光模块：电信市场迎5G，数通产品新迭代.pdf

通信 行业深度报告 光模块：电信市场迎 5G，数通产品新迭代 行业深度报告 行业报告 通信 2018 年 10 月 23 日 请务必阅读正文后免责条款 强于大市 （ 维持 ） 行情走势图 相关研究报告 行业动态跟踪报告 *通信 *行业整体趋势有望向好，细分板块景气持续提升 2018-07-15 行业动态跟踪报告 *通信 *国内高速光模块需求或启动，阿里巴巴将引领市场 2018-06-29 行业动态跟踪报告 *通信 *宽带运营竞争白热化， 10G-PON 产业有望加速发展 2018-06-25 行业半年度策略报告 *通信 *新突破、新北斗、新周期 2018-06-22 证券分析师 汪敏 投资咨询资格编号 S1060517050001 021-38643219 WANGMIN780PINGAN 封装工艺不同，电信光模块厂商毛利率提升与销售量密切相关。 通过对电信光模块 和数通光模块的封装工艺和 生产特点的分析，我们认为 电信光模块厂商的 营业成本的控制主要来源于随着销售量的增长 ，生产规模扩大带来的采购成本以及直接人工及制造费用的下降。从行业代表企业的 历史毛利率水平的变动趋势来看，毛利率处于上升区间 的 同期销售量增速 快速攀升 ，而销售量增速的快速下滑也往往伴随着毛利率进入下行通道 。 数通光模块厂商进入规模效应阶段，龙头市占率有提升趋势。 国内 数通光模块代表企业在封装中采用 COB 封装工艺， 以及 共晶焊接、精度耦合 和高效组装测试等 工艺 ，保证以较低成本生产满足指标需求的产品。 我们分析对比了 旭创和 AAOI在 2014-2017年每生产 1支光模块所需分摊的营业成本， 2017 年旭创该指标为 747 元，显著低于 AAOI。 我们认为 这 体现出国内代表企业 在封装工艺、良率以及采购规模方面 已具备国际竞争 优势。全球 光模块市场规模足够大，保证龙头可持续发挥规模效应。我们假设2020 年龙头企业 有 20%的 市占率，营收将达到近 100 亿人民币的规模。 5G 承载网光模块需求量大， 2018H2 传输网也面临扩容需求。 我们针对5G C-RAN 和 D-RAN 架构分别建立带宽和光模块估算模型，测算国内电信光模块市场在 5G 驱动 下 2019 年市场规模约为 85 亿元，同比增速约为31%， 2020 年同比增速约为 79.9%，考虑 2018 年下半年国内运营商有4G 传输网扩容以备战 5G 传输需求，我们判断自 2018 年下半年开始国内电信光模块市场需求将进入高速增长阶段。 投资策略。 建议重点关注 光迅科技（ 002281），公司在传输网扩容需求以及 5G 承载网光模块需求驱动下，毛利率有望进入上行通道。建议重点关注中际旭创（ 300308），公司与下游客户紧密合作，能紧跟数通市场产品迭代，专注封装已呈现规模效应，国际市场占有率有望持续提升。 风险提示。 （ 1） 运营商对于传输网络扩容以及 5G 建设进度不达预期或部署方案变化对光模块需求产生影响；（ 2）光模块市场的新进入者对于原有市场产生冲击，市场参与者市占率下降的风险；（ 3） 5G 网络建设成本较高，运营商有节约开支需求导致上游光器件采购价格存在波动风险；（ 4）硅光等新技术产品对部分产品的替代风险；（ 5） 100G 数通光模块市场竞争加剧，厂商毛利率下降的风险。 股票名称 股票代码 股票价格 EPS P/E 评级 2018-10-22 2017A 2018E 2019E 2020E 2017A 2018E 2019E 2020E 光迅科技 002281 25.98 0.52 0.58 0.81 1.14 50.0 44.8 32.1 22.8 强烈推荐 中际旭创 300308 42.76 0.34 1.73 2.89 4.26 125.8 24.7 14.8 10.0 推荐 -40%-20%0%20%Sep-17 Dec-17 Mar-18 Jun-18沪深 300 通信证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 2 / 21 正文目录 一、 光器件市场需求分化，高端产品亟待突破 . 5 1.1 我国光器件全球市场份额较小，高端产品研发量产能力不足 . 5 1.2 无源器件需求结构性分化， DWDM 器件需求旺盛 . 6 二、 封装工艺导致电信和数通光模块呈现不同生产特点 . 8 2.1 TOSA/ROSA 封装工艺决定光模块厂商的生产特点 . 8 2.2 国内数通光模块领先企业已具备国际竞争优势 . 10 2.3 数通光模块市场空间大，有利龙头企业发挥规模效应 . 12 三、 电信光模块面临 5G 需求，数通市场 400G 放量临近 . 16 3.1 基于 5G C-RAN 和 D-RAN 架构对电信光模块需求量的预测 . 16 3.2 数通市场产品快速迭代， 400G 产品临近放量 . 