超详细的光模块产业链

光通信是信息网络的核心技术。光模块实现光电转换功能，产业链包括芯片（电/光）、器件（无源/有源）、模块成品，其中：芯片技术壁垒高价值占比30~70%，高端产品由国外垄断；器件品类繁多，有源价值量相对集中，全球专业化协同竞争；模块成品迭代速度明显加快，中国力量崛起。预计2018 年数据中心光模块市场空间42 亿美金，约占全球45%。

1、100G 在2017 年已成为主流。Amazon、Google 等云巨头2017 下半年

全面启用100G，全年出货约400 万只；2018 年海外新建和存量升级需求强烈，国内阿里巴巴规模部署，预计全年出货量翻倍达到800 万只。旭创、AAOI 在产品类型、市场拓展、成本控制具有明显领先优势，业绩弹性明显。

2、400G 预计2019 年规模出货。400G 主流有OSFP（25G PAM4*8）、QSFP-DD（50G NRZ*8）两种方案，预计OSFP 2018 年具备量产条件，获得Google、Arista 支持。400G 预计下半年少量出货，2019 年规模应用，将成为价值增长核心产品，光迅/旭创/海信宽带均在OFC 2018 发布样品。

3、硅光有望在400G 中等距离取得突破。硅光具有低功耗、高集成特点，规模商业化有望显著降低成本。Intel 首先突破了硅基调制器，推出PSM4、CWDM4 硅光模块，良率仍待提升，未来有望在400G 中等距离规模应用。

▲全球主流光模块厂商对比

从上面光通信产业链图可看出，光通信产业包括光通信器件(包含芯片)、光纤光缆、光整机设备。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;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。

▲光模块构造

▲光模块内部结构图

▲光模块结构图

光芯片：技术壁垒最高，国内亟待突破。

简介：光芯片是模块中价值量最集中的环节，在光模块中成本占比30%-50%，高端产品中占比甚至能够达到50%-70%。国外大厂占据高端光芯片90%以上市场份额，可以说目前被美、日厂商垄断；国内光芯片厂商以10G 及以下产品为主，核心技术能力亟待突破。

厂商：目前国内具有成熟光芯片制造能力的厂商主要有光迅科技、昂纳科技、海信宽带（未上市）。

典型产品：InP 系列（高速直接调制DFB 和EML 芯片、PIN 与APD 芯片、高速调制器芯片、多通道可调激光器芯片）、GaAs 系列(高速VCSEL 芯片、泵浦激光器芯片)、Si/SiO2 系列(PLC、AWG、MEMS芯片)、SiP 系列(相干光收发芯片、高速调制器、光开关等芯片；TIA、LDDriver、CDR 芯片)、LiNbO3系列(高速调制器芯片)等。

光器件：产品种类繁多，参与全球竞争。

简介：根据是否需要外加能源驱动可分为光有源器件、光无源器件；包括激光器、检测器、放大器、分路器、耦合器、连接器等多个品类，每个品类又存在繁多的型号。

厂商：目前中国光器件厂商占据全球约15%市场份额，无源的竞争力相对较高，主要厂商有光迅科技、昂纳科技、天孚通信等。

典型产品：光有源器件：激光器(VCSEL、DFB 直调激光器，EML 外调激光器)、光调制器(PMQ 调制器、相位调制器、强度调制器)、光探测器(PIN、APD)、集成器件(相干光收发器件、阵列调制器) 等。光无源器件：光隔离器、光分路器、光开关、光连接器(MPO 连接器)、光背板、光滤波器(合波器/分波器) 等。

全球有源光器件市场占有率（16Q2-17Q1）

全球无源光器件市场占有率（16Q2-17Q1）

光模块：需求快速迭代，中国力量崛起。

简介：10G以下速率光模块方面，国内厂家已经完成了从芯片到模块的国产替代;10G/25G/40G/100G光模块方面，光迅科技、中际旭创、海信宽带、华工正源等国内厂家已经实现全系列产品的覆盖，模块设计能力和封装工艺成熟;400G光模块方面，中际旭创、光迅科技、海信宽带、新易盛均已在OFC2018推出样品及解决方案。

厂商：目前中国光模块厂商占据全球超20%市场份额，主要厂商有中际旭创、光迅科技、新易盛、昂纳科技、海信宽带(未上市)等。

典型产品：光收发模块(10G/25G/100G/400G)、光放大器模块(EDFA、Raman)、动态可调模块(WSS、MCS、OXC)、性能监控模块(OPM、OTDR)

