光电器件行业分析报告.docx
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光电器件行业分析报告
2016年光电器件行业分析报告
2016年8月
目录
一、科技巨头们推动光电器件的三次高增长5
二、数据中心：
推动光器件发展的又一强大引擎7
2、光电器件迎合数据中心三大发展趋势9
（1）光电器件助力数据中心提升传输速度9
（2）光电器件满足数据中心巨型化要求10
（3）光电器件推动绿色数据中心发展12
2、数据中心需要多种的光电器件13
（1）光收发模块：
实现数据中心互联的关键14
（2）光纤：
构建数据中心网络的关键器件15
（3）光隔离器：
数据中心实现长距离传输的保障16
3、国际巨头纷纷采用光电技术16
（1）谷歌：
采用光纤，重视能耗17
（2）Facebook：
采用Intel100G硅光技术17
（3）微软：
高度重视光传输18
三、终端产品将是光电器件下一个增长引擎19
1、大计算量、高清视频、VR推动光电器件用于终端19
2、光计算机和量子计算机有望成为长期大趋势21
2、光子计算机将大量使用光电器件23
四、光电器件正形成类似于半导体的产业链格局24
五、行业主要企业简况25
1、聚飞光电：
被忽视的半导体公司26
2、光迅科技：
垂直一体化的光电器件国内龙头27
3、华工科技：
具备多种光电技术的综合厂商27
六、主要风险28
1、技术不够成熟的风险28
2、成本问题迟迟不能解决28
巨头布局光电技术：
微电子技术是电子产业几十年的发展主线，自IBM在1982年开放兼容机标准以来，英特尔逐步成为微电子技术的驱动龙头，其摩尔定律主导着电子行业技术升级的节奏。
随着摩尔定律的放缓，英特尔已开始布局光电技术，并将其阶段性成果商用于数据中心的数据传输，于近日宣布100G光收发器的商用化。
惠普在其颠覆冯诺依曼计算机架构的TheMachine宏伟计划中用光电器件连接计算单元和存储单元，IBM、佳能等行业巨头纷纷布局光电技术和光计算机。
光通讯、数据中心、终端产品相继拉动光电器件市场的高增长：
中国当前处于光纤到户、宽带加速的第一阶段，美国已处于数据中心大发展的第二阶段，光电器件助力数据中心提升传输速度、巨型化和低能耗的发展趋势。
数据中心对于光电器件的需求在2016年将为近30亿美元，三年CAGR达到18%。
在第三阶段，终端产品将大量运用光电器件。
光电器件已被用于超级计算机内部的数据传输。
USB3.0、HDMI、Thunderbolt等光纤连接线已应用于消费电子终端，8K高清视频、VR/AR等内容对传输速度提出了更高的要求，光电技术能够提供更简单和流畅的传输体验。
在未来的光计算机、量子计算机等中，光电器件将起到类似半导体器件在电子计算机中的基础性作用，市场空间也有望与半导体整体市场相当。
光电器件正逐步形成类似半导体的产业链格局：
光电器件本质上是一种特殊类型的半导体器件，其加工制造与半导体相似。
当前大多数光电器件采用InP、GaAs等化合物半导体，英特尔等公司已成功量产更低成本的硅光器件。
光电器件市场兴起于1990年代，远远晚于1950年代开始兴起的CMOS硅半导体产业，市场规模也仅占半导体整体的不到5%，产业链格局还不如硅半导体产业成熟，Finisar、Avago等龙头公司都采用类似于硅半导体产业的IDM的垂直一体化商业模式。
随着光电器件技术的快速进步，Acacia、Aurrion等小型设计公司逐步兴起，也出现了Altis等提供光电器件制造代工的特殊晶圆厂。
一、科技巨头们推动光电器件的三次高增长
微电子技术是电子产业几十年的发展主线，自IBM在1982年开放兼容机标准以来，英特尔逐步成为微电子技术的驱动龙头，其摩尔定律主导着电子行业技术升级的节奏。
随着摩尔定律的放缓，英特尔已开始布局光电技术，并将其阶段性成果商用于数据中心的数据传输，于近日宣布100G光收发器的商用化。
惠普在其TheMachine宏伟计划中用光连接计算单元和存储单元，IBM、佳能等行业巨头纷纷布局光电技术和光计算机。
光电器件有望经历三次较大的增长契机。
首先是在光通信的带动下，光电器件市场得到快速成长；其次就是美国在2015-16年开始的数据中心光纤替代铜缆浪潮，将光电器件再次推到历史前台；我们预计光计算机和量子计算等终端产品的发展将成为光电器件的下一个增长引擎，带动光电器件的新一轮增长前景。
