光模块行业报告.docx

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光模块行业报告

光模块行业报告

一、光模块概述

光模块是光通信系统的核心器件，主要用于光电转换。

光模块的工作原理是：

在发送端，电信号经驱动芯片处理后驱动激光器发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。

通过光纤传送后，在接收端，一定速率的光信号输入接收模块后由光探测器转换成电信号，再经前置放大器后输出相应速率的电信号。

图1光模块原理示意图

光模块由多个光器件封装而成，一般包括光发射组件（TOSA，含激光器芯片）、光接收组件（ROSA，含光探测器芯片）、驱动电路和光、电接口、导热架、金属外壳等。

其中光收发组件成本占比较高，合计占比约为80%，光芯片的成本占光模块比重约为40-50%。

图2光模块结构示意图

光模块位于光通信产业链中游，上游包括光芯片、电芯片、光组件等，下游包括系统设备。

应用领域主要为电信市场（运营商为主）和数据通信市场（大型互联网公司、企业用户）。

其中光芯片及上游材料竞争行业壁垒较高，高端芯片主要由美国等海外厂商垄断，主要的电芯片，例如相干器件，调制解调芯片等，全部进口，光芯片部分，2.5G和10G的中短距离产品，我们已经实现了国产化，其他全部物料依靠进口。

电芯片（调制，驱动，串并转换等）的相关厂商有Macom、semtech，sillconlabs，Maxim等；光芯片部分（激光器，检测器）相关厂商有住友、三菱、lumentum、Oclaro、Neophotonics等。

光器件涉及设计和制造多个环节，近几年逐步呈现出向成本优势地区迁移，中国厂商在无源器件已经占据一定份额，有源器件近几年加速趋势明显；整体设备中兴、华为、烽火等已经在全球具备差异优势。

图3光模块产业链示意图

光模块有多种分类方式，按封装形式可分为GBIC、SFP、XFP、QSFP、CFP等；按传输距离可以分类为2km及以下的为短距离、10～20km的为中距离以及30km、40km及以上的为长距离；按是否支持波分复用（WDM）应用分类有灰光模块（不支持WDM）和彩光模块（支持WDM）；按光模块内部的激光器芯片可分为VCSEL、DFB、EML，光探测器芯片可分为PIN、APD等。

目前对光模块的主流划分方法为根据传输速率，可以划分为6G、10G、25G、50G、100G、200G、400G。

4G升级到5G传输网络架构下，电信市场光模块传输速率相应升级，前传主要为10G/25G/50G光模块、中传主要为50G/100G/200G光模块、回传主要为100G/200G/400G光模块。

数据通信市场主要为100G/200G/400G光模块。

二、市场空间

光模块需求增长主要是两大来源：

电信市场、数通市场。

电信市场受益于5G技术架构的改变和对传输速率的提升要求。

5G相比4G的两级架构升级为三级架构，回传带宽需求增大同时新增中传需求，同时5G基站覆盖密度加大，带来对光模块需求的增加，对传输速率要求提高，光模块速率全面升级。

根据中国电信的方案设计，100G/200G/400G的技术将在传输网中得到更为广泛的应用以满足更高的速率和时延指标。

1、电信市场

5G承载网结构变化，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，光模块价量齐升。

5G将原4G无线接入网BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）两级结构功能模块重新拆分为AAU（有源天线单元）、DU（分布单元）、CU（集中单元），原有BBU的非实时部分被分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务；BBU的部分物理层处理功能与原RRU合并为AAU；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。

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，中传光模块向50G及更高升级，回传需要100G及更高，核心层需要200G及更高。

图45G网络架构升级示意图

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（非独立组网）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25GSR的价格达到30美元，前传25GLR的价格达到50美元，而规模商用期，中传使用的ER、ZR模块价格将在100美元以上，回传和核心层使用的相干模块价格在1000美元以上，均较4G时期大幅提高。

（SR：

几百米内、LR：

10千米、ER：

40千米、ZR：

80千米）

假设5G国内建站规模为4G的1.5倍，即700万站。

网络收敛比，接入层：

汇聚层：

区域核心层：

核心层=8:

4:

2:

1。

前传全部使用25G（短距长距比例60%：

40%），中传使用50G、100G数量比=3:

1，回传使用100G、200G数量比=2:

1，核心层使用200G、400G数量比=2:

1。

可以初步估计5G共产生各种光模块需求5400万只，对应市场规模约68亿美元。

表1电信市场光模块市场规模

2、数通市场

5G带来的流量爆发同样也会带来应用侧的数据流量增长，不仅数据中心南北向流量（外部用户与内部服务器之间流量）不断加大，云计算、人工智能等新技术使数据中心的东西向流量（内部服务器之间流量）同步增长。

东西向数据交互需求推动数据中心向“叶脊架构”演进。

传统的三层网络结构应用广泛而且技术成熟，但随着技术的发展趋势，它的瓶颈也不断涌现，导致越来越多的网络工程师放弃这种结构的网络。

spineleaf——叶脊拓扑网络结构，因其扁平架构优越的东西向传输能力、时延表现和扩展能力，越来越成数据中心的主流选择。

解决了传统三层网络架构带宽浪费、故障域较大和难以适应超大规模网络等问题。

图5传统三层网络架构与新兴叶脊网络架构

传统三层网络架构下，100G光模块数量=核心交换机数量*2；40G光模块数量=汇聚层交换机数量*核心交换机数量*2；10G光模块数量=单机柜接入层交换机数量*机柜数*2*2。

