已经达到 100Gb/s

核心摘要

电信市场运营商的资本支出增长温和，投资倾向于计算网络。

2019-2023年，CAPEX三大运营商年均复合增长率为4.61%，呈温和增长趋势。2023年，运营商在计算网络上的投资支出明显加快，2023年中国移动预计计算网络资本支出将达到452亿元；中国电信预计2023年计算网络资本支出将达到195亿元；中国联通预计2023年计算网络资本支出将达到149亿元。

未来数通市场发展增长明显，带动光模块市场繁荣。

数通市场需求扩张的动力来自两个方面:1)2019-2022年北美四大云厂商资本支出增长率高达30.77%，数据中心建设投资持续加快。2)叶脊网络架构大幅增加了对光模块数量的需求，帮助光模块迭代升级到更高的速度。

Chat GPT启动了人工智能军备竞赛，计算能力需求驱动光模块更新迭代过程加速。

模型升级迭代的背后是海量数据的培训和推理。自2012年以来，全球计算能力需求迅速增长，但人工智能的应用和开发存在“桶效应”，即计算能力服务器集群之间的数据交换需要数据中心内的网络互联网，从而刺激对高速光模块的大量需求，促进光模块产业的发展。

到2024年，800G将进入大规模放量阶段，1.6T时代将逐步临近。

在海外人工智能计算能力需求的推动下，国内领先的光模块制造商在23年3月开始了800G需求，400G订单在23年下半年增加；随着芯片交换容量每两年翻一番，FiberMall预计1.6T光模块需求预计将在2025年实现。

LPO、CPO、硅光和薄膜铌酸锂方案已成为光模块新技术的发展方向。

在计算能力时代的背景下，数据中心已经成为一个大的能源消耗者。光模块技术的升级不仅是简单速度的两倍，而且还需要解决高功耗和高成本的问题。LPO、CPO、硅酮和薄膜镍酸锂方案有望成为解决这一系列问题的突破口。

投资建议

1)光模块及上游光器件：中际旭创、天孚通信、新易盛、光迅科技、联特科技、剑桥科技；

二、光芯片及硅光：源杰科技、仕佳光子、光库科技、博创科技、罗博特科、铭普光磁。

风险提示

1)人工智能应用的发展低于预期风险；2)海外大型工厂投资低于预期风险；3)中美摩擦升级风险；4)行业竞争加剧，价格和盈利能力下降。

1. 从信号之光到流量之光

1.1. 光模块是信号收发的核心

光模块是一种用于光通信的设备。它包括发光器和接收器。它可以将电信号转换为光信号并发送到远程设备。它还可以将收到的光信号转换为电信号，并将其传输到计算机、路由器或交换机。光模块通常用于数据中心、企业网络、电信运营商网络等领域，以实现高速、远程和高可靠性的通信。

1.2. 光模块的成本结构

光模块中实现光电转换的核心部件是光电芯片，是光模块中完成光电信号转换的直接芯片，是光芯片工作的支撑，是光模块的核心部件。在成本比例方面，光芯片通常占光模块成本的40%-60%，电芯片占10%-30%。

光模块的主要升级是速率，光通信芯片的成本随着光模块速率的增加而增加。芯片的差异作为主要成本组成部分，已成为衡量光器件高端和低端的主要标准。光模块越高，光芯片和电芯片的成本比例就越高。

1.3. 上下游光模块产业链

上游主要包括光芯片、电芯片、光设备等供应商，其中光设备供应商多，本地化率高，但芯片技术壁垒高，研发成本高。国外大型工厂占据了高端光芯片和电芯片领域的大部分市场份额。光模块位于中游，属于技术壁垒相对较低的包装环节。下游包括互联网和云计算企业、电信运营商、数据通信和光通信设备供应商。其中，互联网、云计算企业和电信运营商是光模块的最终用户。

国内光芯片厂商的竞争领域集中在25gb/s以下的产品，25gb/s及以上产品的国产化率仍不足。光芯片一般按速度划分为2.5分Gb/s、10Gb/s、25Gb/s及以上各种调制速率。根据功能划分，光芯片可分为激光芯片和探测器芯片。激光芯片用于发射信号，将电信号转换为光信号，根据发射结构进一步分为表面发射芯片和边缘发射芯片，主要包括VCSEL、FP、DFB、EML；探测器芯片用于接收信号，将光信号转换为电信号，主要包括PIN和APD。2022年EML大规模商用的最高速率已经达到 100Gb/s，大规模商用DFB和VCSEL激光芯片的最高速率已经达到 50Gb/s。