目前，在数据中心的带动下，光电器件增长势头强劲。
2014年，光器件全球市场规模达到73.9亿美元，从2014年到2020年，全球光器件的年复合成长率为9％，预计到2020年，光器件将会是一个规模为123亿美元的市场。
光电器件应用范围的增大伴随着传输距离的缩短。
当光电器件用于光通信时，光电器件更多的是实现骨干网及城域网的通信，传输距离一般为数十至数千公里；而当光电器件开始应用于数据中心之后，不仅要求光电器件实现数据中心之间的长距离交互，还需要交换机之间和机柜内部的内部交互，传输距离缩短至2公里以内；当应用到电子终端产品（光计算机和量子计算）时，光电器件完成终端内部、板对板乃至芯片之间的交互，传输距离缩减至厘米级甚至纳米级。
二、数据中心：
推动光器件发展的又一强大引擎
近几年，随着互联网、云计算和大数据产业的快速发展和全球数据总量的不断增加，数据中心产业的重要性日益突出。
根据《Cisco全球云计算指数白皮书》预测，到2019年，全球通信网络流量的99%将与数据中心相关。
因此，这种趋势也推动了全球数据中心产业的增长迅速，TMR咨询报告指出，2013年全球数据中心硬件市场规模在2015年接近400亿美元，预计2020年将超过700亿美元。
同时数据中心将成为光电器件中增长最快的应用。
数据中心的网络主要由交换机和交换机之间、服务器和服务器之间的通信网络构成，而在数据量日益膨胀的背景下，数据中心对传输速度、巨型化和低能耗的要求也日益增强，因此，具有更高性能的光电器件成为数据中心发展的必经之路和重要支撑，根据中国产业信息网的测算，数据中心对于光电器件的需求在2016年将为近30亿美元，占光通信市场的51%，三年CAGR达到18%；同时根据《2014年光器件行业分析报告》，2013到2018年40G/100G光器件市场的年均复合增长率将高达27.5%，2016年开始100G增速将超过40%并持续三年以上。
光纤相比铜缆在传输速度、传输距离和能耗上具有明显优势，但目前绝大多数数据中心应用仍以铜缆为主，光纤渗透率较低，其发展主要受制于成本。
如果使用光纤布线成本大幅超出铜缆。
目前光纤端口的价格是铜线端口的数倍，但在英特尔等巨头的努力下，成本将逐渐降低至可接受范围。
据Dell公司高管预测，光纤渗透率将逐步提高，2018年将会有20%左右的数据中心内部布线以光纤为主。
2、光电器件迎合数据中心三大发展趋势
我们预计基于数据中心对传输速度、巨型化和低能耗的要求，光器件市场将迎来较大发展。
（1）光电器件助力数据中心提升传输速度
随着云计算的发展，服务器虚拟化和聚合网络的驱动需要更高的网络数据传输速率，目前虚拟化服务器能够搭载20到25个应用，以提高利用率到80%以上，而每增加一个应用，就会产生大于10G的数据吞吐量，因此数据中心需要更高传输速率的网络基础设施，以适应更高级别的服务器I/O性能。
目前，数据中心的传输速度正在不断提升，服务器连接网络已经从1G升级到10G，并在朝着25G继续演进，而交换机之间的连接则从10G向着40G乃至100G、200G、400G演进。
数据中心这种向更高数据传输速率能力迁移的大潮对内部使用的传输缆线的性能提出了更高的要求。
目前数据中心中应用的传输缆线有铜线电缆和光纤光缆两种，从传输速度上来看，光纤光缆将取代铜线电缆，成为数据中心传输缆线的标配；根据以太网的实验数据显示，在给定的传输距离下，光纤系统的传输速率是铜缆的10倍以上。
（2）光电器件满足数据中心巨型化要求
同时大规模的数据也相应要求数据中心吞吐量的不断提升，因此目前全球数据中心有明显的向“巨型化”发展的趋势。
IDC数据指出巨型数据中心将在全球范围内扩张，到2018年，满足巨型数据中心的据点比重将达到70%。
另外根据InfoneticsResearch于2014年研究报告显示，2013年到2014年，从全球平均单个服务商拥有数据中心的个数来看，巨型数据中心得到较快的发展。
数据中心的巨型化发展大大增加了其内部数据的传输距离，因此，传输介质的选择更有可能影响到传输质量，而适合长距离传输的光电器件能够更好地满足数据中心“巨型化”的要求。
光纤在传输过程中几乎不存在任何衰减，只在接口处略有衰减，受到传输距离的影响较小，多模光纤一般允许的最大传输距离可以到2.2公里；另一方面光纤在传输过程中抗干扰性强，零掉包率。
