光模块行业深度报告：光电之门，唯快不破.pdf

请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Main 行业研究 通信 证券研究报告 行业深度报告 通信设备 2019 年 07 月 14 日 Table_Invest 投资评级：优于大市 Table_Author 证券分析师 雷涛 资格编号： S0120518060001 电话： 021-68761616-6307 邮箱： leitaotebon Table_Quote 市场表现 资料来源： 德邦研究 Table_Title 光电之门，唯快不破 光模块行业深度 报告 投资要点： 5G 加数通，下游市场景气向上 。 5G 牌照发放正式开启运营商资本开支上升周期，“大传输”中光承载网和接入网投资将迎来结构性提升。 5G 承载网前传、中传、回传、核心网光端口带宽升级有望带来光模块量价齐升，我们测算国内光模块市场规模或达到 68 亿美元 。 “双千兆”网络建设驱动 10GPON 部署 迎来爆发期 ， PON光模块市场 有望 明显边际改善 。 数通市场方面 ， 流量和上云驱动全球数据中心快速建设 ， 数通市场规模已经超越电信市场成为光模块行业的主要增长极 。当前北美科技巨头将迎来 400G 升级浪潮 ， 国内云计算基础设施投资仍大有可为 。 国产替代空间巨大 ， 上游 芯片大有可为 。 光芯片和配套电芯片是光模块的核心部件 ， 对于产品性能和成本控制具有不可替代的作用 。 我国 25G 及以上光芯片自给率不足 5%，高速 高端 电芯片和国外存在 1-2 代技术差距 ， 国产化率亟待提升 。 芯片产业链流程环节复杂 。 我国在光芯片的基板制造 、 磊晶生长 、 晶粒制造配套能力严重不足 ， 制约了芯片设计企业的流片进度 ， 同时电芯片企业的进步需要补齐整个半导体产业链短板 。 当前中美贸易摩擦存在较大不确定性 ， 光模块产业链 自主 可控必将加速，我们预计到 2023 年 ， 光芯片和电芯片国产替代空间分别在 13 亿美元 、 6 亿美元 。 产品迭代周期短考验研发能力。 流量持续爆发 、 产品型号众多 、 客户追求更低单位成本等导致光模块产品迭代周期短 。快速推出新品 的厂商 能够享受前期较高的毛利率并有望抢占客户份额先发优势。 由于 高 速 光 模块产品面临体积、功耗、散热、成本等多重设计和封装难题，对企业的研发能力提出 很大挑战。 我们认为 采取市场集中策略的光模块企业能够集中研发 实力 ， 并同客户保持长期稳定的合作关系 。 价格下降 速 度 快考验 成本控制能力。 光模块行业下游客户集中 ， 具有较强议价能力 ， 上游高端芯片掌握在少数主流芯片厂商手中 ， 上下挤压禁锢了行业的利润空间 。 欧美日高端市场不断并购整合 ， 集中度进一步提升 ； 而 国内中低端市场竞争激烈 ， 产品价格平均每年下降 15%-25%。 规模优势 、 整合芯片 、 新技术路线是抵御行业 毛利率快速下降的主要方式 。 我们看好 国内 具有规模成本优势的龙头企业 ， 并看好具有芯片和硅光等新技术路线布局的厂商 。 投资建议。 光模块行业研发和生产能力同样重要 ， 随着工程师红利逐步替代劳动力红利 ， 我国光模块企业正在转型 “高端智造” ， 我们建议 关注规模优势和国产替代两条主线 。 （ 1） 前者建议关注中际旭创： 400G 升级周期将至 ， 数通光模块产能国内第一 ， 定增扩产落地，有望持续享受规模优势带来的成本领先； （ 2） 后者建议关注光迅科技： 中美贸易摩擦 和华为事件 背景下 ，通信产业链寻求进口替代已成为 确定逻辑， 公司 坚持产业链垂直布局，有望通过研发驱动实现光芯片全面自给 。 风险提示 。 