18 四、 投资策略 . 19 五、 风险提示 . 20 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 3 / 21 图表 目录 图表 1 我国光器件企业全球市场份额占比 . 5 图表 2 光发射芯片主要类型 . 5 图表 3 光通信产业链构成 . 6 图表 4 电信网络层级结构示意图 . 6 图表 5 全球光器件市场规模预测 . 7 图表 6 全球 PLC 光分路器需求量预测 . 7 图表 7 全球 DWDM 器件需求量预测 . 7 图表 8 光模块结构图 . 8 图表 9 光模块内部功能框图 . 8 图表 10 半导体激光器类型与特点 . 8 图表 11 TO 封装及结构图 . 9 图表 12 蝶式封装及结构图 . 9 图表 13 电信级光模块与数据中心光模块需求对比 . 9 图表 14 光芯片的 COB 封装工艺 . 9 图表 15 光芯片 COB 工艺的树脂封装 . 9 图表 16 数通 100G 光模块厂商产品系列及封装工艺 . 10 图表 17 2008-2017 年国际电信光模块厂商销售成本率 . 10 图表 18 2008-2017 年国际数通光模块厂商销售成本率 . 10 图表 19 AAOI 的全球生产布局 . 11 图表 20 平均每支光模块分摊的营业成本（人民币：元） . 11 图表 21 国际光模块厂商研发费用率 . 12 图表 22 全球 IDC 市场规模及增幅 . 12 图表 23 国内 IDC 市场规模及增幅 . 12 图表 24 2011-2020E 全球光模块市场规模及预测 . 13 图表 25 全球数通光模块市场产量预测 . 13 图表 26 国际数通光模块主要厂商存货周转天数 . 14 图表 27 国际数通光模块主要厂商应收账款周转天数 . 14 图表 28 苏州旭创存货及应收账款周转天数 . 14 图表 29 苏州旭创自动化封装车间 . 15 图表 30 苏州旭创光模块组装测试车间 . 15 图表 31 国际光模块厂商销售费用率 . 15 图表 32 5G 的 CU/DU 分离体系架构 . 16 图表 33 5G RAN 的组网架构 . 16 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 4 / 21 图表 34 一种 5G C-RAN 传输网架构 . 16 图表 35 一种 5G D-RAN 传输网架构 . 16 图表 36 5G C-RAN 和 D-RAN 架构下承载网带宽估算模型 . 17 图表 37 我国 5G 建设期承载网光模块需求量预测 . 17 图表 38 我国 5G 建设期承载网光模块市场规模预测 . 18 图表 39 苏州旭创 400G/100G 产品系列 . 19 图表 40 2016-2017 年 AAOI 单季度营业收入 . 19 图表 41 2014-2017 年苏州旭创与 AAOI 营业收入对比 . 19 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 5 / 21 一、 光器件市场需求分化，高端产品亟待突破 1.1 我国光器件全球市场份额较小，高端产品研发量产能力不足 我国光通信产业链在设备集成环节在全球市场的市场份额已经较高，华为占全球市场份额约 28%，中兴约占 16%，烽火占 6%，累计高达 50%，但在产业链上游光器件领域在全球市场占据的份额仅13%左右。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 的企业仅有光迅科技和海信宽带，高端芯片还严重依赖进口。 图表 1 我国光器件企业全球市场份额占比 资料来源：讯石信息，平安证券研究所 光芯片行业的进入门槛较高，其中以激光器为代表的光发射芯片尤为重要，激光器芯片主要包括VCSEL、 FP、 DFB 和 EML， VCSEL 主要用于短距离光互联， FP、 DFB 主要用于数据中心或者接入网的中长距离连接，而 EML 则主要适用于高速率的长距离骨干网传输。对于光模块来说，光芯片占成本的比例较高，在高端光器件中，芯片成本的占比甚至达到 70%。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，国内光器件企业的持续健康发展急需在光芯片研制量产方面实现突破。 图表 2 光发射芯片主要类型 类型 波长 应用场景 LED 1310nm 低速短距离 VCSEL 850 nm 低速短距离 FP 1310-1550nm 低速中距离 DFB 1270-1610nm 中速长距离 EML - 高速长距离 资料来源：百度百科，平安证券研究所 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 6 / 21 1.2 无源器件需求结构性分化， DWDM 器件需求旺盛 光器件模块与光芯片、光纤光缆同处于光通信产业链的上游，实现光信号的产生、调制、探测、连接、波长复用与解复用、光路转换、信号放大、光电转换等功能。