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敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2022 年 8 月 26 日 行业研究 流量增长推动行业需求，激光雷达孕育全新机遇 光模块行业深度报告 通信行业 全球数据流量增长推动光通信行业发展，光模块作为核心部件将持续受益。随着5G、云计算、大数据等技术与应用的快速发展，全球数据流量持续增长，光通信与光网络需求得到了快速提升。光模块是光通信产业链中的关键器件，将充分受益于产业新趋势。根据 LightCounting 的数据，2016 年至 2020 年，全球光模块市场规模从 58.6 亿美元增长到 66.7 亿美元，预测 2025 年全球光模块市场将达到 113 亿美元，为 2020 年的 1.7 倍。 电信与数通市场投资持续发力，新技术应用推动行业持续增长。GPON 的规模化部署、传输网扩容以及东数西算传输投资，将推动电信侧光模块的需求。云计算、大数据、元宇宙等新兴应用以及 AI 带来的高算力与大存储需求推动数通市场的基础设施建设。长期来看，800G、硅光模块、CPO 技术、相干光模块等新技术创新需求将推动行业持续增长。 横向拓展激光雷达蓝海市场，有望开启发展新阶段。光模块公司深耕激光光学，利用技术领域的共通之处，横向拓展激光雷达蓝海市场。根据沙利文预测，激光雷达全球市场规模至 2025 年为 135.4 亿美元，相较于 2019 年可实现 64.5%的年均复合增长率，为相关公司带来全新发展机遇。 投资建议：我们认为光模块行业的发展趋势向好，国产光模块产业链相关公司在不同领域均显现了不俗的竞争实力，重点推荐：（1）中际旭创：光模块业务全球领先、国内第一，规模化优势明显，产品与技术全面布局，充分受益于行业增长。（2）天孚通信：为光通信客户提供八大技术平台垂直一体解决方案，紧跟技术前沿，开发高速光引擎项目，布局激光雷达与医疗产品，打开新的蓝海市场。（3）新易盛：大力拓展海外业务，紧跟 800G、硅光、相干等前沿技术，产品逐步走向高端化。（4）光迅科技：布局上游光器件，业绩稳定增长，有望受益于传输网景气度回升。 (5）光库科技：稀缺的上游核心器件供应商，公司的光纤激光器件打破国外垄断，达到全球领先水平，光通信器在部分领域保持领先地位，前瞻布局铌酸锂调制器，有望突破我国光芯片瓶颈，积极布局激光雷达领域，拥抱自动驾驶新蓝海。(6）博创科技：10G PON 市场细分龙头，电信市场保持优势，前沿布局硅光子技术，有望打开成长空间。(7）长光华芯：国内高功率激光芯片龙头，聚焦产业链上游核心器件，高功率激光芯片国内领先，研发 VCSEL 与高速光通信系列产品，拓展新市场。 风险分析：电信与数通市场基础设施投资不及预期、行业竞争加剧、硅光等新技术发展不及预期。 重点公司盈利与估值情况 证券代码 公司名称 市值 （亿元） 净利润（亿元） PE 投资评级 22E 23E 24E 22E 23E 24E 300308.SZ 中际旭创 242 11.97 14.81 17.43 20 16 14 买入（首次） 300394.SZ 天孚通信 130 4.2 5.23 6.27 31 25 21 买入（首次） 300502.SZ 新易盛 133 8.12 9.88 11.81 16 13 11 买入（维持） 002281.SZ 光迅科技 128 6.64 7.12 7.32 19 18 17 买入（维持） 300620.SZ 光库科技 69 1.6 1.93 2.4 43 36 29 增持（首次） 300548.SZ 博创科技 54 2.23 2.9 3.66 24 19 15 增持（首次） 688048.SH 长光华芯 173 1.94 2.8 3.94 89 62 44 增持（首次） 资料来源：Wind、光大证券研究所整理及预测；股价时间为 2022-08-25，2022-2024 年为光大证券研究所预测； 买入（维持） 作者 分析师：刘凯 执业证书编号：S0930517100002 021-52523849 分析师：石崎良 执业证书编号：S0930518070005 021-52523856 联系人：孙啸 021-52523587 行业与沪深 300 指数对比图 - 2 6 %- 1 7 %- 8 %1%10%0 8 /2 1 1 1 /2 1 0 3 /2 2 0 6 /2 2通信行业 沪深 300 资料来源：Wind 要点 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 通信行业 投资聚焦 我们区别于市场的观点 市场有观点认为，当前 5G 建设周期高峰已过，电信市场需求不振，云计算厂商对于数通市场的基础设施投资波动同样较大。