光模块光芯片发展现状与技术趋势

文章大纲

• 光模块的简介

  · 光通信中进行光电转化的重要模块

  · 持续向更高速率+更小封装功耗升级

  · 即将进入400G时代

• 成本分析

  · 光芯片是最主要的成本构成

  · 封装环节正逐渐向国内转移

• 市场规模

• 市场格局

• 数据中心市场分析

• 电信市场分析

  · 5G宏基站是4G时代的1.2-2倍

  · 5G将在我国带来四千多万块的光模块需求

• 未来光模块的可能性——硅光模块

• 行业公司对比分析

光模块的简介

光通信中进行光电转化的重要模块

光通信是以激光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，现已取代电通信成为全球最重要的有线通信方式，光模块用于实现电-光和光-电信号的转换，是光设备与光纤连接的核心器件。

一个光模块通常由光发射组件（含激光器）、光接收组件（含光探测器）、驱动电路和光、电接口等组成。在发送端，一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）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。在接收端，一定速率的光信号输入模块后由光探测器（PD）转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。

半导体晶圆制造设备

为了适应不同的接入、转换和传输要求，光模块种类非常繁杂，相应的也有多种分类方式，典型如依据封装方式、速率、传输距离、调制格式、是否支持波分复用（WDM）应用、光接口工作模式、工作温度范围等进行分类。

持续向更高速率+更小封装功耗升级

从1998年发展至今，光模块一直朝着两个方向不断升级。一是更高的速率：从1.25Gbit/s发展到2.5Gbit/s，再到10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s、单波长100Gbit/s、400Gbit/s乃至1T。

光模块提升带宽的方法有两种：A.提高每个通道的比特速率，B.增加通道数；提升比特速率又有两个方法，Aa.直接提升波特率，Ab.保持波特率不变，使用更高的调制编码格式。在千兆、万兆时期，技术瓶颈还没到，直接就可以提升波特率，但到了10G以上，无论是电还是光，提升波特率变得越来越难，10G到40G，提升的是通道数，从40G到100G，提升的是单通道的波特率（光芯片升级10G-25G）。而从100G到400G：如果只提升通道数则需16个通道，即16*25G的方案；如果只提升单通道比特率，即4*100G的方案，则单通道比特率需达到100G，就目前的技术而言，激光器做到100G的波特率有瓶颈，50G有难度，但可实现，因而还需要更高的调制方式，即PAM4（对比传统NRZ调制，PAM4单个脉冲可以传递两比特信息，相同条件下信道容量可以提升一倍）；除上述两种外，还有折中的方案，即8*50G，通道数翻倍，比特率也翻倍。

二是更小的封装和功耗：从低速率的GBIC、SFF到SFP光模块，从10Gbit/s速率的Xenpak、X2、XFP到SFP+，从100G速率的CFP（28W）、CFP2到现今宽度1/4的CFP4以及QSFP+和更小的QSFP28（3.5W），意味着光模块在交换机上具有更高的端口密度，同样的功率可以驱动更多的光模块。

从100G的情况来看，最初产品CFP到市场运用最广的成熟产品QSFP28，体积缩小85%，功耗下降87.5%。

即将进入400G时代

数据中心模块的迭代速度要远远快于通信领域，亚马逊、谷歌、微软都曾表示他们计划三年左右升级一次光连接产品， 光模块高频率升级的主要原因就是数据中心不断提高的速率要求。

亚马逊等北美头部ICP在2016年下半年起量100G光模块，2017年就已经全面转向，国内数据中心虽然起步较晚，但也从2017年逐渐转向100G，100G渗透率在近几年不断提高；400G光模块方面，Amazon、Google等北美一线ICP公司在2018年下半年和2019年逐渐开始部署400G产品，业界普遍认为2020年会开始实现400G光模块的规模发货，中际旭创2018年12月募集资金建设400G光模块生产线，2019年3月资金到位，按照1.5年的建设周期来看，也侧面印证了400G的放量时点。中国阿里云宣传2018年将成为100G光模块大规模应用元年，预计2019年进行400G光模块的升级，意味着在400G时代，以BAT为主的国内数据中心的光模块将追上北美数据中心的迭代进度。

电信市场方面，大带宽作为5G承载网的硬性要求，在5G时代基站将从10G升级至25G光模块，城域网将从10G/40G升级至100G，骨干网将从100G升级至400G。

目前400G光模块有CFP8、OSFP、QSFP-DD和COBO四种，由于首先运用领域是数据中心，需要从尺寸、功耗和成本三方面考量，市场普遍看好QSFP-DD和COBO。

综上所述，光模块是实现光电信号转换的器件，运用于光传输当中，是光传输设备间必不可少的连接起点和终点。

光模块的主要升级是速率升级，基本上3-4年进行一次迭代，由最早的1.25Gbit/s发展到现今的100Gbit/s，随着数据中心的快速演进，预计2020年将会演进至400Gbit/s起量；而在每一代速率产品中，由于下游应用的需要，会通过通道数减少，信号控制功能优化等方式，进行缩小光模块体积，降低光模块功耗的升级，以100G时代来看，成熟产品要比最初的产品体积缩小85%，功耗减小87.5%。

成本分析

光模块处在产业链中游环节，上游主要产业链是光芯片——光器件；下游有电信、数通和接入市场。其中主要的是两个，一是电信，采购光模块的是设备商如华为、中兴、烽火、诺基亚等，设备商采购光模块制成完整设备再向下游电信运营商出售；二是数据中心，采购者是互联网公司Google、Amazon、思科、阿里巴巴、腾讯等，由于使用规模较大，为降低成本互联网厂商是直接采购光模块再交给设备商进行适配。

光通信模块产品所需原材料主要包括光器件、电路芯片、PCB以及结构件等，光模块产品生产的能源消耗主要为电力。光器件占光模块成本72%，具体看光器件，以激光器为主的发射组件占了光器件近一半的成本，以探测器为主的接收组件占比32%，两者合计占光器件成本80%。

光模块所需的集成电路芯片主要有激光驱动器和限幅放大器，可提供此类芯片的供应商分布在全球多个地区，相关厂商有Macom、semtech、sillconlabs、Maxim等；PCB属于充分竞争的市场，其需求由下游需求主导，应用领域几乎涉及所有电子信息产品。

光芯片是最主要的成本构成

光器件行业的供应商较多，高端光器件主要由国外供应商提供。光器件的高低端，主要差别在光芯片的差异上，光芯片的性能与传输速率直接决定了光纤通信系统的传输效率，由于研发困难，光芯片处于产业链的核心位置，具有高技术壁垒，占据了产业链的价值制高点，尤其是光源激光器芯片，目前光芯片占到光模块成本在50%左右（占光器件68%，占TOSA+ROSA 85%），高端模块中占比可能高达70%。

半导体封装材料—本土厂商逐步强大

目前能够生产高端光芯片的厂家数量有限，集中在美日几家厂商当中，我国在芯片能力非常薄弱。除下表的Finisar、Lumentum、Broadcom、Oclaro、AAOI、三菱外，根据中际旭创和其他厂商的采购情况来看，还有美国的Avago供给DFB和VCSEL，Ⅱ-Ⅵ供给VCSEL芯片，日本住友供给EML芯片，另外还有日本瑞萨。我国具有光芯片生产能力的厂商有光迅科技和海信带宽，目前只有几款10G以下的芯片生产能力且主要是自供。