欧洲、美国和日本的国家光芯片制造商具有技术经验的先发优势，逐步实现产业闭环，建立较高的产业壁垒，并拥有大规模生产25Gb/s以上光芯片的技术。国内厂家对芯片制造中外延技术的掌握还不成熟，因此高端外延主要依靠进口，导致发展有限。从分速市场来看，目前国内厂商可以大规模量产2.5Gb/s、10gb/s激光芯片，25gb/s激光芯片只有少数厂家批量发货，50gb/s激光芯片s、大多数硅光方案制造商仍处于验证试生产阶段。

电芯片国产化率低，海外企业仍是核心供应商。电芯片包括激光驱动芯片LDD Driver、跨阻放大器芯片TIA、芯片LA的限幅放大、DSP电信号处理芯片等，但国内只有少数供应商涉及25Gb/s及以下电芯片产品，25Gb/s以上基本依赖进口。

1.4. 光模块产业格局

近年来，国内光模块厂商发展迅速，行业呈现出“西退东进”的趋势。自2010年以来，国内光模块制造商发展迅速，全球排名逐渐排名第一。2010年，中国只有武汉电信设备有限公司（WTD）入围全球十大名单，Lightcounting公布的2022年全球十大名单中国内厂商越强，共有7家入围，其中国际旭创和coherent并列榜首。

2015-2023年光模块月出口规模波动上升，2023年11月和12月创下新高。根据海关出口数据，2015-2023年中国光模块出口年化复合增长率为12.26%，明显上升趋势。2023年呈现前低后高的趋势，主要是因为国内龙头厂商海外订单Q2高速产品、Q3逐渐开始，带动出口需求增长。

2. AI驱动光模块进入800G/1.6T时代

2022-2028年全球光模块市场规模CAGR将达到12%，预计2028年全球规模将超过200亿美元。根据Yole 根据Intelligence数据，2022年全球光模块市场规模将达到110亿美元。在大型云服务运营商对800g高数据速率模块的高需求和国家电信对增加光纤网络容量的要求的推动下，预计2028年将增至223亿美元，2022-2028年复合增长率将达到12%。

国内市场对光模块的需求规模为20-30亿美元，约占世界的1/4。根据Lightcounting的预测，2018-2023年中国光模块部署量占全球25%-35%，2024-2029年略有下降。北美云服务提供商在人工智能集群中部署800G的计划更加激进，这将成为未来2-3年中国份额下降的主要因素。

2.1 电信市场运营商的资本支出稳中见长，支出比例倾向于计算网络

在电信市场方面，自2019年宣布商业5G服务以来，三大电信运营商业资本支出稳中见长。2019年，三家公司的资本支出总额约为2999亿元，预计到2023年，资本支出总额约为3591亿元，年复合增长率为4.61%。

2019年是5G网络建设的第一年，随后2020-2022年进入5G发展的高峰期。2019年6月6日，工业和信息化部向三大运营商和中国广播电视台颁发5G商业许可证，同年首批建设15万个5G基站，2019-2023年5G基站平均每年新增67.54万个。5g领域中光模块的用途是前传、中传、回传，其中前传主要对应25g/50g光模块，中传主要对应50g/100g光模块，回传主要对应100g/200g/400g光模块

三大电信运营商对工业互联网和计算能力网络的相关投资正在逐步增加。2023年，中国移动预计资本支出将达到1832亿元，其中计算能力网络资本支出将达到452亿元，同比增长近35%，新增云服务器24万多台，新增可用IDC机架4万多台。中国电信预计2023年资本支出将达到990亿元，工业数字化投资计划增长40%，其中计算能力投资195亿元，IDC投资95亿元。2022年，中国联通计算网络占资本支出的16.8%，预计2023年计算网络资本支出将达到149亿元，占总资本支出的19.4%，同比增长20%以上。