通过产业链调研，我们将光模块的主要物料和国产化率列出。

以上很容易的看出，主要的电芯片，例如相干器件，调制解调芯片等，全部进口，在光的部分，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。其中：

电芯片（调制，驱动，串并转换等）的相关厂商有Macom、semtech，sillconlabs，Maxim等；

光部分（激光器，检测器）住友、三菱、lumentum、Oclaro、Neophotonics等。

国内主要是低端元器件，中科光芯、华工正源、光迅科技等。另外海信宽带多媒体可能较为高端的芯片近期就会成功。

光模块我国重点公司企业

中际旭创：数据中心光模块龙头，业绩增长可期

数通市场100G 光模块需求放量，奠定公司高速成长基石。公有云应用兴起，驱动数据中心流量爆发；Google、Amazon 等全球互联网巨头数据中心均已采用100G 光网络互联，国内阿里巴巴规模启用。100G 光模块出货量预计由2017 年350 万只增长至2018 年约800万只；以PSM4、CWDM4 两种方案为主，并逐渐向CWDM4 方案演进。苏州旭创作为全球最大的CWDM4 厂商，有望持续保持模块设计、封装制造、成本控制优势，稳步提升100G数据中心光模块份额，对标海外公司毛利率仍有提升空间。

前瞻研发400G 和5G 光模块，提供长期增长动力。1）400G 光模块：北美一线ICP 2018年开始部署400G 光模块，国内阿里规划2019 年开始部署，全球有望在2019 年规模出货。公司率先推出400G OSFP、QSFP-DD 产品：OSFP 标准由Google 领衔，预计2018H2 量产，公司成为Google 400G 光模块首批供货商；QSFP-DD 标准由Cisco、Facebook 等主推，预计2019 年量产。2）5G：5G 商用加速推进，5G 带来接入和承载网高速率光模块需求量在数千万只水平。公司在LTE 前传光模块具有一定技术积累，目前与华为、中兴保持合作开展5G 前传研究，有望受益5G 投资盛宴。

光迅科技：信息光电子国家队，高速光芯片有望推出

公司长期投入研发高速率激光器，并前瞻布局硅光技术。公司2014~2016 年研发投入占收比接近10%，通过内生及并购持续构建光芯片平台能力，目前在国内处于领先水平：（1）25Gb/s DFB 激光器有望在2018 年Q3 进入量产阶段；（2）VCSEL 芯片成功流片有望共享3DSensing 产业红利；（3）布局硅光、工业激光等创新方向。

国家政策支持信息光电子发展，先进光芯片平台具有稀缺性。2017 年底工信部发布《光电子器件技术路线图》，指出核心、高端光电子器件落后已经成为制约我国信息产业发展瓶颈。目前25Gb/s 的高速率光芯片国产化率仅3%左右，而光芯片在100G 光模块中价值量占比在40%~50%，且供应主要依赖美国、日本厂商，进口替代空间广阔。目前具备高速率芯片研发实力的国内厂商主要有光迅、昂纳、海信宽带等，稀缺平台有望获得政策支持。由光迅科技牵头，在武汉成立国家信息光电子创新中心，协同推进信息光电子“关键和共性技术协同研发”及“首次商业化”。

数据流量持续增长，数据中心和5G 拉动光模块持续景气。随着公有云业务发展，超大规模的数据中心建设持续落地，100G 光模块在2018 年需求量有望达到800 万只，对25Gb/s需求强劲。5G 渐行渐近，5G 前传、回传带来的承载网高速率光模块需求量在数千万只水平。公司作为信息光电子国家队，有望在技术转化、产品认证等方面发挥领先优势。

天孚通信：信息光电子国家队，高速光芯片有望推出

公司积极扩充光器件品类，布局明星产品。数据流量增长驱动光网络快速迭代，光器件向高速率、集成化、低功耗升级的趋势明显；公司在传统无源产品坚守高品质定位，拓展Lens、MPO、镀膜等高价值产品，并加码有源的OSA 高速光器件业务线，有望受益数据中心光模块需求爆发：

（1）Lens/MPO：公司通过并购整合引入FIBER LENS（光纤透镜）产品线的先进技术，可用于10/40/100G/200G/400G 光模块或者传输线缆。Multi-fiber Pull Off（多芯多通道线缆连接器）主要应用于数据中心多芯汇聚场景，公司已经完成大部分客户的送样验证，在江西批量生产并完成二期扩产。自主研发的光学镀膜产品线已进入稳定生产阶段。