光模块内部的激光器可分为垂直腔面发射激光器（VCSEL）、法布里-珀罗激光器（FP）、分布式反馈激光器（DFB）、电吸收调制激光器（EML），其中最主要使用的是VCSEL、DFB、EML；光探测器可分为PIN结二极管（PIN）、雪崩光电二极管（APD）等。光模块需要根据具体规格要求选择不同的芯片方案，最主要的差异仍然是在激光器上， 电信领域传输主要使用DBF/EML的芯片，数据中心分为两块，内部互联主要采用VCSEL和DFB芯片，DCI网络主要采用DFB/EML芯片， 不同类型的激光器和光探测器在性能和成本等方面存在差异。

同时，由于激光器发光是基于受激辐射的原理，不同材料的亚稳态与基态能级差不同，决定了激光的发光波长不同，为契合光纤的三个低传输损耗波长窗口850nm、1310nm、1550nm，传统光模块需要使用生长更难、价格更贵III-V族元素作为基板（衬底），主要包括磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）两个系列。

除了研发和材料成本较高外，光芯片很难达到规模效应也是其价格高的一个原因。全球每年光模块的出货量在6000万个左右，而激光器芯片的出货量应该不超过1亿个，再考虑到光芯片种类繁多，主流的单款芯片年出货量可能不过千万个，对于半导体行业来说，这个规模并没有较高的规模效应，从厂商来看，Finisar、Oclaro、Lumentum等具备完善光芯片产能的光模块龙头，均为IDM（垂直一体化模式）模式，推测它们单纯靠卖芯片很难实现规模盈利。

封装环节正逐渐向国内转移

光模块的封装形式，受制于应用的场景，比如大小、功耗、传输距离等。激光器芯片有VCSEL、FP、DFB、EML等多种，而光模块封装形式也有1×9、2×9、GBIC、SFP、XFP、SFP+、300pin、QSFP/QSFP+、CFP、CXP、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等多种形式，再配以不同的电接口，种类则更多。比如数据中心对光模块的要求是小型化、低功耗，而对传输距离要求低，电信网络则对体积、功耗不严格，而对传输距离要求较高，根据传输距离不同，仅仅10G光模块就有几十米、几千米、数十千米等多种。

光模块种类繁多，又具有定制化特征，因此在封装环节尤其强调快速定制化开发能力和大批量交付能力，是一个需要大量劳动力的环节。

目前光模块的封装制造环节正在向国内转移，由于中国具有成熟的代工体系以及人力成本的相对优势，Finisar、AAOI等国外光模块大厂商均在中国设有工厂，还有一些工厂设在泰国和马来西亚。部分未在人力资本较低的国家设厂的厂商则完全放弃了光模块的封装环节，如Avago则出售光模块组装业务给鸿腾精密，MACOM出售其先前收购的日本公司FiBest给上海剑桥科技，剥离光器件封装和光模块组装业务。国内厂商方面，以中际旭创、新易盛等为主的从事采购——纯封装环节的厂商，较低的制造成本成为差异化其优势之一，两个公司目前都在扩大产能。

综上所述，光模块产品所需原材料主要包括光器件、电路芯片、PCB以及结构件等，光器件占光模块成本的72%，光器件当中激光器组件和探测器组件占比80%，而激光器组件和探测器组件的成本主要就是芯片，所以芯片占光模块成本50%左右，并且芯片越高端，光芯片成本占比会更高，而不同的使用场景需要光芯片不同的光模块，数据中心主要是VCSEL和DFB，电信领域主要是DFB和EML；同时，由于光芯片技术壁垒非常高，目前生产能力只集中在几个美日厂商手中。

我国众多厂商从事的光模块封装环节强调快速定制化开发能力和大批量交付能力，是一个需要大量劳动力的环节，国外大厂目前都在向中国转移该环节产能，而我国厂商则在大量扩产。

光通信资本支出又将进入上升通道

光模块是光通信设备的重要组成部分，而目前以北美和我国的数据来看，通信的80%左右都是通过光通信实现，而“全光网络”的整体趋势将进一步提升该比例。光模块市场的发展，实际上直接由下游通信资本支出带动。

电信服务提供商（CSP） ，2010年是4G国外主流运营商进行规模建设的元年，2014年中国加入4G建设，全球CSP2010年至2015年的资本支出规模绝对值达到3300亿美元左右的水平，并持续有小幅增长，2015年之后全球整体4G建设进入尾声，另一方面传统电信运营商整体收入增长率徘徊在2%左右，疲弱的收入限制了资本支出预算，所以预计CSP直到2019年资本支出都会呈现负增长，但仍维持在3000亿美元以上的水平。

互联网内容提供商（ICP） 方面，2010年为起点，谷歌、苹果和Facebook等大型ICP开始花重金投资自己的网络迅速推动通信行业资本支出，主要围绕数据中心和云基础设施，数据流量呈爆发式增长（据推测史前文明到2005年的数据量合计为1EB，随着各种日常信息、行为数据化，2016年数据量达到6963EB，预计2020年数据量将达到21094EB），推动作为载体的数据中心成为“刚需”，加上ICP的收入增长更为强劲，且一些ICP（尤其是谷歌）相较电信的大型CSP将更多的收入用于资本支出，ICP的资本支出基本持续维持10%以上的增长率，并带动市场整体增长，占整体市场的比重从2008年的7%上升到2017年20%的水平。

网络中立提供商（CNP） ，主要指诸如Crown Castle和Equinix的铁塔和数据中心专业提供商，将占有余下3%的份额，占比较小且预计不会有大幅增长，将维持100亿美元左右的规模。

Ovum认为2019年至2021年，随着全球5G的逐渐覆盖，必须大规模更新硬件软件支持，CSP的资本支出增速为-1%、4.8%、6.8%，达到3250亿美元；数据量持续增长，北美数据中心依然处于大规模建设期，中国数据中心未来可观，ICP每年支出将同比增长10%左右，达到1090亿美元；整个通信行业资本支出将有1.7%，6%和7.2%的增长。

光器件市场规模与变化与通信行业资本支出变化情况一致，2008至2017年全球光器件/模块市场规模呈现增长趋势，2017年，全球市场规模达到102亿美元，同时由于ICP资本支出中光器件/模块占比较CSP要高，所以在ICP资本支出大幅增长的带动下，全球光器件/模块占全球通信行业资本开支从2008年的1.4%提高到2017年的2.5%。

光通信尤其是光器件领域的市场研究公司--和弦产业研究中心（C&C)统计，2018年全球光器件市场规模约103亿美元，同比微增0.98%，并预计受益数据中心资本开支的增加和5G大规模的资本开支增加，2019年、2020年和2021年的光器件市场规模分别是110、128、140亿美元。

LightCounting历史统计显示光模块市场规模在2015、2016、2017和2018年达到46、51.95、52.80、50.66亿美元，占整个光器件市场规模的52%左右，综合Ovum统计口径下56%的占比，取54%，结合C&C对光器件/模块整体市场规模的预测，预计2019年至2021年光模块市场规模将达到59.40、69.12、74.76亿美元。

具体来看各个下游市场对光模块的贡献，4G时代接近尾声，数通市场强势增长，数通光模块占光模块市场规模比不断提升，仅近三年来看，2016年占比为60.29%，到 2018年已经达到了69.17%，数据中心成为光模块新的增长点并逐渐被倚重。