受到下游需求的影响，光模块产业链相关公司的业绩有较大不确定性。 我们认为当前蓬勃发展的智能汽车、自动驾驶以及 AR/VR 等新兴应用将继续推动电信与数通市场的发展，数据流量的持续攀升、AI 算力需求的提高以及物联网带来的海量连接，都将会推动电信基础设施的需求以及云计算数据中心的扩容。在此背景下，光通信与光网络的增量需求趋势仍未改变，光模块及其零部件作为光通信中上游的核心器件，是具备长期增长逻辑的优秀赛道。 股价上涨的催化因素 1、 数据流量的增长推动光互联速率不断提升，主流的数据中心互联场景将从25G/100G 向 100G 单波、400G 与 800G 进发。能够提前布局并且规模化销售高速光模块的厂商，将在营收规模与毛利率方面取得领先。 2、 光模块新技术层出不穷，800G 光模块、相干技术应用下沉，硅光以及 CPO技术在未来可能对可插拔光模块的市场逻辑产生重大影响，能够前瞻性布局新技术的厂商将持续受益。 3、 国产光电芯片等核心零部件的突破。光通信用激光芯片、调制芯片等领域仍然被国外主导。我们也观察到部分国产厂商已经有相关产品推出，是光模块产业链稀缺标的，有望增厚业绩，提升公司估值。 投资观点 在数据流量持续增长，新应用不断涌现的背景下，光模块行业具备长期增长逻辑。关键器件国产化需求的加深，光电芯片等上游零部件供应商更显稀缺性。 重点推荐：（1）中际旭创：光模块业务全球领先、国内第一，规模化优势明显，产品与技术全面布局，充分受益于行业增长。（2）天孚通信：为光通信客户提供八大技术平台垂直一体解决方案，紧跟技术前沿，开发高速光引擎项目，布局激光雷达与医疗产品，打开新的蓝海市场。（3）新易盛：大力拓展海外业务，紧跟800G、硅光、相干等前沿技术，产品逐步走向高端化。（4）光迅科技：布局上游光器件，业绩稳定增长，有望受益于传输网景气度回升。 (5）光库科技：稀缺的上游核心器件供应商，公司的光纤激光器件打破国外垄断，达到全球领先水平，光通信器在部分领域保持领先地位，前瞻布局铌酸锂调制器，有望突破我国光芯片瓶颈，积极布局激光雷达领域，拥抱自动驾驶新蓝海。(6）博创科技：10G PON 市场细分龙头，电信市场保持优势，前沿布局硅光子技术，有望打开成长空间。(7）长光华芯：国内高功率激光芯片龙头，聚焦产业链上游核心器件，高功率激光芯片国内领先，研发 VCSEL 与高速光通信系列产品，拓展新市场。 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 通信行业 目 录 1、 光模块是数通与电信网络高速互联的关键器件 . 7 1.1、 光模块是光通信系统核心部件之一，完成光电信号转换功能 . 7 1.2、 光模块封装方式繁多，应用场景丰富，核心部件为光电芯片 . 8 1.3、 数通与电信市场是光模块的主要应用场景 . 11 2、 5G与云计算产生新增需求，800G与硅光引领行业发展 . 12 2.1、 行业驱动：光模块行业受益于数字流量对光通信带宽需求的持续提升 . 12 2.2、 电信市场：千兆光纤接入与5G 网络持续建设，电信光模块仍有发展空间 . 13 2.3、 数通市场：大型数据中心光互连快速迭代，推动光模块市场结构升级 . 16 2.4、 当前热点：100G单波、200G/400G快速起量，光电芯片是代际演进的关键 . 18 2.5、 未来趋势：800G与相干方案标准正在制定，硅光与CPO 是产业研究重点 . 22 2.6、 竞争格局：行业巨头兼并收购，国产厂商崭露头角 . 27 3、 激光雷达行业高速发展，光模块公司有望开启第二成长曲线 . 28 3.1、 激光雷达应用广泛，下游领域不断拓展 . 28 3.2、 激光雷达技术路线多样，具备不同特点与适用场合 . 29 3.3、 行业高速发展，光模块公司凭借激光光学积累跨界进入 . 31 4、 投资建议与重点公司分析 . 33 4.1、 中际旭创：全球第二的光模块厂商，规模化优势明显 . 33 4.2、 天孚通信：立足光通信器件，跨入激光雷达蓝海市场 . 38 4.3、 光库科技：布局薄膜铌酸锂光芯片，稀缺的上游核心器件供应商 . 43 4.4、 博创科技：10G PON市场细分龙头，硅光子技术有望打开成长空间 . 48 4.5、 长光华芯：国内高功率激光芯片龙头，拓展VCSEL激光芯片与光通信芯片 . 