（2）OSA：公司2015 年8 月份董事会通过审议，投资0.2 亿元建设10G 以上OpticalSubassembly（光次模块）项目，经过两年多的研发与生产获得了较好的市场效益。公司OSA OEM/ODM 业务是无源产品的延伸，充分利用高端光器件制造经验和下游客户资源，进入价值更集中的有源市场。

定增投入高速率光器件，有望加快落地打开增长空间。公司定增已经获得证监会核准批复，拟发行股份不超过3000 万股，募集资金不超过6.18 亿元，投入高速率光器件产品研发和生产：（1）25G/50G 同轴式高速率光收发器件，在原有10G 产品基础上进一步升级；（2）光隔离器，主要应用在25G 同轴器件和高速率器件中；（3）光电集成高速光器件，主要应用在25G、100G 中长距离光模块中；（4）高速光引擎组件，采用COB 封装技术主要应用在数据中心40G、100G、400G 短距离光模块中。项目建设期30 个月，边建设边投产，增发方案预计达产后实现净利润1.50 亿元/年。预测有源将成为公司增长核心动力，2018~2020年营收分别为0.81/1.89/ 3.47 亿元。

博创科技：信息光电子国家队，高速光芯片有望推出

发挥集成优势，加快拓展高速次级光模块业务。随着数据流量增长，光网络（包括运营商和数据中心）高速率、低功耗、集成化趋势明显。公司掌握集成光电子的平面波导技术，PLC 分路器行业领先、推出AWG 和VMUX 产品、拓展40G/100G 的ROSA 产品，集成的组件和价值逐步提升：

（1）PLC 分路器：主要用于FTTH 接入，2017 年国内移动继续保持对固网宽带投资，海外市场态势平稳，销售量和销售额保持平稳，我们测算毛利率略有下降。2018 年移动固网宽带投资明显下降，期待海外加快拓展确保收入规模。

（2）DWDM 器件：包括AWG、VMUX 及其他波分器件，主要用于城域网、骨干网。2017 年受运营商资本开支下降及设备商清理库存影响，DWDM器件销量及销售额同比下降。2017 年Q3 三大运营商恢复/启动400G DWDM/OTN 设备招标，另外5G 承载网方案中OTN下沉趋势明显，公司有望受益固网传输及5G 承载建设，我们预计2018 年有望触底、后续三年保持20~30%增长。

（3）40/100G ROSA：目前公司与KAIAM 合作，提供高速次级光模块封装服务。公司适应北美数据中心需求，ROSA 由40G 向100G 升级并实现量产，积极扩大产能目前超过2万只/年。公司持有KAIAM 3.31%股权双方合作关系稳固，持续研发TOSA 产品，同时积极拓展其他有源光器件客户；预计2018~20 年数据中心光模块需求持续景气，公司按需扩充有望获得50%/40%/30%同比增长。

募投项目快速投产，有望持续增厚上市公司业绩。公司IPO 募集资金1.97 亿元，投入研发中心、PLC 集成器件、MEMS 集成器件、高速光模块项目，预计将形成年产能：400万通道PLC 分路器、6 万套VOA、1.5 万套VMUX、10 万套MEMS 集成器件、24 万路OSA。截至2017 年底PLC 和OSA 项目投资完成率分别为77.84%和75.18%，2017 年贡献效益0.51 亿元；MEMS 项目正在抓紧产业化，同时稳步推进硅基集成光学芯片及波长选择光开关研究。

光模块：产品迭代加速，高速需求提升

光模块核心组件是OSA。信息网络主要以光纤作为传输介质，但目前计算、分析还必须基于电信号，光模块是实现光电转换的核心器件。光模块的核心组件有光适配器（Receptacle）、TOSA（光发射次模块）/ROSA（光接收次模块）或BOSA（光收发一体模块）、电芯片，另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路。在发射端：电信号通过TOSA 转换为光信号，再由光适配器输入到光纤；在接收端：光纤中的光信号通过光适配器被ROSA 接收并转变成电信号，并输送到计算单元进行处理。

（1）光适配器由陶瓷插芯、开口陶瓷套筒、金属件组成，用于光纤与OSA 器件的连接。

（2）TOSA 封装构件包括：LD TO-Can（发射管芯，核心为LD 即激光器）、封焊管体、陶瓷插芯、陶瓷套管、适配器、调节环，用于实现电信号转化成光信号。

（3）ROSA 封装构件包括：PD TO-Can（接收管芯，核心器件为PD 即光探测器）、塑封适配器、封焊管体、金属适配器、闭口套筒，用于实现光信号转化成电信号。其中，LD、PD 也就是通常意义上的光芯片。