假设传统数据中心中，机柜每台占地面积3-5㎡，取均值4。

一般单机柜服务器容量为20-30台，取均值25。

那么1000㎡的机柜数为250台，服务器数量为6250台。

假设500台接入层交换机，汇聚层交换机为5台，核心层交换机为2台。

光模块需求数量：

10G：

25*250*2*2+2*250*2*2=27000；40G：

5*2*2=20；100G：

2*2*2=8，总计27028（其中40G及以上的高速光模块数量在28个）。

新型叶脊架构下，100G光模块数量=脊交换机数量*2；40G光模块数量=脊交换机数量*叶交换机数量*2；10G光模块数量=单机柜接入服务器数量*机柜数*2*2。

机柜每台占地面积3-5㎡，取均值4，占地1000㎡的数据中心机柜数为250台，服务器数量为6250台。

以飞速（FS）交换机为例，一台叶交换机有48个下行10G光端口。

根据设计网络时需要考虑的一个重要因素是收敛比不能超过3:

1，对应的叶交换机、脊交换机数量分别为：

131台、4台。

光模块需求数量：

10G：

25*250*2*2=25000；40G：

131*4*2=1048；100G：

4*2*2=16，总计26064（其中40G及以上的高速光模块数量在1064个）。

（1）为测算全球数通光模块市场空间，作如下假设：

–2021年随着5G应用落地，机架增速将显著提升。

按照Gartner预测，全球IDC机架数在2020年将达到498.5万个。

–数据中心规模有大中小型之分，假设平均下来单机架服务器数量为12台（参考Gartner公布的全球机架数与服务器数比例）。

–叶脊构架占比逐渐提升，400G会逐渐对100G形成替代，100G替代40G，10G光模块会向25G演进。

–10G光模块价格逐年下降10%，10G以上高端光模块价格逐年下降20%。

表2全球数通光模块需求

（2）为测算国内数通光模块市场空间，作如下假设：

–工信部《全国数据中心应用发展指引（2018）》，17年国内机架166万，假设18-19年增速20%，之后增速为25%-30%。

–国内叶脊构架占比提升速度略小于全球，国内光模块产品结构低一些，高端光模块对低端光模块的替代速度会更慢。

–10G光模块价格逐年下降10%，10G以上高端光模块价格逐年下降20%。

表3国内数通光模块需求

三、光模块市场格局

光模块行业整体呈现完全市场竞争局面，行业市占率较为分散。

根据Ovum统计，2017年光模块市场份额最大的公司为Finisar，其次为Lumentum。

几家较大的中国光模块企业占据了全球14%的份额，其中光迅科技约占6%，海信宽带（未上市）约占4%，华工正源（华工科技子公司）约占1%，新易盛约占1%。

图6光模块企业市场份额

光模块产业从2010年开始经历了较长时间的产业东移，中国光模块企业全球竞争力提升。

根据Ovum统计，中国光模块企业市场份额从2010年的19%增长到2016年的36%，海外传统光模块巨头Finisar、Lumentum、Oclaro三家公司在2012-2016年间的市场份额损失了20%。

中国光模块产品短板主要存在于高速+长距离产品，400G光模块中收发模块及调制解调芯片基本依赖进口。

目前，我国高端光通信芯片市场基本被海外厂商垄断，海外厂商占国内高端光芯片、电芯片市场90%以上的份额。

据工信部统计，2017年，我国10G光芯片国产化率接近50%，但25G及以上光芯片国产化率仅有3%。

电芯片国产化率比光芯片更低。

国内主流厂商与国际领先厂商相比，产业链上游受制较严重，尤其是技术壁垒和价值量较高的激光器产品。

表4各大公司产品布局

国内厂商概况如下：

中际旭创光模块产能、良率（100G良率90%）、成本控制较好，随着数通市场回暖，高速+长距离技术优势显现。

重点客户：

Amazon、Google、Facebook、思科、华为、阿里、腾讯等；

光迅科技拥有领先的自主芯片技术，通信订单持续增加，行业排名进入前五。

重点客户：

华为、烽火、中兴、运营商；

华工科技产品结构向高速和芯片突破，围绕5G和数通布局高速光模块，提供全套解决方案。

重点客户：

华为、中兴、爱立信、诺基亚、运营商；

剑桥科技2018年/2019年分别收购MACOM/Oclaro日本公司的部分资产，获取高速光模块核心技术，前景值得期待。

重点客户：

华为、诺基亚、HPE-Aruba、ACTIONTEC、FPT、烽火通信、上海贝尔、瑞斯康达、深圳创维等；

新易盛19年向5G中高端光模块转型，高速率产品收入占比越来越大。

重点客户：

中兴、烽火通信、运营商。

四、发展趋势

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。

国内厂商可通过规模优势、整合芯片和采用新技术路线等方式突围。

从产品角度上，高速光通信模块是光通信领域的核心产品，属于国家重点支持的高新技术产品，高端光模块的技术壁垒更高，这将使得光模块在光通信产业链中价值量更为集中。

400G高端光模块的价格高于4个100G的价值总和，更比40G光模块价格高出近十倍