综上所述，光通信行业的资本支出来自两个市场——CSP&ICP，随着全球5G落地，CSP作为光通信市场市场的主力将从2019开始增加资本支出规模，预计2021年将达到3470亿美元；ICP市场虽然是光通信行业的新领域，但是“刚需”+ICP大力度投资使得ICP支出增长率持续保持10%甚至20%以上，占通信市场资本支出比从7%提升到20%，预计2021年达到1190亿美元。Ovum预测在CSP&ICP两个市场的增长下，2019-2021年全球通信行业资本支出将达到4190、4440、4760亿美元，同比增长1.7%，6%和7.2%。

一方面传统下游的资本支出增长将直接带动光器件/模块的市场规模增长，另一方面在增长迅速的新领域——ICP中，资本支出里光器件/模块的占比较CSP更高，拉动全球光器件/模块市场规模增长比通信行业资本支出增长更快，根据Ovum和C&C的预测测算2019年至2021年光模块市场规模将达到59.40、69.12、74.76亿美元，同比增长17%、16%、8%。

产品持续迭代带来价格周期性变化

如上所述，数通光模块整体在2011进入40G时代，2016年下半年开启100G时代，预计2020年后400G光模块起量，产品迭代频繁，通常平均3-4年就会发生代际更替。

相对应的价格情况，新品的推出总会快速经历四个阶段：A.首发高价、B.高毛利→竞争者进入价格下滑、C.毛利降低→价格平稳、D.毛利维持的过程，但由于成本底线，但每一代的整体价格都会较前一代光模块较高，并且毛利率的波动范围逐渐收窄。

中际旭创在2017年初的公告里对其各个速率的光模块进行了2017年及未来五年的价格预测，100G光模块在2016年处于A阶段价格2676元，预测2017年过渡到B阶段（实际在2017年由于未预期到的供不应求100G光模块价格是上升的），价格2342元较A阶段价格下降12%，到2019年进入D阶段，价格为1873元，较A阶段降低30%。

上述价格主要是基于数据中心光模块进行分析，电信市场方面，光模块升级较慢，基本随每一代通信7年左右升级一次，相应的模块整体速率要较数据中心光模块低。但是在相同的速率下，电信光模块的价格应该要高于数据中心：

一是在成本分析当中提到的芯片差异，由于距离和发光性能要求，数据中心模块的光芯片是VCSEL和DFB，而电信光模块在前传使用VCSEL和DFB，中回传就会大量使用EML，飞速官网上100G QSFP28/DFB/10km是5780元，100G QSFP28/EML/40km是36150元，同速率同封装下的EML达到DFB光模块零售价格的六倍。

二是封装要求存在差异，数据中心的光模块是在空调房进行工作，工作温度范围比较窄，一般不需要气密封装；而5G光模块属于工业级应用，-40-85摄氏度的工作范围，由于激光器高温性能劣化问题严重，模块封装需要加TEC制冷或者气密封装。

综上所述，数通光模块3-4年就会发生代际更替，每一代产品的价格都会快速经历A.首发高价、B.高毛利→竞争者进入价格下滑、C.毛利降低→价格平稳、D.毛利维持的过程四个阶段，目前100G产品价格正在下滑，预计直到2020年的400G产品才会为厂商带来均价的回升；电信光模块迭代较慢，在同等速率下，由于芯片和封装要求更高，成本和价格会高于数通光模块。

市场格局

根据Ovum对2016年光器件/模块市场情况的统计，在全球光器件/模块市场份额排名前10的厂商中，美日公司占据9个席位。以Finisar、Lumentum、Broadcom、Oclaro等为首的北美企业与日本企业在高速光芯片方面占据了技术制高点，国内在2016年仅光迅科技进入前十排名第五，中际旭创2016年销售收入19.9亿元，占市场份额在2.5%左右。

2016年光器件/模块市场规模为95.54亿美元（约649.67亿元人民币）以营业收入来看，光迅科技2016市占率应在6.2%，中际旭创应在3%。

在前述厂商中，市场上最具竞争优势的八家光模块企业是：Finisar、Lumentum、Acacia、Oclaro、Avago、AAOI、Neophotonics、中际旭创。其中一些专注数通市场（数通产品占收入比50%或以上）：Oclaro、AAOI、Finisar、中际旭创，另一些专注于电信市场的Acacia、 NeoPhotonics、Lumentum。

价格优势下我国厂商市占率不断提高

一方面随着成本优势下整个封装环节向中国转移，另一方面，低端芯片技术被攻克，大陆厂商则凭借成本优势逐渐实现从中低端产品的封装到中低端产品的垂直一体化，国内光模块厂商的市场份额占比不断提升，根据Lightcounting统计，中国光模块供应商市场份额从2010年的19%增长到2016年的36%，相应的市场集中度仍然不高，2012年-2016年，传统外国光模块厂商的市场份额四年时间损失了20%。所以Avago在2016年就出售光模块组装业务给鸿腾精密，一些市占率不高的外国厂商也有同样的举措，美日厂商“被动”收缩业务线条，逐渐聚焦高端光电芯片研发与投入。

根据这个趋势，高端芯片是目前最硬的壁垒，如果国内高端芯片能够，全球光器件市场有望进一步完成全产业链国产替代。

2016年到2018年，我国主要厂商的光器件/模块收入增长幅度也要明显大于外国主要厂商，据此推测相应的市占率会有进一步的提升，其中中际旭创的营收增长速度最快，已经超越Oclaro、AAOI等厂商，市占率进入前三甲。

国内厂商的价格优势是市场份额不断提升的重要原因。 如之前说过的，光模块具有定制化的特征，不同下游对光模块会有不同的要求，又对整体光通信系统至关重要，因此客户的准入门槛很高，想要进入主流模块厂商供应链，需要1年多时间用于测试，对客户本身也是一件非常耗时耗力的事情。加上有的客户会和模块供应商签订长约，要求每年有相应量的供货，所以光模块厂商和下游客户的黏性一般来说是非常大的，所以看光模块厂商的下游和采购占比，往往不会有非常大的变化。

但是，尤其是对于数据中心来说，光模块的采购量非常大，在数据中心中一台框式网络设备通常有数百个端口，这些端口如果都使用上就需要数百个光模块，尤其是随着光模块升级，100G、400G光模块单价都比较贵，一个100G光模块价格会超过设备——一台普通盒式交换机的价格，所以数通高速光模块非常强调成本能力、技术工艺、量产能力，而价格正是中国厂商获得市场份额的一大竞争力。比如Amazon在2016年和之前年份，也就是数据中心40G光模块时代，基本都向AAOI采购是AAOI最大的客户，常年占AAOI收入的50%以上，2017年Amazon数据中心光模块整体砍掉40G升级100G之际，供应商名单中加入了中际旭创和Intel（Intel是硅光光模块厂商，硅光光模块较传统光模块价格更低），2017年和2018年占AAOI营收比迅速下降35%、12%。

在未来的发展当中，华为、中兴等电信设备巨头有供应链向国内厂商切换的意图，再随着阿里巴巴、腾讯、百度这些互联网巨头作为全球数据中心第二梯队建设上量，我国光模块厂商就不再只依赖单一的价格优势，只要产品能够达到要求，我国厂商的市场份额有望进一步提升。