光器件和模块的主要下游市场面向电信网络和数据中心等市场。 图表 3 光通信产业链构成 资料来源：百度百科，平安证券研究所 光器件与模块在电信网络的市场需求主要来源于骨干网、城域网和接入网三类。为满足不断增长的流量对网络带宽和速率的要求，骨干网 、 城域网面临升级扩容需求，现有骨干网主要在 1991-2000年之间完成首次建设，设计使用寿命 20 年，全国骨干网总公里数约 79000 公里。随着骨干网城域网的扩容升级，在流量爆发驱使下接入网成为网络系统的瓶颈，引发固网宽带 FTTX 市场的需求。运营商在移动通信网络建设中对于基站 BBU 和 RRU 之间的光纤连接以及基站回传也对光器件与模块产生需求。 图表 4 电信网络层级结构示意图 资料来源：泰尔网，平安证券研究所 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 7 / 21 ICCSZ 的数据显示全球光器件市场规模 2018 年将达到 100 亿美元， 2020 年有望达到 120 亿美元。从应用市场来看，数据中心对光器件的需求增长迅速，到 2020 年将达到与电信光网相同的市场规模水平。 2015 年全球市场 PLC 光分路器需求量为 4900 万只， 2016 年全球 PLC 光分路器需求量超过5700 万只，虽然需求保持增长，但增速将会不断下滑。 图表 5 全球光器件市场规模预测 图表 6 全球 PLC 光分路器需求量预测 资料来源： ICCSZ，平安证券研究所 资料来源： ICCSZ，平安证券研究所 通信网络的升级支撑了网络流量的快速提升，网络流量在大量 广泛 应用的 情况 下不断爆发又反过来对传输网络的带宽和速率提出更高的要求。网络流量迅速增长使得原有骨干网及城域网的带宽难以满足需求，光纤网络需要向 100G 甚至 400G 的高速率光网络升级。光网络的扩容升级主要方法一是提高光纤的单信道传输速率，二是增加单光纤中传输的信道数，如利用波分复用技术（ WDM）扩容到 40 通道、 80 通道等。随着通信网络的扩容升级， DWDM 器件的需求有望维持高景气。 OTN下沉导致在城域网、接入网光器件的需求也越来越多，相较 于骨干网，网络层级越低光通信的节点距离就越来越短，对光器件的需求量就会更大。根据 Light Counting 的数据， 2017 年 DWDM 器件的需求量仍以 30%以上的增速增长。 图表 7 全球 DWDM 器件需求量预测 资料来源： Light Counting，平安证券研究所 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 8 / 21 二、 封装工艺 导致 电信和数通光模块呈现不同生产特点 2.1 TOSA/ROSA 封装工艺决定光模块厂商的生产特点 光模块（ Optical Module）属于光通信中的有源器件，由光器件、功能电路和光接口等组成，主要功能为完成光信号的光电 /电光转换。其中发射模块主要功能是将输入的电信号经内部驱动芯片处理后驱动半导体激光器发射出调制光信号，接收模块功能是将光信号输入模块后由光电探测器转化为电信号，并经过前置放大器输出电信号。 图表 8 光模块结构图 图表 9 光模块内部功能框图 资料来源：讯石光通讯，平安证券研究所 资料来源：华为，平安证券研究所 光模块中的光芯片激光器和探测器是光模块的核心器件，激光器主要有 VCSEL（垂直腔面发射激光器）、 FP（法布里 -帕罗激光器）、 DFB（分布式反馈激光器）和 EML（电吸收调制激光器），探测器主要包括 PIN 和 APD 两种类型。其中 VCSEL 适用于短距离，为面发射，耦合效率最高，对应多模光纤，主要应用在数据中心和无线前传； DFB 适用于中距离，为边发射，耦合效率低，对应单模光纤，适用于数据中心、城域传输以及无线接入市场； EML 适用于长距离，为边发射，成本高，对应单模光纤，适用于城域传输市场。 图表 10 半导体激光器类型与特点 类型 波长（ nm） 材料 主要特点 可实现 速率 传输 距离 应用 场景 VCSEL 850 GaAs 面发射，耦合效率高，多模光纤 25G 及以下 500m 数据中心、无线 接入 DFB 1270-1610 GaAs、 InP 边发射，耦合效率低，单模光纤 25G 及以下 10KM 数据中心、城域 网及接入网 EML 1310-1550 InP 边发射，成本高 50G 及以下 80KM 骨干网、城域网 及 DCI 互联 资料来源：百度百科，平安证券研究所 光模块封装的基本结构为光发射次模块（ TOSA）和驱动电路、光接收次模块（ ROSA）和接收电路，其中 将激光器、探测器封装为 TOSA、 ROSA 的过程是光模块封装的核心和主要的技术壁垒。