5G之光通信篇：光通信，信息传输的终极方案.pdf

Table_Yemei0 行业研究 深度报告 2020 年 8 月 10 日 Table_Title1 5G 之光通信 篇 光通信，信息传输的终极方案 Table_summary1 光通信技术推动网络变革以满足数据增长需求 。 全球数据量 以 指数级 快速 增长，光通信技术成为解决数据爆发式增长的终极方案。从广域网、城域网到局域网，从 信息 系统、设备到芯片， 光通信 正在逐步取代电 连接成为 信息传输 的终极方案 。 从需求端看， 5G 网络和数据中心 双轮驱动 ，有望 带来 光通信行业新一轮发展机遇 。 光通信处于产能驱动快速成长期 。 随着光通信的快速发展，电信 网络 逐步 升级到 大容量、 高 速率 、高 可靠 的 全光交换网络，数据中心光网络架构不断提升数据交换和处理能力。数据流量的高速增长推动了光线缆、光器件、光设备行业快速发展 。 结合光通信细分领域的市场规模、 市场 增速、竞争格局，光通信行业投资机会从大到小依次是光模块、光设备、光器件、光线缆 。 光电子产业未来 市场 前景广阔 。 光通信行业依然处于行业发展早期，未来具有爆发式增长潜力。 从产业 发展 节奏看， 短期重点方向是 上游核心光电芯片， 中期发展趋势是 硅光集成 技术 ， 长期发展目标是 光电子 在传统行业 应用 领域 不断扩大 ，在 消费电子、 工业制造、光学显示、国防军工、光纤传感 、 自动 驾驶、生物医疗 等行业 间接 市场规模将突破万亿美元 。 建议 围绕 光模块、光设备、光器件积极布局 。 中期看， 受益于 5G 网络和数据中心建设需求 ， 光通信行业未来 2-3 年具有确定性行业发展机遇 。 可积极 参与 光模块、 光设备 和光器件 行业 的股权、债券、信贷业务 ，其中数据中心行业龙头企业是重点方向 。 长期看，光电子产业正在走向更宽泛的消费电子、汽车、工业、医疗、国防军工等行业，可 积极 参与硅光集成 、光电子 新应用的早期股权投资 。 风险提示 。 我国光通信产业上游依然比较薄弱，核心光芯片、电芯片制造和上游设备受制于人，国际贸易争端的加剧，可能影响光通信产业良性发展。光 模块 主要 数据中心 市场在海外，全球化进程受阻可能带来光通信需求市场的不确定性。 Table_Author1 胡国栋 行业 研究员 ： 0755-83169269 ： huguodongcmbchina 相关研究报告 科技行业之 5G 行业篇 5G，引领信息领域创新发展的核心引擎 2019.12.16 5G 之网络篇 5G 网络，新经济商业模式的基础设施 2020.4.8 5G 之零组件篇 5G 时代，关注产品迭代升级及国产替代机遇 2020.7.14 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 深度报告 1/3 目 录 1光通信技术推动网络变革以满足数据增长需求 . 1 1.1 数据流量爆发式增长，光通信技术成为终极方案 . 1 1.2 从网络到信息系统，光通信市场逐步成熟壮大 . 3 1.3 5G 带给光通信行业新一轮快速发展机遇 . 6 2 光通信处于产能驱动快 速成长期 . 7 2.1 光纤处于产能消化期，有源线缆市场快速增长 . 8 2.2 光器件渐入成熟期，未来市场潜力巨大 . 11 2.3 5G 与 IDC 双轮驱动，光模块市场快速增长 . 16 2.4 光通信设 备市场稳步发展 . 19 2.5 光通信行业市场格局分析 . 22 3光电子产业未来市场前景广阔 . 23 3.1 上游核心芯片是光通信短期突破方向 . 23 3.2 硅光集成是光通信中期发展趋势 . 24 3.3 光电子技术应用场景不断扩大成为长期发展目标 . 26 4业务建议及风险 . 28 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 深度报告 2/3 图目录 图 1：全球年度数据规模（ ZB） . 1 图 2：互联网接入速率（ BPS） . 1 图 3：光纤具备更多性能成本优势 . 2 图 4：光芯片数据容量增长趋势 . 3 图 5：以太网联盟技术发展路线图 . 3 图 6：光通信变革从网络延伸到芯片 . 3 图 7：运营商网络的光通信变革 . 4 图 8：数据中心网络的光通信变革 . 4 图 9：网络设备向全光交换方向发展 . 5 图 10：设备内部架构的光互连变革 . 5 图 11：光通信市场需求分层 . 6 图 12：中国运营商 5G 宏基站部署预测 . 7 图 13：全球 IDC 行业市场规模预 测（亿） . 7 图 14：光通信产业链细分市场结构 . 7 图 15：光通信产业产品结构 . 8 图 16：光纤结构及光信号传输原理 . 8 图 17：全球光纤市场规模（百万芯公里） . 9 图 18： 2018 年全球光纤市 场区域分布 . 9 图 19： 2013-2018 年全球光缆复合增长率 . 10 图 20：全球光纤光缆企业市场份额 . 10 图 21：有源光缆全球市场规模（百万美元） . 11 图 22：有源光缆产品路线图 . 11 图 23：全球光器件市场规模（十亿美元） . 12 图 24：全球光器件企业市场份额 . 12 图 25：不同类型光电芯片 . 13 图 26：砷化镓 GaAs 市场规模及主要企业 . 14 图 27：磷化铟 InP 市场 规模（百万美元） . 14 图 28：半导体激光器类型 . 15 图 29： VCSEL 市场规模预测 . 15 图 30： APD 探测器市场分布 . 