我国厂商有更优的利润表现

目前国内和国外的主要光模块厂商的经营战略有很大的区别，国外厂商基本都是垂直一体化的经营策略，基本都能够自产光芯片或有硅光技术储备，相应的每年都需要投入占营业收入10%左右的研发费用，最高的厂商研发费用占营收比达到18%；而国内主要光模块厂商如中际旭创和新易盛，采取的是从外面采购光芯片等原材料，单纯进行封装的模式，国内厂商中研发投入最高的光迅科技也显著低于美国厂商。

所以国外光模块厂商往往业绩呈现出高毛利率、低净利率的特征，而国内以中际旭创为主的毛利率较国外大厂要低，但净利率又较高。中际旭创近年的毛利率约为26%，仅高于NeoPhotonics，其他厂商，尤其是没有器件产品线拉低毛利率的纯光模块厂商AAOI、Oclaro、ACACIA，其毛利率基本都在30%甚至40%以上。

净利率方面，由于研发费用的大规模支出和并购商誉带来的非经常性损益，外国厂商的净利率是经常性为负的，除ACACIA外，仅Finisar、AAOI、Oclaro在2017年/财年由于100G光模块供不应求业绩和毛利率大幅提升，而开支较大的销售、行政及一般费用基本不变（行业里的公司大部分该费用类似固定资产，与营收增长关系较弱），而有了超过中际旭创的净利率表现，相反的，中际旭创近几年的净利率都维持在10%左右比较稳定的水平2018年第三季度为12.3%。

所以，由于持续有大量的研发投入，国外厂商往往业绩表现都比较乏力，净利润常年为负，为了减少研发开支，维持竞争力，海外大厂间的并购非常频繁，仅在2018年，市占率第二的Lumentum收购前五的Oclaro，十一月市占率第一的Finisar被无源光器件龙头Ⅱ-Ⅵ以32亿美元收购。

而相对的我国厂商集中从事单一环节，业绩表现更优，也有足够的精力去做大规模的契合客户的设计，从而市场份额表现在近年也是持续向优。但是国内厂商的风险也是明显的，以中际旭创为例，其大量芯片是来自竞争对手美国Oclaro，政策和市场竞争都让芯片供给存在不确定性。

综上所述，得益于以中际旭创为主的国内厂商的成本优势和批量涉及交付能力，我国厂商在光模块市场的市占率不断已经从2008年的16%提高到36%以上，并且随着华为、中兴供应链切换，BAT等国内互联网厂商数据中心起量，我国厂商的市占率有望进一步提升。

由于我国厂商和国外大厂完全不同的经营策略，两者毛利率和净利率差异明显，目前集中从事封装单一环节的我国厂商有更好的利润表现，但芯片能力的缺失也带来一定风险。

数据中心市场分析

数据流量剧增带动超大型数据中心建设

互联网数据中心（IDC）的概念早在90年代中期被提出，当时数据中心存在的意义只是对大型主机进行维护和管理。之后高清视频、直播、VR/AR等互联网内容资源的不断丰富，全球数据流量持续不断增长，如今云计算、大数据、虚拟化等新兴技术的落地，数据流量和带宽更将成指数级增长：

A、思科云指数报告(2016-2021)预测，到2021年全球数据中心流量将从2016年的6.8ZB增长到20.6ZB（1ZB=1024x1024x1024x1GB即1ZB=1万亿GB），增长两倍，数据流量的复合增长率为24.8%；B、IDC的统计数据显示2016年全球数据总量达到16ZB，预计到2020年将增长至40ZB以上，增长1.5倍，复合增长率25.7%；C、英特尔认为到2020年，平均每人每天使用的数据为1.5GB，无人驾驶汽车每天则会使用大约4000GB数据，全球数据量将会增长到44ZB，中国将会达到8ZB，占到全球的5分之一。

另一方面，数据处理的复杂程度将不断提高，导致数据中心处理数据产生的流量要远大于数据中心外传输的流量，数据中心的重要性会远远超过运营商网络。根据思科统计，目前数据中心内部流量占全网超7成，到2021年全球英特网的网络流量才达到3.3ZB，而全球数据中心流量（机架内、集群内、数据中心内、数据中心间）在2015年就已经达到4.7ZB，全球数据中心业务流量将从2015年4.7ZB增长到2020年15.3ZB，复合增速达到27%，相对的英特网的网络流量符复合增长率24%。

数据中心是数据及数据处理的承载。数据中心的建设能为大规模的数据存储、交换和应用需求提供设备支持，数据流量越大，数据处理方式越复杂，数据中心无疑就越重要，目前全球面对数据流量的解决方法就是建设超大型数据中心。

中国信息通信研究院2018年的《数据中心白皮书》中引用Gartner统计显示，随着数据中心集成化的发展，全球数据中心的数量在中小微型数据中心关闭、规范、整合的带动下持续减少，截至2017年底全球数据中心共计44.4万个，预计2020年将减少至42.2万个。但由于集成化的大型（标准机架3000-10000个）和超大型（标准机架＞10000个）数据中心建设，在单机架功率快速提升的背景下，机架数量仍呈现总体上升趋势，预计2020年机架数将超过498万，服务器超过6200万台，意味着超大型数据中心被确定为数据流量真正的载体。

数据处理的集中，数据流量的剧增的背景下，大型互联网公司（ICP）或云计算公司如Amazon、Google、Facebook、Apple等牵头，数据中心由小型化、分散化转向大型化、集中化，由于超大型数据中心有较强的成本优势、规模效应和可拓展性，从2015年开始，越来越多的数据中心使用者逐渐放弃私有化拥有数据中心的规划，转而采用云数据中心进行数据交互，全球大规模建设超大型数据中心。

思科Global Cloud index 2016-2021的报告具体预测了超大型数据中心的发展趋势，超大数据中心将从全球2016年的338个增加到2021年的628个，复合增长率为13.19%，到2021年，超大数据中心提供的的服务器占到所有数据中心服务器的比例将从2016年的27%上升至53%。

相比电信传输，数据中心是在相对更小的空间内，承载更高密度的数据的光传输，光模快无疑是当中的要件，正如第三部分“市场规模”中所分析的，ICP资本支出中光器件/模块占比较CSP要高，所以，全球大规模的超大型数据中心建设无疑会是光模块市场一个重要的驱动因素。

叶脊网络架构进一步增加光模块需求

传统三层结构IDC网络架构有利于解决南北向数据传输问题（IDC内部与外部之间），然而伴随着虚拟化、云计算、超融合系统等应用，使得东西向数据流成为主要流量，为了数据中心利用率以及效用最大化，越来越多的数据中心采用了叶脊类型的网络架构，从而也促使网络架构从传统的三层网络架构减为二层网络架构，相比传统纵向传输（用户和IDC/云之间）增加了更多的东西向传输（IDC之间，IDC和云，IDC和企业）。