52 4.6、 新易盛：大力拓展海外业务，前沿技术全面布局 . 58 4.7、 光迅科技：业绩稳定增长，受益传输网景气度回升 . 59 5、 风险分析 . 60 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 通信行业 图表目录 图表1：点对点通信与光网络通信系统结构 . 7 图表2：2021年光通信产业价值分布 . 7 图表3：光模块与交换机的配合使用 . 8 图表4：光模块进行光电转换 . 8 图表5：光模块的结构 . 8 图表6：SFP/SFP+光模块电路图 . 8 图表7：光模块封装体积的变化 . 9 图表8：光模块各封装模式与对应传输速率 . 10 图表9：光模块带宽密度不断提升 . 10 图表10：光模块单位比特成本与功耗持续下降 . 10 图表11：光模块主要应用场景 . 11 图表12：数据流量的增长趋势（艾字节/月） . 12 图表13：全球光模块市场规模及预测（百万美元） . 12 图表14：全球FTTx光模块用量（千）及市场规模（百万美元）预测 . 13 图表15：基于PON技术的FTTx网络 . 13 图表16：50G PON 与XGS-PON 双模OLT光模块 . 14 图表17：全球电信侧光模块市场规模及预测（百万美元） . 14 图表18：5G承载网络架构 . 15 图表19：5G承载网络分层组网架构和接口分析 . 15 图表20：2016-2021年全球大规模数据中心数量（座） . 16 图表21：数据中心运行实例数量（2016-2021） . 16 图表22：北美四大云计算厂商资本支出（百万美元）及合计同比增速 . 16 图表23：服务器虚拟化技术 . 17 图表24：2021年全球数据中心流量类型统计 . 17 图表25：传统三层网络架构 . 18 图表26：叶脊架构 . 18 图表27：数据中心光模块需求演进 . 18 图表28：当前数据中心互联200G/400G/800G 主流演进路线 . 19 图表29：数据中心典型光互联场景 . 19 图表30：数据中心不同速率光模块销售额（百万美金） . 20 图表31：交换机交换容量与光模块速率同步演进 . 20 图表32：光模块性能演进 . 21 图表33：激光芯片分类及其特点 . 21 图表34：探测器芯片分类及其特点 . 21 图表35：800G光模块标准制定组织 . 22 图表36：800G Pluggable MSA的800G光模块规范定义 . 22 图表37：以太网互联领域400G与800G销售额（含预测） . 23 图表38：相干传输系统 . 23 图表39：数据中心光模块技术趋势 . 24 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 通信行业 图表40：硅光技术2020-2026年分市场规模预测 . 24 图表41：Die bonding方案 . 25 图表42：外延生长方案 . 25 图表43：硅波导的耦合问题 . 26 图表44：CPO示例 . 26 图表45：2020年全球光模块市场份额 . 27 图表46：近年来光模块行业大型并购事件 . 27 图表47：2010-2021年中国光模块及零部件厂商市场份额变化 . 28 图表48：激光雷达用于车路协同 . 29 图表49：激光雷达用于自动驾驶 . 29 图表50：激光雷达测距方法 . 29 图表51：ToF激光雷达核心模块 . 29 图表52：激光雷达技术架构 . 30 图表53：禾赛科技超高分辨率激光雷达 . 30 图表54：速腾聚创车规级固态激光雷达 . 30 图表55：激光雷达不同市场技术需求. 31 图表56：全球激光雷达市场规模（亿美元） . 31 图表57：中国激光雷达市场规模（亿美元） . 32 图表58：重点公司盈利与估值情况 . 33 图表59：中际旭创2018-2021年营业收入及同比情况 . 34 图表60：中际旭创2018-2021年归母净利润及同比情况 . 34 图表61：中际旭创2018-2021年毛利率及净利率情况 . 34 图表62：中际旭创2021年分业务营收占比情况 . 34 图表63：中际旭创主营业务拆分及预测（单位：百万元，%） . 36 图表64：中际旭创可比公司估值 . 36 图表65：中际旭创盈利预测与估值简表 . 37 图表66：天孚通信2018-2021年营业收入及同比情况 . 38 图表67：天孚通信2018-2021年归母净利润及同比情况 . 38 图表68：天孚通信2018-2021年毛利率及净利率情况 . 