光模块行业专题报告：光电之门，踏浪前行

（报告出品：开源证券）

1、 光模块景气度正逢周期拐点，五大因素筛选优质α

1.1、 从下游市场现状推断光模块β进入上行周期

光模块的应用场景主要分为两大领域：4G/5G 无线网络、固定宽带 FTTX、传 输与数通网络等为代表的电信领域；承载 AR/VR、人工智能、元宇宙等应用的数据 中心领域。这两大应用场景的规模增速是影响光模块需求景气度的核心指标。

（1）数据中心迎来周期向上拐点，把握一个特征两个趋势

数据中心作为数据存储和计算的中心，其在各个时期承载的主要功能有所差异。自 2000年以来全球数据中心先后从计算中心过渡到信息中心，再过渡至云计算中心， 目前正由云中心向算力中心演变。数据中心产业整体发展周期呈现出“四中心三拐 点”的特征，在 AI 算力的驱动下产业正迎来第三次上升拐点。云计算中心阶段，光模块速率经历了由 10G/25G 向 40G/100G 的过渡。云数据 中心不仅为客户提供管理服务，还提供计算和存储环境。其托管的不再是客户的设 备，而是计算和带宽能力。2012-2019 年的云中心阶段，全球数据中心产业市场规模 CAGR 为 17%，相比信息中心阶段增速有所下降。这一阶段，光模块主流速率经历 了由 10G/25G 向 40G/100G 的过渡，2012 年北美市场以 10G 为主。2014 年开始步 入 40G，2016 年 100G 开始规模化应用。

算力中心阶段，光模块速率开始向 400G/800G 过渡，目前已有不少龙头厂商开 始研发 1.6T 系列。2019 年以来，数据中心产业开始步入算力中心阶段。AI、物联网、 大数据等新数字技术的加速发展显著驱动了数据云存储及智能算力需求的增长， 2019-2022 年 CAGR 约为 20%。2021 年光模块厂商下游客户开始对 800G 产品进行 验证测试，2022 年实现批量应用。2023 年以来包括中际旭创在内的多家龙头厂商开 始加码 1.6T 系列的研发。

我国数据中心产业起步相对北美较晚，体现在光模块应用端层面，性能相对北 美同期较为落后。目前我国数据中心产业处于云中心深化阶段，落后美国 3-5 年，仍处于增长阶段，预计“十四五”期间 CAGR 维持 25%左右。2021 年在数字经济、 “东数西算”的推动下，行业增速出现向上拐点。2023 年以来行业发展夹杂多重因 素的影响，一方面“东数西算”对 PUE、上架率等指标约束愈发趋严，另一方面 AI 的崛起引致算力需求大幅扩张，预计“十四五”期间行业整体增速维持高企。自 2020 年起，我国数据中心开始步入算力中心阶段，三大运营商资本开支由 5G 网络向算力网络倾斜。2022 年 ChatGPT 开启 AIGC 这一全新业态，推动 AI 发展 进入以多模态和大模型为特色的 AI2.0 时代，需求向“云计算大型、超大型 IDC+智 能计算本地化中型数据中心+边缘计算小微型 IDC”三级转变，规模化智算与行业智 算并行的需求特征显现。从资本支出的角度来看，三大运营商向互联网和算力网络 大幅倾斜。根据中国电信2023年资本支出预算，产业数字化占比将由2022年的29.3% 大幅提升至 38.4%。

2021 年以来数据中心增长的逻辑主要在于算力需求的扩张。从国内来看，高新 技术、数字化转型、智能终端等多样化算力需求场景不断涌现，算力为数据中心增 长赋能。通用算力的数据中心占市场规模主体，智算及超算中心空间广阔。按照机 架规模统计，目前通用算力数据中心占比超过 90%。随着人工智能应用场景的丰富， 算力由基础算力向智算演化，算力由 1.0 时代向 2.0 过渡。算力 2.0 由新型数据中心 提供大规模数据处理和高性能算力。在此背景下，“十四五”期间智算中心增速有望 维持高企。根据 IDC 预测，预计 2026 年我国智能算力规模或达 1271.4EPLOPS， 2021-2026 年 CAGR 达 52.3%，而同期通用算力规模 CAGR 为 18.5%。综合以上因素 判断，我们认为当前国内数据中心的建设正处于周期向上的拐点，智能算力将驱动 新一轮资本开支增长。

2019 年以来数据中心呈现出“东西向流量占比高”的特征，以及 “架构扁平 化”和“布局集群化”两个趋势。传统数据中心是为.com 应用设计的，这些流量大 多是客户端和服务器之间的通信。而随着分布式计算、大数据兴起，这些应用会在 数据中心的服务器之间产生大量的流量。例如 Facebook 的 Hadoop 集群，将数据分 布在数据中心成百上千个服务器中，进行并行计算。

