光模块的功能与结构
　　光模块在网络连接中承担光电信号转换任务，负责在发送端将电信号转换成光信号，通过光纤传送后，再在接收端把光信号转换成电信号。它主要由光电器件TOSA/ROSA、功能电路和光电接口组件等封装而成。其中，光收发组件TOSA/ROSA是光模块的核心部分。光发射组件TOSA负责将接收到的一定码率的电信号，经内部驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号。光接收组件ROSA则负责将一定码率的光信号，输入模块后由光探测二极管转换为电信号，并经前置放大器后输出相应码率的电信号。
　　光模块成本构成
　　光模块BOM成本主要包括光器件、电路芯片、PCB以及结构件等。其中，光器件占光模块成本达到70%+，具体看光器件，以激光器为主的发射组件就占了光器件近一半的成本，以探测器为主的接收组件占比达到32%，两者合计占光器件成本为80%。
　　2021年光模块市场总空间92亿美元，光芯片市场空间35亿美元，电芯片市场空间24亿美元，光器件市场空间13亿美元，光学元件市场空间8亿美元
　　风险提示
　　800G需求不及预期：若800G整体需求不及预期则可能导致公司实际盈利低于我们的假设
　　AI产业发展不及预期：光模块行业增长主要受数据流量增长驱动，我们认为下一阶段数据流量重要增长点来自于AI产业发展的驱动，若AI产业发展不及预期则可能导致行业整体增速低于我们的预期。
　　行业竞争加剧：行业竞争如果加剧可能导致公司盈利能力下滑，从而导致实际业绩低于我们的预期。
　　

研究报告全文：证券研究报告行业策略报告通信通信设备数字经济算力网络系列6800G光模块站在AI浪潮新起点姓名梁程加姓名刘浩天EmailliangchengjiacmschinacomcnEmailliuhaotiancmschinacomcn执业号S1090522060001研究助理202343-1-目录光模块数据传输光电转换节点围绕速率升级产业持续变革行业市场空间持续高速增长国产厂商竞争优势显著需求弹性AI带动高算力传输需求800G需求弹性测算重点标的-2-11光模块的功能与结构光模块在网络连接中承担光电信号转换任务负责在发送端将电信号转换成光信号通过光纤传送后再在接收端把光信号转换成电信号它主要由光电器件TOSAROSA功能电路和光电接口组件等封装而成其中光收发组件TOSAROSA是光模块的核心部分光发射组件TOSA负责将接收到的一定码率的电信号经内部驱动芯片处理后驱动半导体激光器LD或发光二极管LED发射出相应速率的调制光信号光接收组件ROSA则负责将一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号并经前置放大器后输出相应码率的电信号图光模块工作原理图光模块结构示意数据来源CSDN招商证券数据来源IMT-20205G推进组5G承载光模块白皮书招商证券-3-12光模块成本构成光模块BOM成本主要包括光器件电路芯片PCB以及结构件等其中光器件占光模块成本达到70具体看光器件以激光器为主的发射组件就占了光器件近一半的成本以探测器为主的接收组件占比达到32两者合计占光器件成本为802021年光模块市场总空间92亿美元光芯片市场空间35亿美元电芯片市场空间24亿美元光器件市场空间13亿美元光学元件市场空间8亿美元图光模块成本构成图光模块全球市场空间亿美元20217006186005004003002009210035248130电芯片光芯片光学元件光器件光模块光通信设备数据来源艾瑞咨询招商证券数据来源LightCountingICC招商证券-4-13光通信产业链有源光芯片激光器芯片探测器芯片无源光芯片PLC芯片电芯片波分复用芯片光开关激光驱动器跨阻放大芯片光衰减器芯片器芯片限幅放大器芯有源光器件片等激光器DFBFPVCSEL探测器PINAPD光放大器光调制器DML光芯片EML光收发次模块TOSAROSABOSA电芯片平面光学元件滤光片偏振分束器消偏振分数通市场束器反射镜窗口片棱镜波片光学元件光器件光模块光通信设备球面光学元件透镜柱面镜横压玻璃非球面透镜电信市场无源光器件光模块光隔离器光分离器光光收发模块光放大器光组件开关光纤连接器波分模块动态可调模块复用解复用器光分路器性能监控模块光衰减器FA光线阵列光耦合器等光组件陶瓷套管插芯光纤适配器光收发接口组件精密金属件-5-14光模块产品规格型号QSFPQSFPQSFP28QSFP-DDOSFP图不同类型光模块的传输距离长度比增加少许体积是QSFP-DD的体积尺寸QSFP的两倍多电气通道数48810GbsQSFP25GbsNRZ调制