叶脊网络结构使得网络规模变大、网络扁平化、光纤覆盖率提升，使得网络需要更多的交换机和光模块。

传统三层架构下， 服务器到接入交换机一般不需要使用光模块，在服务器使用10G速率的情况下，假设一个1000机柜的数据中心，单机柜装载10台服务器，服务器均配置10G双网卡（每个服务器需要连接2个接入交换机以实现冗余备份），则需要2000台接入服务器（12个下行10G端口，2个上行40G端口）。上层需要配备100台汇聚交换机（40个下行40G端口，4个上行100G端口）以及10台核心交换机。则1000个机柜合计需要8000个40G光模块（2000台接入服务器*2个40G端口*2线路两端都需要收发光模块），800个100G光模块（100台汇聚交换机*4个100G端口*2线路两端都需要收发光模块）， 则光模块总量是机柜数的9倍。

新的两层架构下， 以叶脊架构为例，服务器到叶交换机跨机柜，需要使用光纤连接，1000个机柜（1万台服务器）的数据中心需要500台叶交换机（40个10G下行端口，4个100G上行端口），50台脊交换机（40个100G下行端口），脊交换机与叶交换机实现全互联。则1000个机柜合计需要4万个10G光模块，4000个100G光模块（500台叶交换机*4个100G端口*2）或8000个40G光模块， 则光模块总量是机柜数的46倍。

主要ICP资本支出势头不减

根据Synergy Research的统计数据显示，截止2016年底，45%（152个）的超大型云数据中心在美国，中国还未完全起量，占比8%（27个）第二，日本第三位占比7%；英国、澳大利亚、加拿大、新加坡等份额都在3%-5%之间，其他国家和地区（德国、法国、香港）占比27%。

据Synergy Research在2018上半年的统计数据显示，2017年全球超大规模互联网内容提供商资本支出总和为740亿美元，同比增长19%，2018年Q1超大规模互联网内容提供商资本支出继续激增至270亿美元，环比增长20%，同比增长80%，创下历史单季最高水平； 排名前五位的总是谷歌、微软、亚马逊、苹果和脸书，它们占据了超大规模互联网内容提供商总资本支出的70%以上，大部分资本支出是用于新建和扩建大型数据中心。

其中谷歌、微软、亚马逊是全球排名前五的云厂商，具体看它们2009至2018年/财年的资本支出情况，可以看见自2011年数据中心建设兴起以后，作为全球零头的ICP资本支出就开始大规模增加，2018年增长趋势仍在持续。

谷歌、微软、亚马逊现金资本支出情况

在前五大之外，Synergy Research数据中心，2018年第一季度其他领先的超大规模支出者还包括阿里巴巴、IBM、京东、NTT和腾讯；而前十名以外的则包括百度、eBay、甲骨文、PayPal、Salesforce、SAP、雅虎日本和雅虎/Oath。

以第二梯队的我国的厂商来看，虽然投资起步较晚一些，但是近年增长迅速，从2018年6月的情况来看，阿里云从2015年开始自建数据中心，预计投入超过700亿人民币，主要布局环一线城市，腾讯云也在2018年启动大规模数据中心建设，预算金额超过1000亿人民币。

英特尔推测，2020年中国将占到全球数据流量的五分之一，而中国的互联网厂商也逐渐发展成为全球领先的ICP，但目前我国超大型数据中心虽占到全球的8%，但具体来看明显尚未起量。据统计，BAT数据中心服务器总和不及亚马逊一半。腾讯是中国拥有数据中心服务器数量最多的公司，但腾讯数据中心的服务器规模也仅有50多万台，而亚马逊的数据中心有接近300万台的服务器，微软也有200万台，这也意味着我国数据中心建设市场未来空间巨大。

综上所述，人类社会进入“数据时代”，流量爆发式增长，在主要ICP的推动下，作为载体的超大型数据中心在全球开始大规模建设，相应的，数据中心需要大量光模块去为它进行高密度的光传输。

另一方面传统数据中心强调南北流量，光模块数量仅为机柜数量的9倍，随着东西流量扮演越来越重要的角色，数据中心新的叶脊构架下光模块总量是机柜数的46倍，光模块使用量进一步增加。

目前全球数据中心建设的投资主体仍主要是北美厂商，占到投资额的70%左右，作为第一梯队北美厂商目前仍然在大规模地投资着数据中心，IDC研究机构推测北美ICP直至2020年都将处于数据中心的建设期。第二梯队的中国尚未完全起量，建设期落后北美3-4年，市场空间巨大。

数据中心光模块的市场预测

数量方面，如上所述，思科Global Cloud index 2016-2021的报告预测，2019年、2020年和2021年将分别增加超大型数据中心61、61和58个；

根据阿里云和京东云近年来建设的数据中心信息，剔除京东华北（北方）云数据中心这个极大值，一个超大型数据中心的服务器平均数量在13.9万台，假设每个机柜10台服务器，则一个超大型数据中心的机柜均值为1.39万台；

根据目前趋势，假设未来70%采用效率更高的叶脊构架，30%采用传统三层构架，则每台机柜平均需要46*0.7+9*0.3=34.9个光模块；

所以，超大型数据中心建设带来的光模块数量计算公式是：超大型数据中心增量*单数据中心机柜量均值*单机柜光模块数量，2019年、2020年和2021年数量分别是：2959、2959、2814万个。

价格方面，数据中心光模块的采购与通信领域中设备商采购光模块、运营商采购设备不同，由于需求量较大，目前ICP企业一般是直接采购光模块，然后要求网络和服务器厂商进行适配，如腾讯之前一直通过第三方设备商进行光模块的间接采购，2018年也试行集中采购光模块的方式。不同于电信市场是与电信设备商较移，数据中心光模块厂商是直接面向下游客户进行技术和产品推介、价格议定、签订合同并交付，因此市场的主要价格应是光模块厂商与数据中心之间的价格。

中际旭创是世界第一梯队的光模块厂商，产品品类全面，90%左右的光模块是供应数据中心，主要的下游是以谷歌为主的提供主要云服务的新型ICP企业，客户集中度较高，可以认为其销售产品结构大致与数据中心光模块需求结构相似，此次报告据此将多个光模块视作组合不需按速率进行详细拆分计算各个速率单价，则根据中际旭创2017年年报披露的信息：光模块销售收入220781.99万元，销售量153万只，数据中心平均价格=220781.99/153=1443.02元;2018年年报披露的信息：光模块销售收入499773.02万元，销售量422万只，数据中心平均价格=499773.02/422=1184.29元。

假设2019年主要产品100G价格继续下滑平均价格为950元，2020年400G开始批量使用，光模块厂商准备充分,出现2017年供不应求的概率较低，保守估计均价仅上升至1300元，2021年400G光模块价格进入B阶段，平均价格下降至1100， 则预测2019、2020、2021年全球超大型数据中心建设将会带来281、384和310亿元的光模块需求。

光模块

电信市场分析

5G宏基站是4G时代的1.2-2倍

为实现5G网络的需求，全球各个国家的5G规划频率都将涵盖高、中、低频段，即统筹考虑全频段，但总体频段要远高于4G时代。以我国为例，目前中低频段的规划已经比较明确，在2018年12月，工信部正式发文表示，向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可，中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源，中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源，中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；高频段毫米波的规划也在持续推进，工信部2017年曾面向社会广泛征集24.75-27.5 GHz、37-42.5 GHz或其他毫米波频段用于5G系统的意见，目前没有提出变化。而相对的，4G通讯使用的频率主要在1800-2600MHz之间。

电磁波的显著特点是：波长越短，频率越高，一是越趋近于直线传播，意味着绕射能力越差，二是传播过程中的衰减越大。所以5G使用更高的频率，最大的问题就是覆盖能力会大幅减弱，所以5G基站覆盖同一个区域，需要的基站数量无疑将超过4G。