运营商 或设备商 集采低价超预期 、 云厂商和 ICP 资本开支不及预期 、贸易摩擦恶化 、 下游切入加剧竞争 行业相关股票 股票代码 股票名称 EPS（元） P/E 投资评级 2018A 2019E 2020E 2018A 2019E 2020E 上期 本期 300308 中际旭创 1.31 1.07 1.56 24.05 29.45 19.69 未评级 未评级 002281 光迅科技 0.53 0.67 0.85 47.92 37.91 29.88 增持 增持 注：未评级股票参考 7 月 12 日 wind 一致性预期 资料来源： Wind，德邦研究 -20%-8%4%15%27%39%07/18 10/18 01/19 04/19 07/19通信设备 沪深 3002 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 目 录光模块产业链：全球分工明确，国产替代加速 . 5 1.1 全球分工明确，中国开启高端智造 . 5 光模块产业链介绍 . 5 欧美日：行业不断并购整合，专注于高端产品和芯片研发 . 6 中国：从全球工厂到高端智造 . 6 1.2 上游芯片仍是短板，自主可控必将加速 . 7 光芯片和电芯片是光模块的核心部件，成本占比最高 . 7 高速芯片国产率亟待提升，芯片产业链薄弱环节需逐步解决 . 9 国产替代空间巨大，自主可控意义更大 . 10 产业发展两个逻辑：产品快速迭代，价格快速下降 . 10 2.1 产品迭代 周期短，研发布局要快 . 10 多种因素导致产品迭代周期短 . 10 应对方式一：快速推出新品取得先发优势 . 11 应对 方式二：市场集中策略 . 12 2.2 价格迅速下降，成本降低要快 . 13 价格快速下降：上下游承压，议价能力弱 . 13 应对方式一：规模优势 . 14 应对方式二：整合芯片 . 14 应对方式三：新技术路线 . 15 应用的三个市场：电信和接入市场迎来 5G，数通市场流量与云驱动 . 17 3.1 电信网市场： 5G 承载网新需求，光模块量价齐升 . 17 3.2 接入 网市场： 10G PON 大规模升级，短期高增长 . 19 3.3 数据中心市场：流量和上云驱动，产品迭代周期短 . 20 投资建议 . 21 风险提示 . 22 3 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 图 表 目录图 1 光模块产业链示意图 . 5 图 2 SFP 光模块内部结构图 . 5 图 3 全球光模块市场规模（百万美元）和结构预测 . 6 图 4 中美制造业年薪差距在 快速缩小 . 7 图 5 中美 IT 技术人员平均年薪差距在缓慢缩小 . 7 图 6 国内电信光模块企业研发强度保持高位 . 7 图 7 国内电信光模块企业收入 占运营商资本开支比例逐年提升 . 7 图 8 光模块功能实现原理图 . 8 图 9 光模块眼图信息反映主要性能指标 . 8 图 10 100G CWDM4 BOM 成本及结构 . 9 图 11 100G PAM4 BOM 成本结构 . 9 图 12 光芯片产业链环节和代表公司 . 10 图 13 半导体芯片（ IC）产业链环节 . 10 图 14 光模块电信市场和数通市场产品迭代周期规律 . 11 图 15 光模块场景和性能属性多导致产品型号繁多 . 11 图 16 光模块单位带宽成本（美元 /Gbps）不断下降 . 11 图 17 采用 PAM4 调制速率较 NRZ 提高 2 倍 . 12 图 18 旭创在 CIOE2018 上展示 400G 产品 . 13 图 19 Acacia 发布 1.2T 相干光模块 . 13 图 20 2018 年全球光模块 CR8 为 54%（按照销售额） . 13 图 21 光 模块行业 2011-2024 平均降价幅度预测 . 13 图 22 光模块在整个产品生命周期的毛利率变化 . 14 图 23 苏州旭创毛利率较好 的抵抗了市场价格下降 . 14 图 24 通过改进生产工艺不断提高产品良率 . 14 图 25 国外具有芯片能力的光模块公司毛利率高于国内 . 14 图 26 COB 封装工艺提高了光模块生产的自动化水平 . 15 图 27 硅光集成技术的发展路线演进 . 16 图 28 2009-2022 运营商资本开支总额变化及预测 . 