单通道速率25GbsQSFP28调制50Gbs50GbsQSFP5650GbsPAM440GbsQSFP最高带宽最高带宽100GbsQSFP28400Gbs800Gbs200GbsQSFP56作为400G光模块和400G应用于光模块和高速线高速线缆即和缆的封装用于DACAOC更适用于电信应用应用的封装用于400G数据40G100G200G网络互中心互连以及到预计应用于800G网络连100G400G过度用的200G一样向后兼容图光模块命名规则兼容性向后兼容QSFPQSFP28QSFP56QSFPQSFP28QSFP56需要额外的OSFP-QSFP的转接适配器与QSFPQSFP28QSFP56系统端口密度相同但8个通道支持的现有接口如CAUI-4的ASIC端口端口密度数量增加了一倍且主板上QSFP-DD的机械接口稍微深一些用来容纳额外的一排触点数据来源鲜枣课堂招商通信-6-15产业发展趋势高速率低成本低功耗高速数通光模块更新换代与新型交换机发布相辅相成数据中心不断提高的速率要求是光模块高频率升级的主要原因随着光电子器件的发展和集成度提高其性能和传输带宽增加光模块以更高速率传输和更小的尺寸适应不同使用场景封装方式不断发展更小的封装和功耗意味着光模块在交换机上具有更高的端口密度相同功率可以驱动更多的光模块图产业向高速率方向升级图产业向低成本低功率方向升级数据来源态路通信招商证券数据来源易飞扬通信招商证券-7-15产业发展趋势高速率低成本低功耗光模块速率升级的方法1提高单通道的比特速率2增加通道数提升比特速率又有两个方法1a直接提升波特率1b保持波特率不变使用更高的调制编码格式传统光模块调制以NRZnotreturntozero为主激光器高低功率分别对应二进制的1和0信号PAM4光信号功率的判决分为4个阈值低于最低阈值判定为00最低到中间阈值之间判定为01中间到高阈值之间判定为10超过高阈值判定为11图光模块速率升级方向图NRZ与PAM4调制信号判定数据来源易飞扬通信招商证券数据来源易飞扬通信招商证券-8-16数据中心架构升级驱动光模块量价齐升数据中心光模块不断升级正在向800G迈步流量数据的高速增长不断推动数据中心架构升级目前数据中心光模块正在迅速过渡到200G400G速率400G是高速以太网客户端接口的最新标准随着400G光模块的大规模部署即将到来以及网络带宽和性能需求的不断加快数据中心互连800G也将成为全新需求未来将应用在超大规模数据中心云计算及人工智能算力中心中图光模块速率升级节奏图CLOS架构数据中心光模块演进数据来源SDNLAB招商证券数据来源800GPluggableMSAgroup招商证券-9-17短距传输有源铜缆或有竞争优势有源铜缆是指利用外部能源增强信号传输距离的铜缆DAC无源铜缆传输距离短AOC有源光缆的功耗和成本较高有源铜缆应用距离远鲁棒性好成本更低功耗更低十分契合大型数据中心日益增加的绿色节能和成本控制的迫切需求现在市场上两种有源铜缆ACC和AECACCActiveCopperCable是使用Redriver芯片架构在Rx端通过CTLE均衡调整增益的一种有源铜缆通俗的说更像一根通过放大模拟信号的有源线缆AECActiveElectricalCable是更加新颖的使用Retimer芯片结构的有源铜缆这种有源铜缆不单单放大和均衡Tx和Rx端还会在Rx端重新做信号整形图AEC与DACAOC优势比较图400GLPSPANAEC产品数据来源CREDO招商证券数据来源CREDO招商证券-10-17NVIDIA有意愿采用有源铜缆方案NVIDIAMellanoxLinkX以太网DAC铜缆是在以太网交换网络和基于NVIDIAGPU的系统中创建高速100G-400G链路成本最低的方式广泛应用于数据中心用于将服务器和GPU计算系统连接到机架顶部TOR交换机并通过短电缆连接机架内的Spine-to-Superspine交换机DAC铜缆不包含电子元件高度可靠功耗为零延迟和插入损耗极低是成本最低的高速互联方案在NVIDIADGXA100GPU系统中DAC铜缆将GPU与网络交换机连接并创建具有硬盘驱动器HDD和闪存子系统的以太网存储结构ESF图NVIDIAMellanoxLinkX以太网DAC铜缆图NVIDIASpectrum以太网交换机数据来源NVIDIA招商证券数据来源NVIDIA招商证券-11-目录光模块数据传输光电转换节点围绕速率升级产业持续变革行业市场空间持续高速增长国产厂商竞争优势显著需求弹性AI带动高算力传输需求800G需求弹性测算重点标的-12-21光模块市场规模据LightCounting预测光模块市场21年达到110亿美元后22年有望达到130亿美元