2018世界光纤光缆大会上，中国工程院院士邬贺铨指出：“5G将要求更密集的基站，而且5G基站的密集组网需要大量光纤，特别是5G基站数将是4G的4-5倍。”目前如果简单看主频段，5G使用的频率是4G的2倍，那么5G宏站覆盖的半径是4G的二分之一，覆盖的面积是四分之一，那理论上覆盖相同的面积5G基站是4G基站的4倍。但是在5G实际建设当中，将会采取“宏基站+小基站”组网覆盖的模式，会用到光模块的宏基站保守估计约是4G基站的1.2-2倍。

根据工信部的数据，截止到2018年12月31日，我国一共有372万个4G基站，并且尚在建设当中，2018年增量43.9万个，以此为基准的话，则预计将有447-744万个5G宏基站的建设规模，报告取略高于1.5倍的值574万个进行之后的预测。

5G将在我国带来四千多万块的光模块需求

5G时代的通信业务不仅仅是对现有eMBB业务的加强，更有了uRLLC、mMTC业务的拓展：

A.eMBB(增强型移动宽带)：主要场景包括随时随地的3D/超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存取、高速移动上网等大流量移动宽带业务，带宽体验从现有10Mbps量级提升到1Gbps量级，要求承载网络提供超大带宽。

B.uRLLC(高可靠低时延通信)：主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化等，要求极低时延和高可靠性，需要对现有网络的业务处理方式进行改进，使得高可靠性业务的带宽、时延是可预期、可保证的，不会受到其它业务的冲击。

C.mMTC(大规模机器通信）：主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等，要求提供多连接的承载通道，实现万物互联,为减少网络阻塞瓶颈，基站以及基站间的协作需要更高的时钟同步精度。

由于引入了大带宽和低时延的应用，5G的RAN网络将从4G的BBU（Baseband Unit，基带单元）、RRU两级结构将演进到CU、DU和AAU三级结构，原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU（Centralized Unit，集中单元），负责处理非实时协议和服务；BBU的部分物理层处理功能将与原RRU合并为AAU(Active Antenna Unit，有源天线处理单元)；BBU的剩余功能重新定义为DU（Distribute Unit，分布单元），负责处理物理层协议和实时服务。由于结构的分层，传输也由4G的前传——回传两步传输，变成前传——中传——回传三步传输，CU和DU之间的中传互联仍采用光通信，相比传统无线接入网增加了一层光传输环节，光端口数量增加，光模块的需求也会因此增加。

从前传、中传和回传三个环节预测光模块在5G时代的具体需求量：

前传方面，基于比较明朗的5G初期来看，主要是eMBB业务的应用，基本延用4G时代一个站点带3个AAU的方式。在各种组网方式下，一个宏基站3个AAU，每个AAU又对应2个前传光模块（从AAU传出一个，传到DU一个），则一个基站需要6个光模块，按574万个基站来算，前传需要574*6=3444万个光模块。

中传方面和回传由接入、汇聚和核心三层构成，中传是面向5G新引入的承载网络层次，在承载网络实际部署时城域接入层是中传（DU到CU），也可能同时承载中传和前传业务；5G汇聚层和核心层属于回传，回传网络实现CU和核心网、CU和CU之间等相关流量的承载。

根据RAN结构的不同，报告考虑两种组网方案：集中式无线接入网（C-RAN）和分布式无线接入网（D-RAN）：C-RAN接入环小集中节点数为3个（假设CU是接入环集中点），每个节点接入5个5G低频基站，汇聚环节点数为4个，每对汇聚节点下挂6个接入环，核心节点带8个汇聚环;D-RAN接入环节点数为8个，每个节点接入1个5G低频站，汇聚环节点数4个，每对汇聚节点下挂6个接入环，核心环节点数为4，每对核心节点带8个汇聚环。

参照中国电信《5G承载需求白皮书》，假设我国5G网络建设中采用C-RAN和D-RAN架构的基站数量比为1:1，各287各基站，综上进行测算：

基站到接入设备需要：基站数*2即C-RAN为287*2=574万个，D-RAN为287*2=574万个，574+574=1148万个；

接入到汇聚光模块数量等于接入环数*2，即基站数/接入环每环基站接入数*2，则C-RAN需要接入到汇聚的光模块287/(3*5)*2=38万个，D-RAN需要287/8*2=72万个,38+72=110万个；

汇聚到核心的光模块数量为汇聚环数*2，即基站数/接入环每环基站接入数/汇聚环每环接入环接入数*2，C-RAN下为287/15/(4*6)*2=1.6万个，D-RAN需要287/8/(4*6)*2=3万个，1.6+3=4.6万个。

综上所述，5G将会为光模块带来 3444+1148+110+4.6=4706.6万个的需求量。

现存光模块需要更新升级

5G前传的典型应用场景包括光纤直连、无源WDM和有源WDM/光传送网（OTN）等。

光纤直连： 部署简单，适用于光纤资源丰富地区。光纤直连即BBU与每个AAU的端口全部采用纤点到点直连组网，该方案实现简单，但光纤资源占用多。

无源WDM： 节省光纤，但运维困难。无源波分方案采用波分复用（WDM）技术，将彩光模块安装在无线设备（AAU和DU）上，通过无源的合、分波板卡或设备完成WDM功能，利用一对甚至一根光纤可以提供多个AAU到DU之间的连接,但是存在波长通道数受限、波长规划复杂、运维困难、故障定位困难等问题。

有源WDM/OTN： 节省光纤，高质量，高成本。有源波分方案在AAU站点和DU机房配置城域接入WDM/OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源，通过OTN开销实现管理和保护，提质量保证，但是当前有源WDM/OTN方案成本相对较高。

我国光纤资源丰富，考虑成本和维护便利性等因素，5G前传将以光纤直连为主，局部光纤资源不足的地区，可通过设备承载方案作为补充。预测前传承载技术方案中光纤占领80%市场额，有源WDM/OTN占领10%的市场，无源WDM占领剩余的10%市场。

根据中国信通院《5G承载光模块》，光纤直连场景一般采用25Gb/s灰光模块，无源WDM需要10Gb/s或25Gb/s彩光模块，有源WDM/OTN需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模块，所以前传主要使用的是低成本25G SFP28光模块。

中传和回传部分，仅考虑无高频站的一般流量场景，延续上述C-RAN和D-RAN的组网结构假设，再根据中国信通院《5G承载白皮书》设置如下基本参数：（1）接入层、汇聚层和核心层带宽收敛比为8:4:1，（2）5G低频站单站峰值4.65Gbps，单站均值2.03Gbps（4G单站峰值320M，单站均值80M）。

根据上述测算，预计在C-RAN架构下，接入为50G及以上、汇聚和核心需求为100G/200G/400G；预计在D-RAN架构下，接入环为25G、汇聚和核心层需求为100G/200G/400G。

综上，相对4G承载网的光模块，在5G时代基站光模块大致需要从10G升级至25G光模块，接入层、汇聚层需要从10G/40G升级至100G，核心层需要从100G升级至200G/400G，也就是说在5G时代，4G时代的光模块基本无法沿用需要大量升级。