17 图 29 5G 承载网架构变化 . 18 图 30 基于 OTN 的 5G 端到端承载网解决方案 . 18 图 31 FTTH 接入网光模块使用场景 . 19 4 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 图 32 我国 PON 网络部署技术路线 . 19 图 33 中国电信 2017-2019 PON OLT 端口集采结构变化（万端） . 20 图 34 中国电信 2017-2019 PON ONU 端口集采结构变化（万端） . 20 图 35 云数据中心承载工作流和计算任务（百万端）快速增长 . 20 图 36 数据中心流量快速增长，东西流量占比最大 . 20 图 37 全球超大规模数 据中心快速增长 . 21 图 38 叶脊架构数据中心内部交换连接大大增加 . 21 图 39 腾讯数据中心部署迈入 100G-400G 时代 . 21 图 40 2017-2022 数据中心光模块市场规模预测（百万美元） . 21 表 1 全球近期光通信收购事件整理 . 6 表 2 光芯片主要品类的应用场景及优缺点 . 7 表 3 光模块电芯片主要品类及研发难 度 . 8 表 4 5G 承载典型光模块产品化能力 . 9 表 5 国内厂商已陆续推出 400G 数据中心光模块 . 12 表 6 近年来光模块企业收购芯片公司事件整理 . 15 表 7 光模块组件对应的硅光集成解决方案和优缺点 . 15 表 8 5G 光模块市场空间预测 . 18 表 9 5G 承载网典型光模块国内产品化能力 . 18 5 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 光模块产业链 ： 全球分工明确 ， 国产替代加速 1.1 全球分工明确 ， 中国开启高端智造 光模块产业链介绍 光模块作为一种重要的有源光器件 ，在发送端和接收端分别 实现信号的电 -光转换和光 -电转换 。由于通信信号的传输主要以光纤作为介质，而产生端、转发端、处理端、接收端处理的是电信号，光模块具有广泛和不断增长的市场空间。光模块的上游主要为光芯片和无源光器件，下游客户主要为电信主设备商、运营商以及互联网 &云计算企业。 图 1 光模块产业链示意图 资料来源：中际旭创公告 20181116、 飞速官网 、德邦研究 光模块遵循芯片 组件（ OSA） 模块的封装顺序。激光器芯片和探测器芯片通过传统的 TO 封装形成 TOSA 及 ROSA，同时将配套电芯片贴装在 PCB，再通过精密耦合连接光通道和光纤，最终封装成为一个完整的光模块。新兴的主要应用于短距多模的COB 采用混合集成的方法，通过特殊的键合焊接工艺将芯片贴装在 PCB 上，采用非气密性封装。 图 2 SFP 光模块内部结构图 资料来源：光迅科技公告 20181213、德邦研究 光模块下游主要应用于电信承载网 、 接入网 、 数据中心及以太网三大场景 。电信承载网和接入网同属于电信运营商市场， 其中 波分复用（ xWDM）光模块主要用于中长距电信承载网，光互联（ Opitcal interconnects）主要用于骨干网核心网长距大容量传输，而接入网市场是运营商到用户的“最后一公里”，包括光纤到户无源光网络（ FTTH PON）、无线前传（ Wireless）等应用场景。数据中心及以太网市场主要包括数据中心内部互联、数据中心互联（ DCI）、企业以太网（ Ethernet）等场景。根据 LightCounting 预测 ， 2018年全球光模块市场规模约 60 亿美元 ， 其中电信承载网市场规模 17 亿美元 ， 每年以 15%6 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 的速度增长 ， 接入网市场规模 约 12 亿美元 ， 年增长率约 11%， 而数据中心和以太网市场规模已达 30 亿美元 ， 未来 5 年复合增长率达 19%。 