2.2. 资本支出的高增加和网络架构的升级已成为提高数通市场繁荣的核心驱动力

北美四大云服务商资本支出占全球约85%，2019-2022年CAPEX年化复合增长率高达30.77%。根据Counterpoint Research数据预测， 2023年，北美四大云服务商Microsoftoft、Amazon、Google和Meta将占全球总资本支出的85%。其中，2022年整体资本支出放缓，可能归因于疫情期间全球经济下滑，但自23Q2以来逐渐恢复。

全球数据规模的扩大加快了对数据中心建设的投资。数据中心的内部设备需要网络连接，以满足光模块的大量需求。随着通信和互联网应用的不断发展，个人和企业对计算能力和数据存储的需求逐渐转移到“云”。IDC最新数据显示，全球数据规模将从2022年的103.66ZB提升到2027年的284.3ZB，2022-2027年复合增长率将达到22.36%。我们认为，数据规模的增加需要更多的服务器和交换机，这些设备需要信息交换和网络互联，这对生成光模块有很大的需求。

Statista计算全球hyperscale的数量从2015年的259个增加到2021年的700个，Synergy Research Group的最新数据显示，2023年，该数量已接近900个，其容量占全球所有数据中心的37%。根据Precedence 根据Research数据，2022年全球hyperscale市场规模为801.6亿美元，预计2032年将上升至9353亿美元，2023-2032年复合增长率将达到27.9%。

叶脊网络架构大大增加了对光模块数量的需求，帮助光模块迭代升级到更高的速度方向。数据中心的流量分为两种:1)南北流量:数据中心外的客户端与数据中心内的服务器之间的通信流量；2)东西流量:数据中心不同服务器之间的通信流量。根据Cisco2021年的数据，东西流量主要是数据中心流量，占85%。

传统的三层拓扑网络架构中的东西向流量必须通过聚合层和核心层的设备转发，通过许多不必要的节点，最终用户获得的响应时间减慢。相比之下，叶脊结构（Spine-Leaf）扁平化设计可以在多条路径上分布东西流量，更适合在东西流量大的场景中使用。进一步讨论，脊交换机与叶交换机之间的互联需要合理的带宽比来匹配，其上行链路应始终比下行链路运行得更快，以避免端口链路堵塞。因此，叶脊架构不仅部署了更多的光模块，而且对光模块的速率提出了更高的要求。

硅光子技术产业链的上游包括光芯片设计、SOI衬底、外延片和OEM，中游为光模块制造商，下游分为数字通信和电信。Intel、中际旭创、Coherent、Cisco和Marvell等制造商具有PIC设计和模块集成能力，并与下游云制造商和人工智能等巨头保持密切合作。它们具有明显的优势，在供应链中发挥着明显的主导作用。

海外龙头厂商市场份额优势明显，国内厂商处于追赶阶段。从竞争格局来看，Intel在数通市场占据领先地位，份额高达61%，随后的Cisco、Broadcom分别占20%和7%。在电信市场，Cisco占据了49%的市场份额，随后的Lumentum和Marvell分别占30%、18%的电信市场增长主要来自长途网络的相关可插拔模块。

国内光模块制造商相继布局了硅光技术领域，预计未来将打开市场空间。随着人工智能GC对计算能力和高速光模块需求的增加，中际徐创、新一生等国内制造商相继布局了硅光技术领域，预计未来将进一步开放市场空间。

3.4 薄膜铌酸锂

电光调制器可以将电信号转换为光信号，从而实现光信号的调制。一般来说，有三种类型的电光调制器：硅光、磷化锆和铌酸锂材料。其中，硅光调制器适用于短程数据通信光模块，磷化锆调制器适用于中长距离光通信网络光模块，铌酸锂适用于100Gbps以上的长骨干网和单波100／超高速数据中心200Gbps。

与三种材料相比，磷化镓材料成本较高。硅材料在光通信波段具有透明度和高折射率，制备工艺与CMOS兼容，可制备大规模的硅集成光路，但硅材料没有电光效应，硅基调制器只能采用热调制或载流子效应调制，从而限制其速率。铌酸锂具有显著的电光效应，非常适合制造高速电光调制器，但早期没有合适的工艺可以制备薄膜铌酸锂晶圆，因此铌酸锂调制器只能使用体材料作为分离元件，分离铌酸锂材料光学器件体积大，工艺与CMOS不兼容，不易集成。铌酸锂调制器行业的竞争格局相对稳定，世界上只有富士通、住友和光库科技三家公司可以批量供货。