无论在光纤周围盘绕多少复杂的强电，其传输速度始终保持一致；并且，光纤出现掉包现象的概率基本为零。
在传输距离和传输质量上，铜缆相比光纤差距较大。
（3）光电器件推动绿色数据中心发展
目前数据中心以高密度，巨型化为发展趋势，而这种大型数据中心的电力消耗非常巨大。
以10万台服务器的数据中心为例，每小时耗电量能达到2-6万度电，按0.5元一度电的标准来计算，仅服务器每年电费就将近9千万元，而服务器的耗电量仅占全数据中心45%左右。
根据美国斯坦福大学的调查显示，2010年全球数据中心的耗电量为2355亿度，占据全球电力消耗的1.3%左右；中国在2012年的数据中心电力消耗已经达到664.5亿度，占全年工业用电总量的1.8%，而到2015年，该数值会上升到1000亿度；因此，在巨型化的发展趋势下，数据中心的节能工作必须与发展相配套。
光电器件在这一过程中体现出无与伦比的优越性。
首先，光纤相比于铜缆具有更高的数据密度，10G的光纤网络能够提供大于五类铜电缆20倍的数据密度，意味着光纤需要占用较少的机架、机柜和托盘，从而降低数据中心的能耗；同时光纤还能够避免铜缆系统的高插入损耗；相比同等容量的铜缆系统，光纤网络的收发器的功耗较低且所需的交换机数量较少，因此使用光纤能够节省55%至70%的能源。
2、数据中心需要多种的光电器件
除了光纤之外，在数据中心当中运用的光电器件种类丰富，性质上可以分为有源器件和无源器件，其中有源器件占总体光电器件的78%左右。
在数据中心当中光电器件的主要作用包括发送接收、波分复用、增益放大、开关交换和系统管理。
具体器件包括光纤、信号激光器、光调制器、光收发模块、光纤放大器等。
随着数据中心对数据传输介质的性能要求逐渐提高，光电器件在数据中心的适用位置日益广泛，其中最重要的光电器件是关系到数据中心内网互联的光纤和影响数据中心之间互联的光模块。
（1）光收发模块：
实现数据中心互联的关键
当前数据中心流量的增长推动数据中心互联的需求，而目前实现数据中心互联的最重要器件为光收发模块。
根据Infonetics的分析报告，10G/40G/100G光模块市场2015年市场规模突破21亿美元，2014-2018年GAGR=11%，增长主要来自于40G和100G的光收发模块。
由于目前数据中心低能耗、高密度和低成本的要求，数据中心内部互联交换机接口逐渐向40G和100G过渡。
（2）光纤：
构建数据中心网络的关键器件
当前安全、可靠已经成为数据中心最为基本的要求。
基于其带宽高，传输距离远且零掉包率的特性，光纤已经成为数据中心必不可少的关键器件之一。
同时数据中心的建设也将使光纤的应用进入一个新里程，根据调研公司CIR的最新报告数据显示，到2016年应用于数据中心的有源光缆（AOC）市场将达到18亿美元，2017年将实现22亿美元。
QSFP和CXP将占AOC销售收入的大部分，到2020年，QSFP+和QSFP28销售收入将分别达到7.27亿美元和7.41亿美元。
（3）光隔离器：
数据中心实现长距离传输的保障
光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，它的作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生不良影响，对于数据中心这类高数速率的设备非常重要，这些设备需要很长的跨度收发，光隔离器可降低信噪比和误比特率。
根据ElectroniCast市场报告，2013年光隔离器市场规模为4.98亿美元，其中应用于电信领域的市场份额为70%，达到3.5亿美元；2014年光隔离器市场增长率为19.6%，达到4.182亿美元。
3、国际巨头纷纷采用光电技术
随着云计算和大数据的迅猛发展，作为推动其进步的重要基础设施，数据中心建设越来越被众多科技巨头所重视；包括谷歌、Facebook和微软在内的众多国际巨头纷纷深耕数据中心的光电技术，以期在数据量爆炸的今天为用户提供更好的产品体验。
（1）谷歌：
采用光纤，重视能耗
谷歌公司在数据中心方面的投入十分巨大，自2006年谷歌建立自己的自定义数据中心以来，截止到2013年，谷歌在这方面的累计投入已经超过210亿美元；同时谷歌在2013年陆续宣布多个数据中心扩建和新建计划。