图 3 全球光模块市场规模 （百万美元） 和结构预测 资料来源： LightCounting、德邦研究 欧美日 ： 行业不断并购整合 ， 专注于 高端产品和 芯片研发 全球光模块产业链 分工明确 ， 欧美日技术起步较早 ， 专注于芯片和产品研发 。 中国在产业链中游优势明显：劳动力成本、市场规模以及电信设备商的扶持，经过多年发展已成为全球光模块制造基地，从 OEM、 ODM 发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。产业链分工有效利用 了全球优势生产要素，并避免了重复研发，有利于全球产业链高效运转但中国难以分享上游的巨大价值。 由于低端产品价格透明 ， 许多海外企业无法接受过低的毛利率进而剥离光模块业务专注于芯片或保留高端产品 。 如剑桥科技去年 5 月和今年 3 月 分别收购 Macom Japan和 Oclaro Japan 光模块资产 ； 博创科技今年 3 月收购 Kaiam PLC 业务涉及相关部分资产 。 另一方面 ， 光通信巨头也经历了一系列并购整合 ， 以增强对整个产业链的垂直协同 ，增强规模优势 ， 提高议价能力 ， 如去年 5 月和 11 月 ， Lumentum 和 II-VI 分别宣布收购Oclaro 和 Finisar。 表 1 全球近期光通信收购事件整理 时间 事件 收购价格 2019.3 博创科技收购 Kaiam 的 PLC 业务所涉及相关部分资产 550 万美元 2019.3 剑桥科技收购 Oclaro Japan 部分资产 4160 万美元 2018.12 思科收购硅光技术商 Luxtera 6.6 亿美元 2018.11 II-VI 收购 Finisar 32 亿美元 2018.8 OSI 收购 luna 光电器件业务 1850 万美元 2018.7 Infinera 收购 Coriant 4.3 亿美元 2018.6 博创科技收购迪谱光电 1.18 亿元 2018.5 剑桥科技收购 Macom 日本资产 5450 万美元 2018.5 Lumentum 收购 Oclaro 18 亿美元 资料来源：公开资料整理、德邦研究 中国 ： 从全球工厂到高端智造 工程师红利开始替代劳动力红利 。 中国的制造业劳动力成本相比美国的优势正在快速减弱，根据 Wind 和美国劳工部发布数据统计 ， 美国制造业平均年薪 /中国制造业平均年薪从 2013 年的 8.15 快速减少为 2018 年的 5.01。 而与此同时 ， 中美 IT 技术人员的平均年薪在缓慢缩小 ， 美国 IT 技术平均年薪 /中国 IT 技术平均年薪由 2013 年的 5.89 减少为 2018 的 4.46。 中国的工程师红利正在替代劳动力红利成为驱动光模块行业发展的新动能 。 020004000600080001000012000140002017 2018 2019 2020 2021 2022 2023Ethernet CWDM/DWDM Access（ FTTX&Wireless） Optical interconnects All other7 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 图 4 中美制造业年薪差距在快速缩小 图 5 中 美 IT 技术人员平均年薪差距在缓慢缩小 资料来源： Wind、美国劳工部、德邦研究 资料来源： Wind、美国劳工部、德邦研究 中国在全球价值链地位提升 。 长期 以来我国光模块企业在上游芯片和下游主设备商的“夹击”下利润空间被严重限定，但长期坚持 研发正在助力国内光模块企业向价值链更高的高端光模块和光电芯片领域渗透。我们以 电信光模块为主业的 光迅科技、昂纳科技、新易盛作为样本，三家企业研发支出总额 2014-2018 保持着年均 20%的增长速度 ，研发支出占营收比例保持在 10%以上。而从三家企业的收入合计占运营商资本开支的比例来看， 2014-2018 增长了 1.79pct。 光模块企业通过研发投入 带动产品竞争力 不断增强 ， 有望在 全球产业链中分享更多的价值 。 