38 图表69：天孚通信2021年分业务营收占比情况 . 38 图表70：天孚通信八大方案 . 39 图表71：天孚通信高速光引擎产品 . 40 图表72：天孚通信用于激光雷达与医疗的基础光学器件 . 40 图表73：天孚通信用于激光雷达与医疗的集成光学器件 . 40 图表74：天孚通信主营业务拆分及预测（单位：百万元，%） . 41 图表75：天孚通信可比公司估值 . 41 图表76：天孚通信盈利预测与估值简表 . 42 图表77：光库科技2018-2021年营业收入及同比情况 . 43 图表78：光库科技2018-2021年归母净利润及同比情况 . 43 图表79：光库科技2018-2021年毛利率及净利率情况 . 43 图表80：光库科技2021年分业务营收占比情况 . 43 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 通信行业 图表81：光纤激光器的组成 . 44 图表82：光纤放大器的器件组成 . 45 图表83：光库科技主营业务拆分及预测（单位：百万元，%） . 46 图表84：光库科技可比公司估值 . 47 图表85：光库科技盈利预测与估值简表 . 47 图表86：博创科技2018-2021年营业收入及同比情况 . 48 图表87：博创科技2018-2021年归母净利润及同比情况 . 48 图表88：博创科技2018-2021年毛利率及净利率情况 . 49 图表89：博创科技2021年分业务营收占比情况 . 49 图表90：博创科技平面波导型光分路器 . 49 图表91：博创科技10G EPON光模块 . 49 图表92：博创科技主营业务拆分及预测（单位：百万元，%） . 50 图表93：博创科技可比公司估值 . 50 图表94：博创科技盈利预测与估值简表 . 51 图表95：长光华芯2018-2021年营业收入及同比情况 . 52 图表96：长光华芯2018-2021年归母净利润情况 . 52 图表97：长光华芯2018-2021年毛利率及净利率（剔除负值） . 53 图表98：长光华芯2021年分业务营收占比情况 . 53 图表99：2015-2021年全球激光器总收入（单位：亿美金） . 53 图表100：2013年至 2020年光纤激光器国产化渗透率 . 54 图表101：激光产业链（字体加粗部分为公司业务范围） . 54 图表102：高功率半导体激光器单管（左）和巴条（右）芯片示意图 . 55 图表103：公司VCSEL（PS、TOF、SL系列）与光通信（DFB、PD、EML系列）产品 . 55 图表104：长光华芯主营业务拆分及预测（单位：百万元，%） . 56 图表105：长光华芯可比公司估值 . 57 图表106：长光华芯盈利预测与估值简表 . 57 图表107：新易盛盈利预测与估值简表 . 58 图表108：光迅科技盈利预测与估值简表 . 59 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 通信行业 1、 光模块是数通与电信网络高速互联的关键器件 1.1、 光模块是光通信系统核心部件之一，完成光电信号转换功能 全球信息互联规模不断扩大，纯电子信息的运算与传输能力的提升遇到瓶颈，光电信息技术正在崛起。在传统的通信传输领域，早期通过电缆进行信号传输，但电传输损耗大、中继距离短、承载数据量小、信号频率提升受限，而光作为载体兼有容量大、成本低等优点，商用传输领域已逐步被光通信系统替代。 光通信系统主要包括光设备（及子系统）、光纤光缆和光器件。其中光纤光缆包括光纤和有源线缆。光设备包括电信设备和数通设备。光器件包括光芯片、有源器件和无源器件等，光模块是光器件的一种。 图表 1：点对点通信与光网络通信系统结构 资料来源：长光华芯招股说明书 光器件的作用是通过光电元件实现光信号的发射、接收、信号处理等功能，在光通信产业链中占据约 18%的产业价值。如果将光通信产业链按照光器件、光设备、光纤光缆进行产业价值的拆分，根据 2021 中国光网络大会的统计计算，光器件作为光通信中的核心，占据 18%的产业价值。光纤光缆的产业价值为 31%、光设备的产业价值为 51%。 图表 2：2021 年光通信产业价值分布 资料来源：2021 中国光网络大会、光大证券研究所 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 通信行业 光模块是光通信系统的核心器件之一，由各种无源器件以及光电芯片组合封装。光模块构成了数据中心互连、5G 承载网络和全光接入网络的基础单元，主要完成光电/电光转换功能。