光模块结构及光电信号转换

按封装形式可分为GBIC、SFP、XFP、QSFP、CFP 等。（1）GBIC 是2000 年以前形成的光收发器标准。GBIC 模块具有热插拔的电气接口，可支持单模光纤和光信号百公里级别长距离传输。（2）SFP 是一种紧凑型、可插拔的收发器模块标准，用于电信和数据通信应用。SFP 提供类似GBIC 模块的功能，但大小只有的GBIC 的一半。（3）XFP 是10G 速率的小型可插拔收发器模块标准，支持多种通信协议，如10G 以太网、10G 光纤通道和SONETOC-192。XFP 收发器可用于数据通信和电信市场，并提供比其他10Gbps 收发器更好的功耗特性。（4）QSFP 是一种紧凑型、可插拔的收发器标准，主要用于高速数据通信应用。根据速度可将QSFP 分为4×1G QSFP、4×10G QSFP+、4×28G QSFP28 光模块等。目前QSFP28 广泛应用于全球数据中心。（5）CFP 是基于标准化的密集波分光通信模块，传输速率可达40-100Gbps。CFP 模块的尺寸比SFP/XFP/QSFP 更大，一般用于城域网等长距离传输。

光模块速率提升趋势显著，迭代加速。单波长通信系统用光模块发射和接收波长分别为850nm、1310nm 和1550nm 三个传输窗口，其中 850nm 适合短距离多模传输，1310nm 适合中等距离传输，1550nm 适合长距离传输。相对于单波长的通信系统，波分复用（WDM）技术能成倍增加网络带宽，因而得到广泛的应用。目前固定宽带接入市场适用1G 及以下、2.5G、4.25G；LTE 无线基站前传适用6G、10G；承载和传输（城域/骨干）适用40G、100G、400G；数据中心适用40G、100G 光模块。随着流量增长和技术升级，各类场景对光模块速率要求。

光模块产品演进路径

云计算逐渐渗透，100G 放量，400G 布局

云计算推动超大规模数据中心加速建设。根据思科，全球超大型数据中心数量预计由2016年的338个增长至2021年的628个，2016-2021CARG13%。

2021年全球超大型数据中心占比为53%，将有85%的公有云服务器安装于超大型数据中心，超大型数据中心将承担87%的公有云工作负载。

数据中心呈现大型化趋势

内部流量占比7成，速率提升需求明显。数据中心流量可按照连接类型分为三类:

(1)数据中心到用户，由访问云服务进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生;

(2)数据中心互联，主要用于数据复制、软件和系统升级;

(3)数据中心内部，主要用于信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测，全球数据中心流量将由2016年的6819EB增长至2021年的20555EB，CAGR23%。

由数据中心内部流量和数据中心互联流量组成的东西向流量(East-WestTraffic，横向流量)占数据中心总流量约85%。

2021 年全球数据中心流量分类

全球数据中心流量

100G 出货量爆发，CWDM4 成为主流

100G已经成为海外云计算数据中心主流。数据流量持续增长，数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展:传输速率需求升级、数量需求增长。

目前全球数据中心光模块需求已经10/40G光模块向100G光模块更迭。

根据全球光器件龙头OCLARO，2016年起，Amazon、Google等北美一线云服务提供商服务器端口开始由10G向25G升级，叶、脊交换机端口由40G向100G升级，预计2018年开始部署200/400G产品。

国内厂商方面，阿里云宣传2018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。

数据中心叶脊拓扑架构适用光模块产品

阿里云光模块演进路径

2017年全球100G放量，高端光模块价值凸显。

根据LightCounting，2016年全球100G光模块销售额达到11.5亿美元，相比2015年的4.6亿美元，同比增长150%;2016年全球100G光模块的出货量约100万只，其中QSFP28光模块出货量超过70万只。2017年H1，全球100GQSFP28光模块出货量达100万只，全年大约400万只。

2015年全球高端光模块(40G及以上)市场规模为43亿美元，预计2021年市场规模达156亿美元，2015~2021年CAGR24%;其中，100G光模块市场规模预计由2015年的34亿美元增长至2021年的119亿美元，2015~2021年CAGR23%

全球100G QSFP28 光模块出货量（单位：千只）

全球高端光模块市场规模（单位：亿美元）

CWDM4逐渐成为主流，100G硅光影响有限。

数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升，多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升，预计将逐渐被单模光纤代替。

