導(dǎo)語：隨著數(shù)據(jù)流量指數(shù)級增長，憑借傳輸帶寬高、抗干擾性強、長距離衰減少等優(yōu)勢，光纖逐步取代傳統(tǒng)銅纜成為網(wǎng)絡(luò)通信的主流傳輸介質(zhì)，“光進(jìn)銅退”趨勢明顯。在5G建設(shè)進(jìn)入熱點期以及數(shù)據(jù)中心擴容需求的雙輪驅(qū)動下，我國光通信產(chǎn)業(yè)鏈面對周期性發(fā)展機遇。我國光模塊廠商在封裝成本及工藝方面全球領(lǐng)先，有望把握25G/100G向400G升級過程擴大市場份額，同時上游的光芯片廠商也將在半導(dǎo)體國產(chǎn)化替代的浪潮推動下發(fā)展壯大。

1、光通信介紹

光通信，即以光為載體進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑噍^于傳統(tǒng)銅纜通信，光通信在帶寬、速率、抗干擾、抗腐蝕、體積重量等方面都體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。隨著光通信技術(shù)不斷成熟，整體成本逐步降低，“光進(jìn)銅退”成為近年來通信行業(yè)的主要趨勢，光通信在電信市場和數(shù)據(jù)中心已得到廣泛應(yīng)用。

簡化來看，光通信系統(tǒng)由光通信設(shè)備和傳輸光纖兩部分構(gòu)成。光纖是光的傳輸通路，光模塊一般配置于光通信設(shè)備中，是完成光電轉(zhuǎn)換功能的核心，通常集收發(fā)光信號功能為一體。

光模塊通常由TOSA（Transmitter Optical Subassembly，光發(fā)射次模塊）/ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收次模塊）/BOSA（Bidirectional Receiver Optical Subassembly，光收發(fā)一體模塊）等組件封裝而成，內(nèi)部芯片包括光芯片、電芯片等等。各組成部分功能如下：

在發(fā)射端，光模塊的TOSA（光發(fā)射次模塊）包括CDR（Clock Data Recovery，時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)）、LD（Laser Driver，激光驅(qū)動）、激光器芯片、合路器等器件。發(fā)射端傳輸原理如下：1）首先，數(shù)字信號通過CDR完成時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)，以確保正確的數(shù)據(jù)采樣；2)LD（激光驅(qū)動器）根據(jù)時鐘恢復(fù)后的數(shù)據(jù)來驅(qū)動、激發(fā)Laser（激光器芯片）發(fā)出載有信號的激光；3）合路器將多路光聚合為一路，實現(xiàn)更快的傳輸速率，將信號輸入至光纖。

在接收端，光模塊的ROSA（光接收次模塊）包括分路器、光電探測器、TIA（Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器）、CDR等組件。接收端傳輸原理如下：1）首先，光纖中的光信號通過分路器將信號分成多路；2）光電探測器接收光信號轉(zhuǎn)換為電信號；3）TIA放大器將電信號放大以便后續(xù)處理；4）CDR完成時鐘和數(shù)據(jù)的恢復(fù)，并傳導(dǎo)至光通訊設(shè)備。

2、光通信產(chǎn)業(yè)鏈

光通信在產(chǎn)業(yè)鏈上可以分為四個環(huán)節(jié)：光芯片/電芯片等核心元件生產(chǎn)，光器件封裝，光模塊封裝和光通信設(shè)備生產(chǎn)。

核心元件生產(chǎn)：主要包括光芯片與電芯片，其中，光芯片是光模塊內(nèi)部實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心，電芯片是光模塊內(nèi)部電信號處理和調(diào)制的核心元件。

光器件封裝：將光芯片、電芯片等部件封裝形成光器件，按照是否需要實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換，可分為有源器件和無源器件。光器件是光芯片和光模塊的過渡產(chǎn)品。

光模塊封裝：將各種光器件及其他部件封裝形成光模塊，是光通信中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心，產(chǎn)品處于快速迭代升級階段，國產(chǎn)廠商擁有成本及工藝優(yōu)勢。

光通訊設(shè)備生產(chǎn)：將光模塊等集成為光通訊設(shè)備，并直接向終端客戶出貨，存在資本壟斷優(yōu)勢，目前華為、中興、烽火等國內(nèi)主流廠商已經(jīng)具備全球優(yōu)勢。

3、終端需求

電信市場和數(shù)據(jù)中心市場是光通信的主要下游市場，近年來隨著4K/8K顯示屏幕的出現(xiàn)，HDMI光纖線纜等應(yīng)用也開始進(jìn)入市場。

電信市場：5G建設(shè)進(jìn)入熱點期，前傳全面升級25G

光通信在電信市場主要應(yīng)用于傳輸承載網(wǎng)、固網(wǎng)接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)。5G時代，為實現(xiàn)靈活調(diào)度、組網(wǎng)保護等功能，以及大帶寬、低時延等方便的性能保障，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從兩級演進(jìn)為三級 ，新增中傳光模塊需求，且前傳和回傳光模塊速率需求升級，因此，5G建設(shè)對光模塊的數(shù)量需求急劇增長，且光通信芯片由10G升級到25G。2019年至2023年，我國三大運營商5G宏基站建設(shè)規(guī)模達(dá)400萬站，將帶動電信光模塊需求顯著增長，25G系列芯片需求隨之激增。