在“东西向”流量占主导的背景下，数据中心网络架构自 2019 年以来向扁平化 发展。数据中心传统的三层网络架构包括接入层、汇聚层和核心层。东西流量分为 L2 和 L3，对于 L2 流量，如果源和目的主机都在同一个接入层交换机下，那么可以 达到全速，因为接入交换机就能完成转发。但如果需要跨机架，则需要通过汇聚层 交换机进行转发，带宽取决于汇聚层交换机的转发速率。对于 L3 流量，必须经过核 心交换机完成转发，这不仅浪费了宝贵的核心交换机资源，多层转发也增加了延时。因此当存在大量东西向流量时，三层架构下的传输效力受限于汇聚层和核心层交换 机的设备性能。

叶脊网络对光模块的需求相对传统网络大幅提升，同时推动高速率产品在数据 中心中的应用。叶脊两层网络的优势在于低延迟、扩展性好、带宽利用率高等，同 时也带来了更高的光模块用量。亚马逊、谷歌、微软、Facebook 等北美超大型数据 中心内部互连已从 2019-2020 年开始商用部署 400G 光模块，国内节奏相对滞后，于 2022 年实现 400G 的规模部署。

数据中心内部流量的增加带来网络架构变迁，除了促进高速率光模块的发展， 也形成了低功耗、低成本、智能化的趋势。低功耗方面，400G 的早期功耗为 10-12W，预计长期功耗将为 8-10W，800G 功耗约为 16W 左右。未来重点关注 CPO 技术的发 展，其作为关键性技术迭代，或成为驱动新一轮光模块需求增长的重要引擎。根据 Lightcounting 的预测，全球 CPO 端口的销售量将从 2023 年的 5 万增长到 2027 年的 450 万，四年时间提升达 90 倍。“布局集群化”是数据中心的另一发展趋势，表现为大型及以上数据中心占比 的不断提升。“布局集群化”体现为超大型数据中心快速增长，市场主体推动数据中 心向核心区域布局，呈现由“中心向周边”“东部向西部”转移的部署趋势。我国超 大型数据中心数量从 2018 年的 34 个增长到 2021Q3 的 105 个，三年 CAGR 达 45%。超大型数据中心机架占比从 2018 年的 37%增长到 2021Q3 的 41%，数据中心集群化 趋势明显。

综上所述，在 AI、无人驾驶、物联网等智能算力应用场景的推动下，总体推断 2023-2025 年全球数据中心规模增速或保持上升的趋势。在网络流量不断增长、叶脊 架构广泛应用的背景下，数通光模块需求增速预计进入上升通道；同时交换机之间 的设备交换容量不断提升促进了高速率产品的规模化应用，数通产品平均单价呈现 上升趋势，综合导致了光模块产业进入量价齐升的周期。

（2）5G 网络驱动光模块量价齐升，关注 5G 基站建设节奏

5G 网络建设以 2019 年为元年，2020 年进入高速增长期，预计至 2025 年左右 基站数量趋于稳定。2016 年开展 5G 技术试验和商用牌照发放前期研究。2018 年， 发改委公布《2018 年新一代信息基础设施建设工程拟支持项目名单》，大力推动 5G 试验网建设；2018 年 12 月初已完成 5G 频谱分配，包括 3.5GHz 和 2.6GHz。2020 年三大运营商进一步优化和扩大 5G 投资，整体资本开支在 5G 规模建设的拉动下出 现较大增长。截至 2020 年底，我国已建成全球最大 5G 网络，累计建成 5G 基站 71.8 万个，推动共建共享 5G 基站 33 万个。根据规划，2020 至 2024 年是 5G 网络规模建 设期，2025 年至 2028 年为 5G 网络完善期，在 2029 年左右将开始引入 6G 网络。