近年来随着速率的逐渐提升，其在系统设备中的成本占比不断攀升，已成为各应用领域高带宽、广覆盖、低成本和低能耗的关键要素。为完成光电/电光转换，光模块的电口端插入交换设备或者基站设备，光口端连接光纤，帮助设备接入光网络。 图表 3：光模块与交换机的配合使用 图表 4：光模块进行光电转换 资料来源：睿海光电 资料来源：CSDN 1.2、 光模块封装方式繁多，应用场景丰富，核心部件为光电芯片 光模块通常由光发射组件、光接收组件、驱动电路和光/电接口等组成，其核心功能是电/光和光/电信号的转换，由光电芯片完成。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转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。 图表 5：光模块的结构 图表 6：SFP/SFP+光模块电路图 资料来源：IMT-2020（5G）推进组 资料来源：researchgate 光模块的主要器件包括： 1）TOSA（Transmitter Optical Subassembly）：实现电/ 光转换，主要包括激光器以及相关无源器件，有 TO-CAN 、Gold-BOX 、COC 、COB 等封装形式。 2）ROSA（Receiver Optical Subassembly） ：实现光/ 电转换，主要包括光探测器（PIN 光电二极管/APD 雪崩光电二极管）以及相关无源器件，封装类型一 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 通信行业 般和 TOSA 相同。PIN 可 用于中短距离距的光模块，APD 主要应用于长距光模块。 3）CDR（Clock and Data Recovery）：时钟数据恢复芯片，作用是在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系，补偿信号在走线、连接器上的损失。在高速场景需要光/电口调制模式转换的情况下需要采用 DSP芯片。 4）LDD（ Laser Diode Driver）：将 CDR 的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的 LDD 芯片。在短距的多模光模块中（例如 100G SR4 ），一般来说 CDR 和 LDD 是集成在同一个芯片上的。 5）TIA（ Transimpedance amplifier）：跨阻放大器，探测器将光信号转换为电流信号，TIA 将电流信号处理成一定幅值的电压信号。 6）LA（Limiting Amplifier） ：限幅放大器，将跨阻放大器的信号限制成等幅的电信号，给 CDR 和判决电路提供稳定的电压信号。 7）MCU ：负责控制光模块运行，完成模块信息的监控，例如温度、电压、电路以及功率等等，通过这些参数判断光模块的工作状况，便于光通信链路的维护。 其中，光模块的核心光芯片包括激光发射芯片（通常是 TOSA 中的激光器）和接收芯片（通常是 ROSA 中的探测器）。电芯片包括 CDR、DSP、LDD、TIA、LA等。 光模块封装方式多样化：随着光电子器件的发展和集成度的不断提高，光电器件的性能和传输带宽逐渐增加。为应对不同使用场景，光模块实现了更高速率传输和更小的尺寸，因此其封装方式一直以来也不断发展，持续演进。针对不同的速率和场景，可以选择 SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP 等多种封装形式。电信和数通的用户可以根据网络的性能、拓扑结构和成本考量，设计灵活的解决方案。 光模块封装体积持续下降：以 CFP系列封装类型为例，早期的 100G CFP 光模块，通过 10个 10G 的通道，达到 100G 的传输速率，而 100G CFP4 光模块通过 4 个 25G 通道，实现 100G 传输，所以传输效率更高，稳定性更强。同时 CFP4光模块的体积为 CFP的四分之一，传输效率有明显提升，而且耗电量下降，系统成本方面也比 CFP2 更低。目前流行的 100G QSFP28 封装小于 CFP4。 图表 7：光模块封装体积的变化 资料来源：smartoptics 整体来看，随着封装结构的变化，光模块功耗越来越低，产品体积也越来越小，在这个过程中，光模块向着高速率、远距离、低功耗、低成本、小型化以及可热插拔的方向去发展。 