预计在23年放缓增速在2024-2025年恢复光模块市场在20年和21年的快速增长由疫情下居家学习办公的网络需求驱动图2016-2027细分光模块市场数据来源LightCounting招商证券-13-22光模块市场结构市场需求向云巨头集中云厂商是数通市场的主要客户市场占比约60且数通市场需求增速预计将持续高于电信市场市场占比有望持续提升需求向头部客户集中全球前五大云厂商占据市场主要份额根据LightCounting预测2023年前五大云厂商总计份额有望超过30亿美金图以太网光模块销售额图前五大云厂商占据的市场份额数据来源LightCounting招商证券数据来源LightCounting招商证券-14-23光模块市场竞争格局中国光模块厂商市场份额快速扩张根据LightCounting统计的头部光学元件供应商的总销售额2010年全球市场份额约28亿增长至2021年达到87亿美元国产厂商市场占有率超过502021年全球前十大光模块厂商中中国厂商个数升至5位回顾过往10年光模块行业发展历史国产厂商所占份额持续提升图中国光模块及模组供应商市场份额图全球前十大光模块厂商变化2010-2021排名201020162018202020211FinisarFinisarFinisarII-VIFinisar中际旭创II-VIFinisar2Opnext海信中际旭创中际旭创3Sumitomo光迅科技海信华为华为4AvagoAcacia光迅科技海信思科5SourcePhotonicsFOITAvagoFOITAvago思科海信6FujitsuOclaroLumentumOclaro博通博通7JDSU苏州旭创AcaciaInterl新易盛8EmcoreSumitomoIntel光迅科技光迅科技9武汉电信器件有限公司LumentumAOI新易盛莫仕10NeoPhotonicsSourcePhotonicsSumitomo华工科技Intel数据来源LightCounting招商证券数据来源LightCountingYole招商证券-15-23光模块市场竞争格局从2021年各光模块主流厂商的规模来看全球市场上美国公司-Finisar占据第一光模块业务收入达到人民币约123亿元占据市场份额17国内市场上中际旭创位居头把交椅光模块收入达到约73亿元之后依次是光迅科技华工科技新易盛博创科技和剑桥科技总体来看国内光模块厂商在全球份额已经占据一席之地但国内各大厂商的实力相差仍差距较大从2021年各光模块厂商的毛利率对比来看光模块厂商的毛利率水平相差不大总体较高平均水平约为25左右国产厂商新易盛更是超过30光模块的毛利率水平与上游光芯片的自给能力密切相关各大厂商中随着光芯片自给率的提高整体毛利率也会提高图主流厂商光模块业务收入单位亿元图主流厂商毛利率对比3532214012329330120256242252291001987262017080645538601540101441152046500数据来源Omdia公司公告招商证券数据来源公司公告招商证券-16-目录光模块数据传输光电转换节点围绕速率升级产业持续变革行业市场空间持续高速增长国产厂商竞争优势显著需求弹性AI带动高算力传输需求800G需求弹性测算重点标的-17-23光模块市场增长弹性由于不同AI数据中心拓扑架构存在较大差异我们就一种典型情况对AI对光模块需求的拉动作出测算当GPT类应用人数达到10亿月活人数时我们测算需要694A100假设1片A100对应3支光模块需求则对应约200万支800G光模块需求图800G需求弹性测算日均上线用户数百万人1005001000用户日均提问次数次人101010AI回复平均字数字150150150单日AI生成字数百万字1500007500001500000A100处理效率字秒252525秒小时换算系数360036003600单台服务器处理所需时间万小时1667833316667所需A100片数万片69347694单片对应800G数量333所需800G数量万支20810422083数据来源招商证券-18-目录光模块数据传输光电转换节点围绕速率升级产业持续变革行业市场空间持续高速增长国产厂商竞争优势显著需求弹性AI带动高算力传输需求800G需求弹性测算重点标的-19-重点标的AIGC高速发展推动800G需求放量光模块板块产业链整体有望充分受益下游模块厂商重点推荐中际旭创新易盛建议关注华工科技电子组覆盖联特科技光迅科技剑桥科技上游光器件重点推荐天孚通信建议关注太辰光光库科技博创科技腾景科技上游光芯片受益国产替代高速率芯片有望取得突破建议关注源杰科技仕佳光子有源铜缆铜缆速率传输上限突破有望占据短距传输市场-20-