图 6 国内电信光模块企业研发强度保持高位 图 7 国内电信光模块企业收入占运营商资本开支比例逐年提升 资料来源： Wind、德邦研究 资料来源： Wind、德邦研究 1.2 上游 芯片仍是短板 ， 自主可控必将加速 光芯片和电芯片是光模块的核心部件 ， 成本占比最高 光芯片 是光模块中完成光电信号转换的直接芯片 ， 又分为激光器芯片和探测器芯片 。激光器芯片发光基于激光的受激辐射原理 ， 按发光类型 ， 分为面发射与边发射 ： 面发射类型主要为 VCSEL（垂直腔面发射激光器），适用于短距多模场景；边发射类型主要为FP（法布里 -珀罗激光器 ）、 DFB（分布式反馈激光器） 以及 EML（电吸收调制激光器），FP 适用于 10G 以下中短距场景 ， DFB 及 EML 适用于中长距高速率场景 。 EML 通过在DFB 的基础上增加电吸收片 （ EAM）作为外调制器，目前是实现 50G 及以上单通道速率的主要光源 。探测器芯片主要有 PIN（ PN 二极管探测器）和 APD（雪崩二极管探测器）两种类型，前者灵敏度相对较低，应用于中短距，后者灵敏度高，应用于中长距。 表 2 光芯片主要品类的应用场景及优缺点 工作波长 应用场景 优点 缺点 LED 发光二极管 1310nm 低速（ 155m）短距（ 2km）多模光纤 价格便宜，线性度号，发热小，寿命长 谱线较宽，耦合效率低 VCSEL 垂直共振表面发射激光器 800-900nm 速率 155m-25G；短距500m，如光纤到户、数据中心、 3D 感测应用 线宽窄、功耗低、调制速率高，耦合效率最高，成本已大幅下降 线性度差，温度特性差 0.002.004.006.008.0010.00020,00040,00060,00080,0002013 2014 2015 2016 2017 2018美国制造业平均年薪（美元）中国制造业平均年薪（美元）美国制造业平均年薪 /中国制造业平均年薪0.002.004.006.008.000500001000001500002013 2014 2015 2016 2017 2018美国 IT技术平均年薪（美元）中国 IT技术平均年薪（美元）美国 IT技术平均年薪 /中国 IT技术平均年薪9.00%9.50%10.00%10.50%11.00%11.50%12.00%01002003004005006007008002014 2015 2016 2017 2018研发支出总额（百万元） 研发支出占营收比例0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%0204060801002014 2015 2016 2017 2018电信光模块企业收入合计 (亿元）电信光模块企业收入 /运营商资本开支8 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 FP 法布里 -泊罗激光器 1310-1550nm 速率 155M-10G，中距40KM 谱线较窄，调制速率高，成本低 耦合效率低，线性度差，温度特性差 DFB 分布式反馈激光器 1270-1610nm 速率 2.5G-40G；长距80KM 单纵模，谱线窄，调制速率高，波长稳定好 耦合效率低，成本高 EML 电吸收调制激光器 1310-1550nm 高速率、长距离 调制速率高、稳定性好 成本高 GaAs/InGaAs PIN PN 二极管探测器 830-860/1100-1600nm 速率 155M-40G，中短距离 40KM 噪声小，工作电压低，成本低 灵敏度低 InGaAs APD 雪崩二极管探测器 1550nm 1.25G-10G，长距离单模光纤 灵敏度高 成本高 资料来源：公开资料整理、德邦研究 电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑 ， 如 LD（激光驱动器）、 TIA（跨阻放大器）、 CDR（时钟和数据恢复电路），一方面 实现电信号的功率调节，如 MA（主放），另一方面实现一些复杂的数字信号处理，如调制、相干信号控制、串并 /并串转换等。 