薄膜铌酸锂通过“离子切片”从块状铌酸锂晶体上剥离出铌酸锂膜，并与二氧化硅缓冲层的Si晶片键合。与磷化镓(成本有限)等其他光电子材料相比，、硅光(性能功耗有限)、铌酸锂晶体（尺寸有限）可实现超快电光效应和高集成光波导，具有带宽大、功耗低、损耗低、尺寸小等优良特点，可实现大尺寸晶圆的大规模制造。薄膜铌酸锂调制器是一种基于铌酸锂材料的光学调制器。与传统的铌酸锂调制器相比，薄膜铌酸锂调制器在设备尺寸、电光带宽和集成方面具有明显的优势。

根据Research，薄膜铌酸锂调制器主要应用于骨干网通信的相干通信端口 Dive数据预测，2023年全球铌酸锂调制器市场规模将达到40.76亿美元，预计2030年将达到65.43亿美元，2022-2030年CAGR将达到6.09%。

4. 重点关注目标

1)光模块及上游光器件：中际旭创、天孚通信、新易盛、光迅科技、联特科技、剑桥科技；

2)光芯片及硅光：源杰科技、仕佳光子、光库科技、博创科技、罗博特科、铭普光磁。

建议重点关注：

1.中际旭创(300308).SZ）

全球领先的光模块制造商在23年内表现出色，盈利能力稳步提高。公司之前发布过 2023 预计2023年归母净利润将达到20-23亿元，同比增长63.40%-87.91%；扣除非净利润19-23亿元，同比增长83.15%-121.70%。在盈利能力方面，自23年3月以来，下游客户增加了400G&800G光模块订单，公司高速产品出货比例增加，盈利能力增强。23年前三季度毛利率稳步上升，分别为29.55%/30.39%/31.75%，净利率趋势与毛利率一致，分别为13.31%/16.16%/18.67%。公司先发优势明显，规模效应不断增强。

24年400G、预计800G产能和交付将继续攀升，具有新产品先发优势。计算能力时代，AIGC建设和升级需求加快，公司新技术前瞻性布局，1.6T光模块和800G硅光模块开发成功，进入交付测试阶段。LPO系列已经向海外客户推出了解决方案和样品，CPO和3D封装技术也在不断研发，预计未来将长期受益于AI发展红利。

2.天孚通信(300394).SZ）

公司位于光模块上游，光引擎重点产品量产，23年业绩可能超出预期，23Q4单季度利润有望再创新高。2023年归属于母公司的净利润预计为6.77亿元-7.58亿元，同比增长68%-88%；扣除后净利润预计为6.47-7.38亿元，同比增长77%-102%。预计23Q4单季度归母净利润2.38-3.19亿元，同比增速 89%-153%，环比增长17%-57%，预计23Q3单季度后再创新高。

全球计算能力需求强劲，预计该公司将继续受益于人工智能开发红利。公司业绩的高增长主要得益于人工智能的发展和计算能力需求的提高。全球数据中心的建设引领了对高速光设备产品需求的快速增长，推动了公司部分产品线的持续扩张和生产能力利用率的显著提高。未来2-3年仍将是全球人工智能军备竞赛的关键时期，计算能力预计将继续大规模投资。2024年英伟达B100、OpenAI GPT 5.0的发布将加速北美市场对高速光模块的需求。作为中国为数不多的北美大型工厂供应系统中的上游光发动机制造商之一，该公司的800g光设备产品预计将大量实施。

3）新易盛（300502.SZ）

产品覆盖完整，预计将受益于未来 AI 对光模块增量的需求。该公司已成功推出800G单波200G光模块产品，同时，基于硅光解决方案的800G和400G光模块产品组合也涵盖了800G、400G光模块产品和400G光模块产品 ZR/ZR+基于LPO方案的相关光模块产品和800G光模块；该公司是中国为数不多的拥有100G的公司之一、掌握高速光器件芯片封装和光器件封装的企业，分批交付能力为400G和800G光模块。未来，公司有望充分享受人工智能和云数据流量快速增长促进光模块升级的红利。

加快国外布局，不断优化产能部署。公司专注于客户需求和产能储备，以确保产品订单的交付。泰国工厂一期工程已完成，并具备大规模生产条件。二期工程预计将于2024年完成。[天丰通信团队]