同时谷歌一直致力于改造现代数据中心，将光纤布线运用到服务器之间互联中，目前谷歌已经在加利福尼亚大学设立光纤网络技术研究基金，用于发展用于数据中心内部的多种不同的光纤网络技术；谷歌数据中心在节能上一直走在前列，其数据中心PUE值一般不超过1.5。
（2）Facebook：
采用Intel100G硅光技术
拥有超过15亿用户的Facebook产生并拥有巨大的数据流量，为了更好的管理并应用其网站及客户端沉淀的数据，Facebook在全球多地建立巨大数据中心：
其中较为突出的几家包括俄勒冈州普赖恩维尔数据中心，其使用线缆超过950英里；2015年投入使用的爱荷华州阿尔图纳数据中心，占地面积202英亩，建造成本超3亿美元；2015年Facebook宣布在沃斯堡斥资5亿美元新建风能数据中心。
目前Facebook宣布与Intel合作开发革命性的分体机架架构数据中心，其架构基于100Gbps高带宽英特尔硅光电技术，与目前的铜缆互联体系相比，能够减少线缆数量、提高带宽并大幅节约能耗。
（3）微软：
高度重视光传输
微软在数据中心方面的建设耗资巨大，目前微软已经在全球范围内建立超过100个数据中心，在数据中心方面的支出已经超过150亿美元；另有8个在计划中，其中北美区有4个，欧洲区有2个，亚洲区有2个。
而即将投入运营的数据中心有6个，其中包括北京和上海的数据中心。
2016年7月，微软宣布将在美国西得梅因市计划投入25亿美元兴建新的数据中心，其将成为微软截止到目前规模最大的数据中心。
微软数据中心内的光模块等硬件设备每三年会更换一次。
2015年后更是大量购进100Gbps光模块以保证数据中心的传输速度，由此可见，在数据中心日益得到科技巨头重视的背景下，光电器件将会得到快速发展。
三、终端产品将是光电器件下一个增长引擎
1、大计算量、高清视频、VR推动光电器件用于终端
光电器件也开始被用于超级计算机内部的数据传输。
中国天河2号超级计算机联网系统“ARCH”内部共有16000个节点，由13个576口的交换机组成，每个交换机内部均由大量的光纤网线连接，而在交换机与交换机之间的接口处使用的是10Gb/s或14Gb/s的光模块。
消费电子终端产品也已开始运用光电器件，例如USB3.0、HDMI、Thunderbolt光纤连接线。
今年5月松下公司宣布已经开发出单芯光纤和连接器解决方案进行未压缩的8K视频信号的传输，夏普公司也在最近推出在显示器内部利用光纤实现8K信号传输的方案。
之所以采用塑料光纤技术，是因为以前基于铜线的连接无法进行大信号量的传输，而使用光纤电缆能够实现仅通过一根电缆传输8K视频的功能，突破以往4K信号传输的局限，大幅提高传输带宽和传输距离，展现了光电器件卓越的性能。
随着8K视频的普及，光电器件将广泛应用于消费电子。
高清、流畅的VR/AR内容的数据传输速率要求远远超过8K，光传输有望成为重要的解决方案。
根据CIR预测，2019年用于PC的有源光纤市场规模将增长至8.35亿美元。
2、光计算机和量子计算机有望成为长期大趋势
传统电子计算机基于硅基大规模集成电路，其信息的传送、存储和运算都是基于电信号。
但电子计算机只能同时处理一个任务（串行处理）、大量的电阻电容需要一定的响应时间（10-9s）等特性从根本上限制了电子计算机的运算速度。
因此，随着未来对于大数据量运算速度的要求，光子计算机、量子计算机为代表的第五代计算机将逐步普及。
光子计算机以光代替电子为传输介质，通过棱镜、透镜与光电器件的配套实现光信息的处理、传输和存储，相较于电子计算机具有如下优点：
1、非常快的运算速度，是电子计算机运算速度的1000倍以上；
2、超大规模的信息存储容量，光的波长、频率、相位和偏振态都可以用以存储信息；
3、光计算具有并行性，即使在空间中交叉也不会相互影响，可实现多路同时计算；
4、能量消耗小、散热低，光子计算机的驱动只需要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分；
5、在诸如图像处理领域涉及到的傅里叶变换相关计算中，传统数字计算机耗时长，而在光学计算机中，光通过透镜本身就是一次傅里叶变化，处理过程几乎不需要时间。
2、光子计算机将大量使用光电器件
光电器件在量子计算机和光计算机中将大规模使用。