上述网络构架及流量来分析主要是运营商和中国信通院基于理论预测的、5G前中期的一个承载网设置，5G成熟期将根据实际业务流量的需求，既有低频站点基础上增加高频AAU的方案、也有扩展低频AAU、新建高频基站等方案，扩展网络容量，还会带来光模块一定的量的增长，单个模块的速率也会有一定的升级。

综上所述，5G时代一方面基站加密，另一方面业务分层，传输由前传-回传变为前传-中传-回传单层，带来大量的光模块需求，仅我国市场5G就将有四千多万的块的光模块需求。加上5G下以eMBB(增强型移动宽带)为主的业务要求承载网络提供超大带宽，我国目前组网的光模块基本未达到速率要求，各层光模块需要更新升级，为电信光模块带来大量的市场空间。

5G光模块的市场规模预测

上面已经预测了光模块的需求量，下面主要是价格的预测、我国规模测算、全球规模测算。

前传方面，根据飞速官网的信息25G SFP28/VCSEL 850nm/100m灰光模块最低零售价570元，25G SFP28/DFB 1310nm/10km灰光模块最低零售价为1630元/个。综合考虑5G光模块是直接销售给设备商，价格应远低于单个零售，但同时25G产品价格已经处于D阶段，价格稳定整体不会出现太大的下滑，预测25G SFP28/VCSEL 850nm/100m光模块灰光模块380元/个（略高于中际旭创25G光模块稳定价格），25G SFP28/DFB 1310nm/10km灰光模块652元/个（零售价的40%），假设两种芯片/距离的光模块各占一半，25G灰光模块平均价格516元/个；彩光光模块制作工艺更为复杂，我们预测其价格为灰光光模块价格的1.5倍，则平均价格是774元/个。

中传和回传，参考中国信通院《5G承载光模块》的光模块参数，下面作出假设并测算：

基站到接入环: C-RAN使用50G QSFP28 or SFP56/EML 1310nm/10km or 40km，调制方式PAM4，即50G SFP+/1550nm/40km飞速官网零售价最低是3540元/个，仍考虑批量采购的非零售价，取零售价的40%为1416元/个。

D-RAN使用25G SFP28/EML 1310nm/40km灰光模块，考虑EML芯片价格较DFB更高，取1000元/个计算。

则基站到接入环光模块市场规模为574*1416+574*1000=138.67亿元。

接入环到汇聚环： 全部使用100G QSFP28/DFB or EML/10km or 40km彩光光模块，飞速官网100G QSFP28/DFB/10km 5780元，100G QSFP28/EML/40km 36150元，考虑批量采购和规模布置后降价，100G QSFP28/DFB/10km取零售价50%=2890元，100G QSFP28/EML/40km取零售价的50%=18075元，假设DFB/10km占比70%，EML/40km占比30%，则接入环到汇聚环光模块均价为2890*70%+18075*30%=7445.5元；

则接入环到汇聚环光模块规模为7445.5元*110万个/10000=81.9亿元。

汇聚环到核心网： 两种构架下都假设带宽为200G/400G，距离为80KM左右，目前市场上200G or 400G/80KM的电信光模块尚未成熟，加上一般使用EML芯片，价格在30000-60000元，但考虑大规模布置后的降价因素，以15000元作为预测值；

则核心层光模块市场规模=4.6万个*1.5万元=6.9亿元。

综上，中传加回传的光模块市场规模是138.67+81.9+6.9=227.47亿元，加上前传，预计5G将带动我国227.47+186.53=414亿元的光模块市场规模。

我国三大运营商占全球电信商资本支出比近年都在15%左右，2015年最高达到19.2%，在5G时代基于我国的投资态度，推测前三年支出占比达到25%， 则按此倒推全球光模块电信市场规模大约为414/0.25=1656亿元。

根据3G的情况来看，每一代电信基础设施建设周期在7年左右。

每一代基站的建设进度是不同，3G前三年每年基站建设量/总量分别为20%、12%、12%，4G基站建设量目前是明显下降趋势，假设未来两年4G基站增量分别为40万个和30万个，则前三年基站建设站4G全周期基站建设比为19%、21%和19%。根据目前5G的现实情况来看，下游运用还不成熟，全球运营商整体对5G的建设投入还不够果断，所以此次报告认为5G在未来三年的投资还会较为谨慎，分别是9%、13%和15%。

光模块总体市场规模预测

综合数据中心和电信两个市场的结果，报告预测的2019-2021年光模块市场规模分别是61.45亿美元、85.61亿美元和79.70亿美元，同比增长21.3%、39.3%和-6.9%。对比根据机构数据推测的总规模，在2020年有比较明显的差异，主要原因是报告认为2020年400G模块大规模商用会带动数通光模块价格上升至1300元的均价，在数通光模块数量没有明显增长的情况下，会使市场规模有较大幅度的上升。

光模块

未来光模块的可能性——硅光模块

能够实现大部分光器件的集成制造

硅光子技术是基于硅材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发与集成的新一代通信技术。硅光子技术的核心理念是“以光代电”，将光学器件与电子元件整合到一个独立的微芯片中，并利用激光作为信息传导介质，提升芯片间的连接速度。

传统光模块采用分立式结构，需要依次封装电芯片、光芯片、透镜、对准组件、光纤端面等器件，光芯片需要通过一系列无源耦合器件，才能与光纤实现对准耦合，完成光路封装。硅光利用传统半导体产业非常成熟的硅晶圆加工工艺，在硅基底上利用蚀刻工艺可以快速加工大规模波导器件，利用外延生长等加工工艺，能够制备调制器、接收器等关键器件，最终实现将调制器、接收器以及无源光学器件等高度集成，一改以往器件分立的局面，在芯片层面就大幅度集中各个器件。

硅光模块体积大幅减小，材料成本、芯片成本、封装成本均有望进一步优化，同时，硅光技术可以通过晶圆测试等方法进行批量测试，测试效率显著提升。

前述硅光技术生产的器件，涵盖了光模块内部大部分组件，但不包含激光芯片。由于硅是间接带隙，导带最小值(导带底)和满带最大值在k空间中不同位置，电子跃迁需要同时改变势能和动能，产生激光需要借助声子的作用，空穴复合效率很低，发光效率极低，与之对比，III-V族材料(典型的如磷化铟InP)属于直接带隙，电子能量跃迁只需要吸收外加能量即可，发光效率较高。因此，只集成其他器件可以使用单片集成，即在硅晶圆上集成多个光器件，但要集成激光器就需要硅基混合集成，光芯片仍使用传统的III-V族材料，采用分立贴装(光迅、Luxtera等)或晶圆键合加工(Intel等)将III-V族的激光器与硅上集成的调制、耦合光路等加工在一起。

但硅光模块目前还不是一个成熟的产品， 整体上看，硅光技术成本优势并不显著，在性能、功耗和整体成本多个维度，与传统模块厂商处于同一竞争平台，并未显示颠覆性优势。首先激光器是最主要的光模块器件，由于硅光混合集成的工艺尚未成熟，在激光耦合等步骤上的良率较低，硅光在单片集成无源组件上能实现更高的集成度，但由于无源组件成本占比有限，导致硅光模块成本难以进一步提升，整体成本优势并不明显。其次，硅基光波导的尺寸在0.4—0.5μm量级，远小于单模光纤尺寸（纤芯直径约8μm—10μm），尺寸上的差别将导致模场的失配，需要利用硅基波导光栅进行耦合，在耦合过程中将产生损耗。