敬请参阅最后一页特别声明 -18- 证券研究报告 通信行业 图表 25：传统三层网络架构 图表 26：叶脊架构 资料来源：fiber-optic-tutorial 资料来源：fiber-optic-tutorial 随着数据中心对于带宽需求的提升，叶脊架构中的光模块也在持续升级之中。速率方面，亚马逊、谷歌、微软、Facebook 等北美超大型数据中心内部互连已经在 20192020 年开始商用部署 400Gb/s 光模块；国内数据中心正由 100Gb/s逐步向 400Gb/s 过渡，2022 年有望实现规模部署。根据IMT2020（5G）推进组预计，数据中心交换芯片吞吐量预计 2023 年将达到 51.2Tb/s，2025 年之后达到 102.4Tb/s，800Gb/s 和 1.6Tb/s 更高速率将成为实现高带宽数据交换的重要选择。 图表 27：数据中心光模块需求演进 资料来源：800GPluggable 2.4、 当前热点：100G 单波、200G/400G 快速起量，光电芯片是代际演进的关键 数据中心光互连方案演进，推动100G 单波、200G 以及 400G 光模块需求：数据中心光互连持续演进，在当前的 100G 接入、400G 互联时代存在多种演进方案，推动 100G 单波、200G 以及 400G 光模块需求。 敬请参阅最后一页特别声明 -19- 证券研究报告 通信行业 图表 28：当前数据中心互联 200G/400G/800G 主流演进路线 资料来源：京东云、C114 在 Server 到 TOR 的接入环节方案中，单波 100G 方案有望得到广泛采用，通过与交换机侧 200G 光模块 fan out，可以同时达到节省光纤成本和提高交换机端口密度的目的。此方案对光芯片性能提出更高要求。 TOR 到 leaf 与 leaf 到 spin 的场景下，400G 将成为主流，推动交换机/光模块的 serdes 互联速率进一步提高，PAM4 得到广泛应用，光模块的电芯片性能同时得到了提高。 200G 光模块相对 400G 更为成熟，使用风险与成本相对较低，近期将会得到快速发展，作为 100G 向 400G 的低成本高可靠过渡方案。 图表 29：数据中心典型光互联场景 资料来源：IMT2020（5G）推进组 根据 LightCounting 预测，大型互联网公司的数据中心方案中，200G 光模块在2022 年有望快速发展，随后 400G 的价值量将超过 200G 并有望在 2024 年超过100G。800G 光模块将在 2023-2024 年之间开始得到规模化部署。 敬请参阅最后一页特别声明 -20- 证券研究报告 通信行业 图表 30：数据中心不同速率光模块销售额（百万美金） 资料来源：LightCounting、800G Pluggable，2022-2024 年为 LightCounting 预测值 光模块电芯片与交换机接口速率配合演进，是数据中心光互连升级的基础：交换机是数据中心互联关键设备，也是光模块的数据源。数据通过交换机与光模块的接口，由光模块完成电光转换。根据 Yole 的预测，从 2017 年到 2025 年，交换机的交换容量将从 5Tbps 逐年翻倍到 51.2Tbps，与光模块的 serdes 接口速率也从 10G 逐步进化到 50G，或者 100G CPO。 图表 31：交换机交换容量与光模块速率同步演进 资料来源：Yole 为了提升传输速率，光模块的数字信号调制方式从 NRZ 发展到 PAM4，波特率从 25G 提升为 100G，对核心电芯片 CDR 或者 DSP 的性能提出更高要求。 当前的 800G 光模块通常需要支持 8 路 50G 波特率的 PAM4 信号，未来的 1.6T则需要 8 路 100G 波特率 PAM4 信号。 敬请参阅最后一页特别声明 -21- 证券研究报告 通信行业 图表 32：光模块性能演进 资料来源：LightCounting、 Marvell 高性能光芯片支持更高速率与更远的传输距离：光模块的光芯片包括激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片包括面发射的 VCSEL 芯片，以及边发射的芯片FP、DFB 和 EML 芯片等；探测器芯片用于接收信号，主要有 PIN 和 APD 两类。 图表 33：激光芯片分类及其特点 资料来源：源杰科技招股书 图表 34：探测器芯片分类及其特点 资料来源：源杰科技招股书 对于目前单波 100G 的光接口方面，有 EML、DML 和硅光三类方案，其中 EML成熟度最高。DFB 和 VCSEL 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 50G。 