逻辑门是集成电路上最基本的组件，通过与门、或门和非门的组合可以实现复杂的运算，传统电子计算机的逻辑门由电阻、电容、晶体二极管和三极管组成；光计算机以光替代电子，全光逻辑器件替代传统逻辑器件实现特定功能，而光电器件是实现全光逻辑器件的基础元件。
从激光器发出的光分成两束，分别经一系列光电器件如分束器、滤波器、放大器、调制器、耦合器等后在输出端口实现光的相干或相消，从而实现信号的逻辑运算。
光计算机中光的传输类似于现在的光通信技术，通过使用大量的光电器件如耦合器、分束器、调制器、探测器等实现光信号的传输。
四、光电器件正形成类似于半导体的产业链格局
光电器件本质上是一种特殊类型的半导体器件，其加工制造环节与半导体非常相似。
当前大多数光电器件采用InP、GaAs等化合物半导体，英特尔等公司已成功量产更低成本的硅光器件。
光电器件市场兴起于1990年代，远远晚于1950年代开始兴起的CMOS硅半导体产业，市场规模也仅占半导体整体的不到5%，产业链格局还不如硅半导体产业成熟，Finisar、Avago等龙头公司都采用类似于硅半导体产业的IDM的垂直一体化商业模式。
随着光电器件技术的快速进步，Acacia、Aurrion等小型设计公司逐步兴起，也出现了Altis等提供光电器件制造代工的特殊晶圆厂。
五、行业主要企业简况
受益于数据中心和终端产品的应用，光电器件市场将迎来持续快速增长，产业链的各个环节都有望受益。
1、聚飞光电：
被忽视的半导体公司
聚飞的LED封装经验助力其半导体封装业务的快速突破：
LED是半导体的一个子行业，与其它半导体产品在封装等各个环节具有一定的相似性。
聚飞是全球背光LED封装的领先公司，在LED封装领域积累的先进经验有望让公司在光电器件等其它半导体封装领域快速突破。
以中兴为突破口，打开集成电路新市场：
加强核心半导体的布局是近几年不少主力终端厂商的重要战略，苹果、三星、华为都在半导体领域具有很强的竞争力，中兴急切需要加强自己的半导体供应链体系。
聚飞是中兴手机LED背光的一大主要供应商，有望快速突破中兴的其它半导体产品。
公司已与芜湖开发区、中兴智能签署三方协议，拟在中兴智能芜湖产业园内投资建设华东生产基地，拟用地面积150亩，用于IC集成电路封装和LED封装及组件的相关业务。
公司后续也有望陆续拓展中兴以外的其他客户，打开集成电路新市场。
LED封装和光学膜业务稳定增长：
聚飞的LED背光产品在小尺寸领域极具竞争力，产品广泛应用于各大国产手机品牌，公司正加快实施国际化战略，努力开拓进入国际一流企业供应链。
聚飞在电视等中大尺寸背光领域增加竞争力，拓展新客户，持续扩大市场份额。
此外，公司也有望突破小间距显示屏、红外LED传感器等市场。
聚飞的光学膜产品也正逐步放量。
2、光迅科技：
垂直一体化的光电器件国内龙头
龙头优势：
公司是全球第五大光器件供应商，背靠母公司武汉邮电科学院，具有全产业链垂直一体化布局的优势。
技术领先：
公司已实现10G以下芯片自给，中高端25G光芯片有望在2017年量产。
3、华工科技：
具备多种光电技术的综合厂商
光电业务逐步完成转型：
2016年上半年光电器件收入达6.1亿元,同比增长28%。
10G产品规模增长明显，新产品开发导入客户加快，并取得较好的市场份额，高速产品销售规模进一步扩大；自制BOSA成功开发，并实现批量销售。
正源公司智能终端和无源光器件产业基地竣工投产，产能搬迁和扩产顺利完成。
正源光学业务转型踏出第一步，测绘和光通讯类产品逐步形成公司业务新增长点。
激光加工及成套设备业务增长迅速：
中小功率系列产品销售额大幅提升。
高功率智能装备业务深挖行业大客户，通过典型案例推广，进一步扩大了汽车白车身激光焊接及自动化装备在汽车制造领域的品牌影响力，巩固并提升了市场占有率。
汽车传感器新客户开拓成功：
在巩固三电集团、日本JCS独家供应的同时，新开发长城、法雷奥等客户。
六、主要风险
1、技术不够成熟的风险
终端大量采用光电器件需要一些关键技术的突破，如果进展不达预期，可能影响市场的增长。
2、成本问题迟迟不能解决
光电技术的当前成本仍然远高于一般半导体和铜线技术的成本，如果成本一直维持在高位，该技术的应用范围将受到约束。
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