數(shù)據(jù)中心市場：流量爆發(fā)式增長，光模塊產(chǎn)品迭代需求持續(xù)存在

光通信在數(shù)據(jù)中心市場主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器與交換機、交換機與交換機之間的互聯(lián)。隨著數(shù)據(jù)中心大型化趨勢和內(nèi)部架構(gòu)扁平化發(fā)展，數(shù)據(jù)中心光模塊平均3~4年完成一次產(chǎn)品迭代更新。2019年，亞馬遜、谷歌等數(shù)據(jù)中心龍頭已進(jìn)軍布局?jǐn)?shù)通400G（需要25G/50G光芯片），隨著數(shù)據(jù)中心需求持續(xù)增長，數(shù)據(jù)中心有望成為光通信行業(yè)最大終端需求。

消費電子市場：大帶寬傳輸需求初現(xiàn)，光通信技術(shù)可解決傳輸瓶頸

消費電子市場中，隨著智能家居、智能汽車、AR/VR等應(yīng)用不斷發(fā)展，傳統(tǒng)銅線傳輸方式在帶寬、時延和傳輸距離等方面的瓶頸日益顯現(xiàn)，以光波為載體傳輸信號能夠保證數(shù)據(jù)高質(zhì)量傳輸。HDMI光纖線纜等逐步開始進(jìn)入市場。

4、市場規(guī)模及競爭格局

根據(jù)Yole最新研究預(yù)測，全球光模塊市場規(guī)模將由2019年的77億美元增長至2025年的177億美元，年均復(fù)合增長率達(dá)到15%。其中電信市場規(guī)模將由37億美元以7%的復(fù)合增長率增長至56億美元，數(shù)通市場將由40億美元以20%的復(fù)合增長率增長至121億美元，數(shù)通光模塊占比進(jìn)一步提升。

光芯片：技術(shù)壁壘較高，亟待國產(chǎn)突破

光芯片是光模塊內(nèi)實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心，全球市場規(guī)模約6~7億美元，預(yù)計未來3-5年隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)加速及5G建設(shè)進(jìn)入熱點期，市場規(guī)模復(fù)合增速將超過10%。

光芯片可分為VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射激光器），DFB（Distribute Feedback Laser，分布式反饋激光器）和EML（Electroabsorption Modulated Laser，電吸收調(diào)制激光器）。

目前10G光芯片基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，25G及以上高速光芯片市場主要由國外廠商占據(jù)，國產(chǎn)化率極低。近年來，國產(chǎn)廠商如三安光電、長瑞光電、陜西源杰等開始進(jìn)入市場，有望在近年內(nèi)實現(xiàn)高速光芯片的國產(chǎn)化。

電芯片：海外巨頭壟斷，國內(nèi)企業(yè)處于起步階段

電芯片可進(jìn)行電信號的調(diào)節(jié)，以配合光芯片工作；也可進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字信號處理，如調(diào)制、相干信號控制、串并/并串轉(zhuǎn)換等。目前電芯片多為集成芯片，也有少量的分立方案在售。

隨著數(shù)據(jù)量的不斷增大和設(shè)備的存量更新，光模塊需求急劇增長的同時，電芯片市場規(guī)模也隨之增長，預(yù)計未來5年電芯片的市場增速將超過5%，光模塊電芯片2020年全球市場規(guī)模約3-4億美元。

在光模塊電芯片領(lǐng)域，10G及以下電芯片國內(nèi)供應(yīng)成熟，主要供應(yīng)商包括廈門優(yōu)迅、南通飛昂等。25G及以上電芯片多依賴進(jìn)口，Macom、Semtech等美國企業(yè)技術(shù)成熟，國內(nèi)廠商在高速TIA、CDR和DSP產(chǎn)品領(lǐng)域與國外存在1-2代技術(shù)差距；南通飛昂使用鍺硅工藝已量產(chǎn)出貨。

光模塊：國內(nèi)廠商具有成本和工藝優(yōu)勢，市占率不斷提升

目前光模塊市場中，國內(nèi)廠商市占率逐步提高，據(jù)Ovum數(shù)據(jù)顯示，2019年，光收發(fā)模塊方面，中際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶分別名列全球第二、第四、第六位。

整體來看，光模塊生產(chǎn)過程中，國內(nèi)以中際旭創(chuàng)為代表的企業(yè)具備較強成本優(yōu)勢和封裝工藝優(yōu)勢，占據(jù)全球60-80%市場份額。國內(nèi)光模塊廠家對高速率光芯片國產(chǎn)化需求強烈。

5、未來趨勢

上游光芯片及電芯片技術(shù)突破是主要發(fā)展方向。從產(chǎn)業(yè)鏈整體看，光通信上游光芯片和電芯片位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈的核心位置，技術(shù)壁壘高、產(chǎn)品價值含量高。我國廠商雖然逐步提升了在光通信市場的整體市占率，但以光模塊封裝為主，在上游核心部件光/電芯片領(lǐng)域與國際水平差距較大，我國企業(yè)具備一定光/電芯片量產(chǎn)能力。

審核編輯：郭婷