网络带宽的快速增长和 400GE 端口的逐步成熟，也推动骨干网由 100Gb/s 向400Gb/s 演进，长距离传输对光芯片性能提出更高要求。1000km 以上的400Gb/s 相干光模块及核心光电芯片器件是长距 400Gb/s 技术发展的基石和骨干网速率代际演进的关键。400Gb/s 相干光模块的核心光电芯片材料可选择lnP、硅基或者薄膜铌酸锂，三种材料各有优势。 敬请参阅最后一页特别声明 -22- 证券研究报告 通信行业 2.5、 未来趋势：800G 与相干方案标准正在制定，硅光与CPO是产业研究重点 800G 标准正在推进，光电接口亟待升级：800G 光模块相关产品研发及标准化推进成为业界研究热点，国内外多个标准化组织竞相开展制定。目前 OSFP MSA、IEEE802.3、QSFP-DD800 MSA 等组织已经启动或者发布 800G 标准。 图表 35：800G 光模块标准制定组织 资料来源：IMT2020（5G）推进组 图表 36：800G Pluggable MSA 的 800G 光模块规范定义 资料来源：800G Pluggable MSA 根据 LightCounting 预测，800G 光模块在 2021 与 2022 年得到初步市场应用，在 2023 年开始，将得到规模化部署。光电接口技术的进步与标准的统一，对于800G 模块的普及起到关键作用。 敬请参阅最后一页特别声明 -23- 证券研究报告 通信行业 图表 37：以太网互联领域 400G 与 800G 销售额（含预测） 资料来源：LightCounting 光接口标准方面，存在 8*100G 直调直检、4*200G 直调直检或者 800G 相干等不同方案的选择。激光器方案可以采用硅光、DML、EML，应对不同应用场景，在调制码型（PAM4、16/32/64QAM 等）、激光器数量（8/4/1）等方面有不同选择，波特率则需要达到 56或者 112G。 电接口及封装方面，电接口单通道速率与光接口单通道速率相同时光模块的架构最佳，可获取低功耗、低成本等优势。以此类推，单通道 100Gb/s 电接口将是8*100Gb/s 光模块的理想电接口；单通道 200Gb/s 电接口将是 4*200Gb/s 光模块的理想电接口。封装方面，800Gb/s 光模块可能存在 QSFP-DD800、QSFP224、OSFP、CPO 等不同形式。 相干技术应用下沉，光电技术发展有望推动普及：相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，主要用于高速率、长距离传输。在发送端，采用外光调制的方式将信号以调幅、调相、调频的方式调制到光载波上，经过后端处理发送出去。到达接收端以后，首先经过前端处理如均衡等，再进入光混频器与本地光振荡器产生的光信号进行相干混合，然后由探测器进行探测。 图表 38：相干传输系统 资料来源：可插拔相干光模块白皮书、易飞扬通信 从标准来看，当前相干技术发展到了单波长 400G 与 800G，但 800G 目前业内相关标准尚未成熟，而 400G相干技术目前有400ZR、OpenROADM和OpenZR+三种标准。其中 400GZR 主要针对数据中心，OpenROADM 针对电信网络，OpenZR+适用范围更加广泛。下一代的相干技术标准 800ZR 也正在制定之中。 敬请参阅最后一页特别声明 -24- 证券研究报告 通信行业 随着单通道传输速率的提高，现代光通信领域越来越多的应用场景开始用到相干光传输技术，相干技术从过去的骨干网下沉到城域甚至边缘接入网（100km）。另一方面在数通领域，相干技术也已经成为数据中心间互联（DCI）的主流方案（80120km）。 图表 39：数据中心光模块技术趋势 资料来源：美团，CIOE 2022 光传输网络中使用的相干光模块封装方式采用 CFP 标准，存在端口密度低、体积功耗大、非标设计等问题。随着先进的 CMOS 工艺 DSP 芯片和集成光子技术的进步，使得体积更小和更低功耗的可插拔相干封装光模块成为可能。 硅光技术在集成化和低成本具备优势，技术和产业链有待成熟：传统光模块主要采用高速电路硅芯片、光学组件、III-V 族半导体芯片等器件封装而成，本质上属于“电互联”。不过随着晶体管加工尺寸的逐渐缩小，电互联将逐渐面临传输瓶颈，硅光技术有望带来新的互联方式。 硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料(如 SiGe/Si、SOI等)，利用现有 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。