硅光市场尚在产业链形成初期

自2013年起，随着市场逐步打开，更多的厂商开始进入硅光子芯片市场。目前投入研发的公司不仅包括 Mellanox、Luxtera、Acacia、Finisar、Avago等光通信公司，Intel、IBM、思科、IMEC以及华为等厂商也加入了这一领域的竞争。随着厂商逐渐增多，从上游的原材料供应商，到中游的硅光子器件、芯片、集成厂商，再到下游的数据中心、电信等客户纷纷入场，硅光子技术的产业链正逐步形成。

目前Intel、Luxtera、Acacia、光迅、Rockley等企业先后推出芯片级、模块级产品，并逐步实现小批量商用出货，但各主流厂商的设计和工艺路线仍然有较大差异，存在多种技术路线，从这个角度也可以看到，硅光技术还处在百家争鸣的发展初期阶段，性价比和技术稳定性最高的方案尚未脱颖而出。所以硅光模块产业化也尚未成熟，目前只是站在商用起跑线前，还需要进一步的研发和评估，持续优化提高良率、降低成本、下游客户验证、标准化量产，才能向最终胜出成为主流技术。

综上所述，硅光芯片是未来光芯片发展的一个重要的可能性，随着硅光子技术近年的突破，产业链也初具雏形，但是，受限于激光耦合等步骤的良率和成本下降限制问题，硅光子技术在性能、功耗和整体成本多个维度，与传统模块厂商处于同一竞争平台，目前还没有显示颠覆性优势。

光模块

A股上市公司对比分析

中际旭创：数据中心光模块龙头，市占率不断提高

中际旭创是主营数通领域的光模块厂商，在数通40G时代、数通100G时代，中际旭创均实现了全球领头羊的地位，目前推测公司占全球光模块市场份额近14%，成为全球光模块供应商前三甲。公司产品良率高，量产能力强，北美互联网和云计算厂商Google、Amazon、Facebook，国内的互联网公司阿里巴巴以及通信设备商华为、中兴、烽火、华三、思科、Arista、Juniper等均是公司的客户，其中谷歌是稳定的下游客户并持股3%是公司第八大股东。

中际旭创紧紧跟随数通市场光模块的迭代升级，目前主要产品是100G光模块，并在2019年融资扩产了400G光模块应对数通市场升级，以及5G光模块进入电信光模块领域，项目将在2020年投产，届时中际旭创将有40G/100G光模块产能264万只、400G光模块45万只、5G光模块140万只的生产能力，公司有望继续在400G时代占据领先的市场地位，并拓展5G市场作为新的增长点，目前中际旭创与华为、中兴保持合作开展5G前传研究，并已向电信设备商出货前传光模块。

旭创近年的营业收入处于高速增长区间，毛利率略有下滑在26%的水平，净利率在10%左右，业绩表现较优。

风险因素：100G价格快速下降，400G和5G应用低于预期。

光迅科技：光器件国家队，25G芯片有望推出

光迅科技前身是国家邮电部固体器件研究所，目前实际控制人是国资委。公司在光器件/模块领域全产业链布局，在电信传输网、接入网和企业数据网等领域产品涵盖从芯片到器件、模块、子系统的综合解决方案，提供光电子产品有源模块、无源器件、光波导集成器件，以及光纤放大器和子系统，目前公司已有10G芯片量产能力，25G光芯片的研发正在按计划推进，部分光芯片已经通过客户验证，如25G VCSEL。目前在全球光器件/模块市占率约6.9%，排名全球光器件/模块供应商前五。

光迅科技主要下游是电信设备商，产品优质，华为、烽火、中兴分别为公司的前三大客户，2017年年报显示，华为的销售收入占光迅科技销售收入比达26.61%，是公司的第一大客户。随着国内数据中心兴起，数据中心光模块将可能成为光迅科技新的增长点，目前光迅科技已经在向BAT等国内互联网厂商供货。除电信和数据中心等传统下游，随着3D sensing对VCSEL芯片的带动，光迅科技也在积极地与国内庞大的消费电子厂商合作。

光迅科技2018年销售收入达到49.28亿元，同比增长8%，净利润2.48亿元，毛利率在2018年第三季度继续下滑至18.79%，净利润为6.77%。

风险因素：高速率光芯片研发进展低于预期，产业产品迭代加快，公司产品升级无力。

新易盛：数通和电信领域都有能力参与

2008年，光盛通信（2004年8月设立）、易杰龙（2005年7月设立）两家公司的股东整合优势资源（包括光模块主要经营性资产、业务和人员）成立新易盛，公司大客户中兴通讯全资子公司持股30%的中和春生对公司进行增资，上市前持有公司股权4.49%，历经数次减持后目前持有股份1.98%，2016年3月在深圳创业板上市。

公司专注于光模块的研发、制造和销售，致力于提供点对点模块和PON光模块产品。目前公司产品型号已超过3000种，覆盖数据宽带、电信、FTTx、云数据中心等多个领域。公司产品生产实力较强，在5G承载工作组组织开展的首次基于多厂家多模块类型的5G承载光模块测评工作中，公司为国内送样最为完整的参测厂商（参测光模块共8种类型，公司送样7种），在数通领域，之前公司的产品主要集中在100G， 2019年1月29日公司发布了业界首例功耗10W以下应用于大规模云数据中心的400G QSFP-DD和OSFP封装的DR4以及FR4产品。

由于主要下游中兴的影响，公司2018年收入和净利润都有所下滑，公司毛利率在24%，但仅看主要产品点对点光模块，毛利率在30%的水平。

风险因素：过度依赖中兴客户开拓不及预期，5G建设不及预期，未能进入数通市场供应链。

总结

从2019年开始，光通信资本支出又将进入上升通道，Ovum预测在CSP&ICP两个市场都增长的带动下，2019-2021年全球通信行业资本支出将达到2.85、3.02、3.23万亿元，同比增长1.7%，6%和7.2%。光模块作为光通信中光电转换的重要部件，也将随之有一个市场规模的提升，加上此轮增长中，ICP的数据中心建设相对传统电信领域（CSP）增长更为强势，支出中光模块占比更高，光模块市场的增长率将超过光通信资本支出。

根据测算，预计2019-2021年全球光模块的市场规模将达到430亿、599亿和558亿元，同比增长21.3%、39.3%和-6.9%。同时在全球光模块市场规模增长的背景下，我国厂商依靠价格优势市场占有率持续提升，2010年我国厂商市占率不到20%，目前已经达到40%左右，价格优势仍存，加上华为、中兴、烽火等全球领先的电信设备商供应链国产化倾向，以及国内ICP企业的超大型数据中心建设接棒第一梯队的北美起量，国内光模块厂商有望进一步提升在光模块市场中的市占率。

由于不同的经营战略，目前我国光模块厂商的利润表现较国外大厂要更优，与国外大厂从芯片到模块的垂直一体化经营不同，我国以中际旭创为主的光模块厂商专一从事光模块封装环节。由于光芯片开发需要持续的、大量的研发投入，国外大厂的净利润往往常年为负，而美日几个具备芯片产能的大厂间仍处于竞争关系，导致它们的研发回报实际上并不突出。

参考资料来自：红塔证券、驭势资本研究所

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