5G 网络建设对于智能化发展、提升社会生产效率具有重要意义，并带来数据流 量的大幅增长。5G 凭借大带宽、低延时等特征，丰富了人与物、物与物连接的应用 场景，推进了无人驾驶、VR/AR、移动医疗、智慧城市的发展。5G 的三个应用场景 主要是：eMBB（增强型移动带宽）、mMTC（海量机器类通信）和 URLLC（超可靠 低时延通信），其中 mMTC 和 URLLC 就是面向垂直行业与万物互联。5G 承载网从 4G 的两级结构演化到三级结构，对光模块数量产生大规模需求。5G 提供的业务具 有大带宽、低延时、海量连接的特征，从而对承载网提出了高精度时间同步、灵活 组网、低延时等要求。在此背景下，5G 承载网衍生出前传、中传和回传网络三级结 构，传统的基站 BBU 重构为 CU+、DU 两个逻辑网元，多出中传环节连接的新增光 模块需求。2019 年建设的 5G 网络主要依托 4G 网络进行非独立组网，BUU 还未分 离成 DU和 CU，因此中传的光模块需求未正式打开。2020 年进入 5G独立组网建设， CU 和 DU 的分离打开了中传光模块的市场。除此之外 5G 频谱相对 4G 网络更高，造成基站密度大幅增加，由此提升了对光 模块的速率和数量要求，要求的传输距离也越来越远。4G时代前传光模块主要是6G、 10GSFP+，80%的距离在 1.4km，20%在 10km；4G 回传方面，链路型基站采用 GE 光口接入，接入环带宽在 10G，汇聚、核心环带宽在 100G。5G 无线网侧的基站中， AAU 与 DU 之间的前传光模块将从 10G 升级到 25G；中传或以 50G PAM4 为主；在 承载网的回传需求中，城域网将从 10G/40G 升级到 100G，骨干网将从 100G 升级到 400G。

从光模块业务收入增速角度来看，其与数据中心规模增速、移动通信网络建设、 以及运营商资本开支具有相关性。数据中心建设速度、4G/5G 基站建设进度都影响 着光模块需求的增速。运营商资本开支增速体现了当年对通信网络、算力网络等通 信基础设施的投入力度，是反映行业景气度的核心指标。以中际旭创为例，光模块 业务收入在 2018 年同比大幅提升，主要源于当年 5G 网络建设开始大力推动，我国 大型数据中心也在加速落地。

1.2、 五大因素筛选优质α：企业的核心竞争力

（1）前瞻性和研发能力

先发优势来源于对光通信发展趋势的前瞻性，先于市场进行产品开发布局。以 中际旭创为例，公司 2016 年即开始对数据中心用 200G/400G 光模块进行开发，并在 2018 年率先行业推出首款 400G QSFP-DD FR 产品。待到 2022 年 400G 开始大规模 使用时，公司凭借先发优势（率先导入客户测试验证）取得了高比例的市场份额。

（2）供应链保障

芯片作为依赖于进口的光模块核心部件，影响企业生产端的产能利用率。芯片 和结构件占成本的比例较高，在高端光器件中，芯片成本的占比甚至达到 50%。光 芯片产品从研发到商用需要较长时间的积累，由于光芯片与电芯片的特性差异，保 证产品良率对资本投入和工艺水平的要求很高，国内光器件企业的生产在一定程度 上依赖于光芯片的进口。国际市场上 Finisar、Oclaro 等国外企业具备高端光芯片的 研发能力，毛利率保持较高的水平，而国内具备光芯片量产能力的企业较少，主要 为光迅科技、源杰科技和长光华芯，高端芯片还依赖于进口。

（3）市场开拓

北美市场在全球数据中心及算力方面占据第一大份额，高性能高速率光模块的 应用全球领先。美国凭借在全球数据中心、算力方面的龙头地位，是光模块的主要 市场。高速率高性能光模块产品被最先应用于北美云厂商的业务中。因此深化北美 市场布局、进入北美云厂商供应链是光模块厂商获取市场主要份额的关键。

（4）制造工艺和量产能力

制造工艺对产品良率、功耗等具有重要影响，进而影响产品毛利率。高速光模 块的工艺流程通常包括：贴片→打线→透镜粘接耦合→隔离器组装→Receptacle 焊接→OB 测试→TCT/Burn in→外壳组装→软板焊接→模块组装→TCT/Burn in→检测→ 外观检测→包装出货。不同速率、封装形式的光模块在制造工艺上有所差异，而良 率是检验工艺成熟度的重要指标。对于部分产品需要根据客户需求进行专门的工艺设计、利用专门的制造流程进 行生产。这种工艺设计和流程管理需要企业在生产领域内的长期摸索以及经验积累， 并经过在管理领域内长时间的磨合才能达到预期的效果。

（5）及时响应客户需求和重点客户资源（电信运营商&云计算龙头）

无论是云计算市场还是通信网络市场，都呈现高集中度的竞争格局。2022 年全 球公有云市场 CR5 占比达 78%，2020 年全球通信网络设备市场 CR5 占比达 76.5%。光模块厂商想要提高市场份额就需要掌握重点客户的资源，及时响应下游需求。

2、 乘 AI 之风，高端高速率光模块扬帆起航

2.1、 AIGC 蓬勃发展是光模块需求增益的重要源泉

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）

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