16 图 31：电芯片销售量快速增长趋势 . 16 图 32：光模块技术升级路线图 . 17 图 33：光模块产品类别 . 18 图 34：光电模块市场结构 . 18 图 35：全球光模块市场预测（百万美元） . 18 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei1 行业研究 深度报告 3/3 图 36：全球光模块市场细分结构预测 . 18 图 37：电信网络高速光模块市场（ 百万美元） . 19 图 38：数据中心高速光模块市场（百万美元） . 19 图 39：主要的光通信设备类型 . 20 图 40：全球光传输设备市场预测（ 十亿美元 ） . 21 图 41：全球光传输设备市场份额 . 21 图 42：全球路由器设备市场规模 . 21 图 43：全球路由器设备市场份额 . 21 图 44：全球交换机设备市场规模 . 22 图 45：全球交换机设备市场份额 . 22 图 46：硅光模块集成度越来越高 . 24 图 47：硅光设备带宽容量不断提升 . 25 图 48：全球硅光市场规模预测（百万美元） . 25 图 49：硅光集成发展趋势 . 25 图 50：高性能计算应用 -欧盟 PhoxTroT . 26 图 51：消费电子应用 -英特尔 Thunderbolt . 26 图 52：汽车电子应用 -LiDAR . 27 图 53：工业制造应用 -光纤激光器 . 27 图 54：光电子技术新应用不断涌现 . 28 图 55：光通信产业投资曲线 . 29 表目录 表 1：光元器件产品分类 . 11 表 2：电芯片主要类别 . 16 表 3：光通信行业市场格局分析 . 23 敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 深度报告 1/29 自二十世纪七十年代光纤诞生以来，光通信技术引领信息技术变革，光通信以光波作为信息传输的载体，以光纤作为信息传输媒介，具有高速率、大容量、长距离等技术优势，在移动通信、光纤宽带、数据中心、消费电子、汽车电子和工业制造等领域广泛应用。 5G 建设承载先行，光通信技术是网络连接的核心， 5G 将催生光通信新一轮发展机遇。 本篇 报告从 光通信技术驱动的应用变革 入手，围绕 光通信行业的光线缆、光器件、光设备三方面来分析光通信细分领域的市场格局和投资机遇，最后对光电子行业的发展趋势进行展望。 1光通信技术推动网络变革以满足数据增长需求 1.1 数据流量爆发式增长，光通信技术成为终极方案 移动互联网、云计算、 5G 推动了全球数据量指数级增长，数据量的爆增对网络提了挑战 。由于云计算、视频、社交、电商、搜索、支付业务的快速发展，全球应用数据量和对通信容量的需求急剧增长。 IDC 预测，到 2025 年全球数据总量将从 2018 年的 33 ZB 增长到 175 ZB，复合年增长率为 27。随着全球 5G 网络的部署，从云端数据中心到边缘网络，再到用户侧的 PC、智能手机和物联网终端，需求爆发推动数据流量的持续增长。在物联网和实时数据增长的推动下，边缘计算的数据量将快速增长，预计 2025 年平均每人每天进行5000 次数据交互，是目前的 7 倍。数据流量和数据交互量的高速增长对网络基础设施提出了挑战。 图 1：全球年度数据规模（ ZB） 图 2：互联网接入速率（ BPS） 资料来源： IDC、招商银行研究院 资料来源： Nielsen、招商银行研究院 互联网接入带宽速率与全球数据量保持同步增长，网络面临增长的压力 。尼尔森互联网带宽定律指出，互联网接入带宽速率年均增长 50。尼尔森定律类似于摩尔定律（每 18 个月容量翻一倍，相当于年均增长 60%），在过去36 年时间里一直适用，从 1984 年的 IDSN 线路接入速率 300 bps，到 2003 年的 T1 线路 1.5Mbps， 2010 年升级到 31Mbps， 2019 年升级到 325Mbps。根据尼敬请参阅尾页之免责声明 Table_Yemei2 行业研究 深度报告 2/29 尔森互联网带宽定律看，未来带宽速率的增长将对网络基础设施的升级提出了不小的挑战。 光进铜退已成为全球信息技术产业的发展趋势 。 铜线的传输性能无法满足数据流量日益增长的需求，光纤通信逐步替代铜线电路 。铜线使用电子进行数据传输，而光纤使用光子。光比电速度快，光纤可以提供更高的带宽，光通信在传输速度、衰减、抗干扰、抗腐蚀、重量体积等性能指标更佳。 光纤电缆传输数据的速度远远高于铜线，与铜线的 40Gbps 带宽相比，光纤带宽已超过60Tbps，相差千倍以上。在 数据信号衰减方面，光纤可提供更好的信号耐久性，在超过 100 米的距离，光纤信号损失仅 3，而铜线信号损失高达 94。由于光纤由玻璃制成，因此光纤受腐蚀性化学物质的影响很小，也不受电磁干扰和功率波动的影响。 光纤具有抗干扰、温度波动和防潮的特性，可提供更加可靠的 数据传输。 图 3：光纤具备更多性能成本优势 资料来源：公开资料、招商 银行研究院 光通信芯片数据容量的增速可满足数据指数级增长需求。 在过去的几十年中，光通信网络传输容量的增长需求导致光电子出现突破性的发展，光芯片不断增加功能和密度，其经济性、功耗、可靠性带来显著优势。 伴随着 DML、EML、 Tunable EML 芯片技术到 QPSK、 16-QAM 调制技术等一系列技术升级，光通信的数据处理能力呈指数级增长，平均每 2.2 年翻一番，每十年提高一个数量级。光通信技术的发展已完全满足数据指数级增长的需求，并在未来一段时期仍然保持目前的增长速度。 光通信技术推动以