TOSA/ROSA 的封装工艺类型主要包括： TO-CAN 同轴封装、蝶形封装、 COB 封装、 BOX 封装以及 Flip Clip 等。 电路结构主要包括驱动芯片（ Driver）、跨阻放大器（ Tia）、限幅放大器（ Limiting Amplifier）和其他零组件。 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 9 / 21 图表 11 TO 封装及结构图 图表 12 蝶式封装及结构图 资料来源：光器件封装详解，平安证券研究所 资料来源：光器件封装详解，平安证券研究所 高速光模块发展趋势越来越需要小尺寸和高密度，传统的 TO 封装较适合低速率模块的封装，工艺成熟良率高，但不太适合大规模量产；蝶形封装成本较高、比较适合对激光器稳定性和可靠性要求较高的应用领域。在数据中心光模块市场，由于对性能指标中诸如温度要求、可靠性要求等较低于电信市场，而产品需求又具备速率要求高、快速迭代和需求量大的特点，需要更适合这种市场需求的封装工艺。 图表 13 电信级光模块与数据中心光模块需求对比 电信级光模块 数据中心光模块 生命周期需求 15-20 年 5-7 年 温度需求 工温 15 度 -55 度 可靠性需求 Mission critical cannot fail Operational Reliability 资料来源：光纤在线，平安证券研究所 光组件（ OSA）成本占光模块成本 60%以上， 降低成本的主要方式为推动从比较昂贵的气密封装走向低成本的非气密封装。 COB（ Chip On Board）工艺原理是通过胶贴片工艺先将芯片或光组件固定在 PCB 上，然后金线键合（ Wirebonding）进行电气连接，最后顶部滴灌胶封，是一种非气密封装，自动化程度较高，适合大批量生产，但是可靠性和精度由于封胶固化等原因可能导致生产存在良率的问题。 图表 14 光芯片的 COB 封装工艺 图表 15 光芯片 COB 工艺的树脂封装 资料来源：讯石光通讯，平安证券研究所 资料来源：讯石光通讯，平安证券研究所 通信 行业深度报告 请务必阅读正文后免责条款 10 / 21 国内数通光模块厂商 苏州旭创已在 10G/25G/40G/100G 光模块产品中广泛应用 COB 封装，对于PSM4/CWDM4/LR4 这几款单模产品来说， COB 封装的难度更大，厂商在封装工艺路线上也有所区别，包括 COB、 BOX、 Flip Clip 以及 Mini Tosa/Rosa 等。 除了芯片封装工艺，苏州旭创掌握的工艺包括共晶焊接工艺、金线键合工艺、精度耦合工艺以及高效组装测试工艺等，保证以较低生产成本生产满足指标需求的产品，并且在新产品推出 2-3 年后显著改善良率，提升毛利率。 图表 16 数通 100G 光模块厂商产品系列及封装工艺 厂商 主要产品系列 封装工艺 苏州旭创 AOC/SR4/CWDM4/CLR4/PSM4/LR4/ER4 Lite COB AAOI AOC/SR4/PSM4/CWDM4 COB、 Mini Tosa/Rosa Finisar AOC/SWDM4/SR4/e SR4/PSM4/CWDM4/LR4 COB、 Flip Clip Kaiam CWDM4 COB、 LightScale2 平台、 OWB、SCOTS 资料来源：光纤在线，平安证券研究所 我们将 2008 年 -2017 年主要以电信为目标市场的光模块国际厂商（包括 Acacia、 Neophotonics、Lumentum），和主要以数据中心为目标市场的光模块国际厂商（包括 AAOI、 Oclaro、 Finisar）的销售成本率做对比。 由于电信光模块厂商的生产特点为产品迭代周期长、封装工艺更倾向于蝶形或BOX 封装导致封装成本较高，因而在销售成本率的长期曲线中表现出较为稳定的趋势，而数通光模块厂商的销售成本率曲线大多呈现快速下行的趋势，显著体现出数通光模块厂商的生产特点。 图表 17 2008-2017 年国际电信光模块厂商销售成本率 图表 18 2008-2017 年国际数通光模块厂商销售成本率 资料来源： Wind，平安证券研究所 资料来源： Wind，平安证券研究所 2.2 国内数通光模块领先企业已具备国际竞争优势 国际数通光模块市场上 的领先企业 AAOI， 2017年 AAOI实现营业收入 3.82亿美元，同比增长 46.7%，其中数通市场实现营收 3.07 亿美元，同比增长 52%， CATV 市场实现营收 6080 万美元，同比增长39%。 AAOI 工厂的布局包括在美国休斯敦进行光芯片的研发制造、在中国台湾地区的光芯片封装以及中国宁波的光芯片和模块的组装工厂，充分利用各地区比较优势提高产品质量，降低生产成本。