另外，光纤链路成本由光模块和光纤两部分组成，PSM4光纤使用量是CWDM4的4倍，当链路的距离较长时PSM4方案成本更高。

Intel提出了100G硅光方案，但前期主要是PSM4，在转向CWDM4的过程中产品良率方面还存在较大障碍，硅光在100G的影响有限。

400G 逐渐成熟，2019 年有望规模应用

大型互联网公司需求明确，预计2018 年下半年开始应用。Amazon、Google 等北美一线ICP 公司预计2018 年开始部署400G 产品，2019 年逐步放量。国内厂商预计将跟随北美数据中心高速化和大型化的发展方向，光模块采购也将向高端化演变。根据LightCounting，2015 年全球200/400G 光模块市场规模为1 亿美元，2021 年市场规模达到34 亿美元，2015-2021 CARG 141%。我们认为，200G 光模块为100G 向400G 过渡方案，2019 年起增量市场空间将以400G 光模块拉动为主。目前400G 光模块的主流接口有OSFP 和QSFP-DD。

全球200/400G 光模块市场规模（单位：十亿美元）

Amazon、Facebook、Google、Microsoft 光模块市场规模（单位：百万美元）

OSFP标准由Google、Arista主推，预计2018H2量产。“O”代表着“八进制(Octal)”，意为OSFP光模块使用8个50G通道来实现400GbE;“SFP”代表着“小型可插拔规格”。OSFPMSA(多源协议组织)包括中际旭创、Google、Arista、光迅科技、AAOI、华为、Intel、Lumentum、Oclaro等48家公司。

400GOSFP 光模块

QSFP-DD标准由Cisco、Facebook等主推，由于DSP的限制预计2019年量产。

QSFP-DD光模块使用2个200GQSFP56并行通道实现400GbE;每个200GQSFP56通道由4×50G信号组成。OSFPMSA(多源协议组织)由Cisco、博通、华为、Finisar、AAOI、Intel、Juniper、Lumentum、Luxtera、Mellanox、Molex、Oclaro、TEConnectivity等52家企业组成。QSFP规格是业界40G和100G光模块的主流接口标准，因此QSFP-DD具有向后兼容性，可以实现平滑升级。目前中际旭创、思科、Oclaro等厂商均已推出样品。

400G QSFP-DD 光模块

400G研发进展顺利，龙头公司保持领先。OFC2018期间，多个光模块厂商展示了400G设计或者样品。其中:QSFP-DD展出厂商有中际旭创、新易盛、昂纳科技、Finisar、AOI等11家，OSFP展出厂商有中际旭创、海信宽带、Mellanox等3家，中际旭创是同时具备OSFP和QSFP-DD的核心厂商。

根据HeavyReading对于46家主流光模块厂商的市场调查，目前已有32%的受访公司表示已经少量出货400G光模块，另有14%的受访公司表示将在未来半年或一年内出货400G光模块。

产业加速迭代，中国企业迎来赶超机遇

技术升级:硅光有望在400G中等距离实现突破

硅光器件具有低功耗、高集成优势。硅光主要只指在硅基上制作光通信器件，在工程场景下，大部分无源器件都可以用硅作为材料，但是激光器、放大器仍旧需要基于III-V族半导体。

与传统光器件相比，理论上硅光具备以下优势:

1) 成本低:硅基材料成本低，可利用CMOS在集成电路领域的投资、设施和工艺，大幅提高光器件制造工艺水平，进一步降低成本;

2) 功耗低:硅基材料阻抗低，器件驱动电压低，降低能耗;

3) 集成度高:硅基材料及技术可以提供光子和电子的统一制造平台，为芯片级光电集成提供途径，进一步减小系统设备的成本和尺寸。

硅光子集成优势

硅光生态主要厂商

硅光模块进入产业化稳步推进阶段。

Intel基于未来全光计算考虑，成为硅光发展的重要推动力，2016年提出100G光模块产品，硅光正式进入产业化应用阶段。

目前，硅光模块影响力较大的厂商有intel、mellanox、Luxtera、TeraXion等，国内光迅科技、中国电科也在开展硅光研究和产业化。

针对硅光模块的替代影响，目前业界普遍看法是:100G方面，硅光子技术对PSM4产品有一定影响;到400G，硅光在中等距离(500M)应用具有显著优势，短距将以VCSEL为主，长距离需要采用EML。

硅光发展历程

Intel和Luxtera的硅光模块已规模出货。2016年，Intel公布其100GPSM4QSFP28光模块实现量产，2017年研发CWDM4、CLR4的硅光模块，预计2018-2019年推出400G光模块产品。Luxtera主要基于PSM4路线，2015年Luxtera推出100GPSM4QSFP28光模LUX42604以及100GPSM4硅光子芯片LUX22604;2017年，Luxtera出货业界首款2×100GPSM4硅光嵌入式模块。