还有一些光模块拥有 DDM（数字诊断功能），相应的带有 MCU 和 EEPROM。 电芯片通常配套使用，主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。 表 3 光模块电芯片主要品类及研发难度 主要功能 难度 LD 激光驱动器芯片 在 DFB、 FP 等激光器前产生驱动电信号 中 TIA 跨阻放大器芯片 实现电信号的功率调节 中 MA 主放 实现电信号的功率调节 中 DSP 数字信号处理芯片 实现 PAM4 调制或相干调制 高 CDR 时钟和数据恢复电路 在输入数据信号中提取时钟信号并找出数 据和时钟正确的相位关系 高 MUX&DeMUX 并串 /串并转换电路 实现并行数据和串行数据的转换 低 资料来源：公开资料整理、德邦研究 发射端 ， 电信号 通过 CDR、 LD 等信号处理芯片完成信号内调制或外调制 ， 驱动激光器芯片完成电光转换 ； 接收端 ， 光信号通过探测器芯片转化为电脉冲 ，然后通过 TIA、MA 等功率处理芯片调幅，最终输出终端可以处理的连续电信号。光芯片和电芯片配合工作实现了对传输速率、 消光比、 发射光功率 等主要性能指标的实现，是决定光模块性能表现的最重要器件。 通过眼图分析可以衡量光模块的主要性能指标 ， 包括幅度稳定度 、码间干扰 、 消光比 、 抖动过冲和噪声等 。 图 8 光模块功能实现 原理图 图 9 光模块眼图信息反映主要性能指标 资料来源：百度文库光模块基本原理、德邦研究 资料来源：百度文库光模块基本原理、德邦研究 光模块芯片具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程 ， 因而 是光模块 BOM 成本结构中占比最大的 部分 。 光芯片的成本占比通常在 40%-60%， 电芯片的成本占比通常在 10%-30%之间 ， 越高速 、 高端的光模块 电 芯片成本占比越高 ， 但规模优势可以增加采购的议价能力 。 9 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_Page 行业研究 通信设备行业 图 10 100G CWDM4 BOM 成本及结构 图 11 100G PAM4 BOM 成本结构 资料来源：中际旭创 20170425、 公告德邦研究 资料来源：中际旭创公告 20170425、 德邦研究 高速 芯片国产率亟待提升 ，芯片 产业链薄弱环节需逐 步解决 高速芯片国产化率亟待提升 。 光芯片方面，我国在 10G 及以下光芯片具备替代的能力 ， 但仍有很大市场空间 。 商业级 25G 的 DFB、 EML、 APD、 PIN 部分厂商已在客户验证阶段 ， 成本降低和良率提升仍有很长的路要走 。 50G EML、 窄线宽波长可调激光器芯片 、 100G 及以上相干集成光收发芯片等面向 5G 的关键芯片 几乎全部由国外厂商提供 ，海思 、 光迅等研发走在前列的企业目标基本是实现自给 。电芯片方面，我国 25G/100G多模光模块配套 IC 基本实现替代能力 ， 但产能远远不足 。 25G/100G 单模和更高速率自给率估计仅有 1%， 高速 TIA、 CDR、 DSP 等基本和国外存在 1-2 代的技术差距 。 表 4 5G 承载典型光模块产品化能力 核心芯片 主要品类 全球主要供应商 国内自给 率估计 中国替代供应商 无源芯片 PLC、 AWG Finisar、 NeoPhotonics、Lumentum、 Bookham、 PPI、 华为海思 50% 华为海思 、 中兴通讯 、 仕佳光子 、 光迅科技 、 昂纳科技 、 上海鸿辉 10G 及以下光芯片 LED、 FP、 DFB、EML、 VCSEL、 PIN、APD Oclaro、 Neophotonics、 三菱 、住友 、 安华高 /博通、华为海思 50% 华为海思 、 光迅科技 、 长瑞光电 、 海信宽带 、 华工正源 、 嘉纳海威 25G 及以上