硅光技术的核心理念是“以光代电”，即采用激光束代替电子信号传输数据，将光学器件与电子元件整合至一个独立的微芯片中。 硅光技术本身可以有多种应用方向，例如光模块、光互连、医学、消费、激光雷达等领域。在光模块方向，数据中心、远距离光传输和 5G 等领域都可以得到应用。根据 Yole 预测，数据中心市场是硅光技术未来最主要的市场之一，其重要应用场景就是光模块，在 2026 年将达到 4.5 亿美金，五年复合增长率为 26%。 图表 40：硅光技术 2020-2026 年分市场规模预测 资料来源：Yole 敬请参阅最后一页特别声明 -54- 证券研究报告 通信行业 图表 100：2013 年至2020 年光纤激光器国产化渗透率 资料来源：2020 年中国激光产业发展报告、长光华芯招股说明书 虽然高功率半导体激光芯片等核心元器件仍依赖进口，以半导体激光芯片为核心的激光器上游元器件正在逐步实现国产化，一方面提升国产激光器上游元器件的市场规模，另一方面，随着上游核心元器件的国产化，可提高国内激光器厂商参与国际竞争的能力。 公司聚焦产业链上游核心器件，高功率激光芯片国内领先。激光产业链上游是利用半导体原材料、高端装备以及相关的生产辅料制造激光芯片、光电器件等，是激光产业的基石，准入门槛较高。产业链中游是利用上游激光芯片及光电器件、模组、光学元件等作为泵浦源进行各类激光器的制造与销售，包括直接半导体激光器、二氧化碳激光器、固体激光器、光纤激光器等；下游行业主要指各类激光器的应用领域，包括工业加工装备、激光雷达、光通信、医疗美容等应用行业。 公司聚焦半导体激光行业上游，核心产品为半导体激光芯片，并且依托高功率半导体激光芯片的设计及量产能力，纵向往下游器件、模块及直接半导体激光器延伸，横向往 VCSEL 芯片及光通信芯片等半导体激光芯片扩展，主要产品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率 VCSEL 系列产品及光通信芯片系列产品。 图表 101：激光产业链（字体加粗部分为公司业务范围） 资料来源：长光华芯招股说明书 敬请参阅最后一页特别声明 -55- 证券研究报告 通信行业 公司是半导体激光行业全球少数具备高功率激光芯片量产能力的企业之一，打破了我国激光行业上游核心环节半导体激光芯片依赖国外进口的局面。公司高功率半导体激光芯片的销售分为两个方面：一方面直接进行激光芯片的销售，另一方面通过器件及模块类产品的销售实现一定量的激光芯片销售。根据公司测算，公司 2020 年高功率半导体激光芯片在国内市场的占有率为 13.41%，在全球市场的占有率为 3.88%，在高功率半导体激光芯片领域的国内市场占有率第一，居于国内领先位置。随着激光芯片的国产化程度加深，公司的市场占有率将进一步提升。 图表 102：高功率半导体激光器单管（左）和巴条（右）芯片示意图 资料来源：长光华芯招股说明书 研发VCSEL 与高速光通信系列产品，拓展新市场。公司依托边发射芯片的技术水平，向面发射芯片扩展，从 GaAs（砷化镓）材料体系扩展到 InP（磷化铟）材料体系，构架了边发射和面发射两种结构的技术工艺平台，以此横向扩展了高效率 VCSEL 芯片产品和光通信芯片产品。 公司高效率 VCSEL 系列产品包含接近传感器、结构光及飞行时间 TOF 等类型，基本实现了对主流市场 VCSEL 芯片需求的覆盖，同时开发了下一代基于 D-TOF技术的 VCSEL 芯片，产品应用可扩展到消费电子、3D传感、激光雷达等领域；在光通信芯片系列产品方面，公司已具备晶圆制造、芯片加工、封装测试的全流程生产能力。 针对 VCSEL 及光通信芯片，公司已建立了包含外延生长、条形刻蚀、端面镀膜、划片裂片、特性测试、封装筛选和芯片老化的完整工艺线，具备相应产品的制造能力，并且公司已为相关客户提供 VCSEL 芯片的技术开发服务，产品工艺已得到相关客户验证，属于公司的“横向扩展”战略。 针对光通信芯片，公司已建立了包含外延生长、光栅制作、条形刻蚀、端面镀膜、划片裂片、特性测试、封装筛选和芯片老化的完整工艺线，具备光通信芯片的制造能力。 图表 103：公司 VCSEL（PS、TOF、SL 系列）与光通信（DFB、PD、EML 系列）产品 资料来源：长光华芯招股说明书 敬请参阅最后一页特别声明 -56- 证券研究报告 通信行业 关键性假设及盈利预测 高功
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