中國光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析

中國光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析

一、5G電信與400G數(shù)通市場共振，光模塊行業(yè)站在新景氣周期起點

1、5G時代運營商資本開支回暖提升光模塊產(chǎn)業(yè)景氣

5G商用落地將有望帶動移動數(shù)據(jù)流量的激增，推高數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)流量。5G高速率的特點將大大提升移動數(shù)據(jù)使用流量，網(wǎng)速提升10倍后，用戶相應(yīng)的使用需求也會隨之上漲，業(yè)界預(yù)測5G網(wǎng)絡(luò)的DOU至少是60G。參考韓國5G商用后情況，5G網(wǎng)絡(luò)月均整體流量從2019年4月的5,938TB/月提升到2020年2月的132,057TB/月，使用量10個月內(nèi)增長22.24倍，已超過4G流量使用量的1/4。2020年2月，韓國5G用戶DOU高達(dá)25.22GB，同期的4GDOU僅為9.26GB，5G數(shù)據(jù)使用量約為4G的2.72倍。2020年2月國內(nèi)DOU達(dá)到8.88GB，按照韓國早期5G/4G的比例推算，當(dāng)月國內(nèi)5G用戶平均月流量已突破20GB。此外5G時代的到來將提升數(shù)據(jù)中心流量和推動數(shù)據(jù)中心設(shè)備的更新?lián)Q代。車聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、高清視頻直播等5G下游應(yīng)用的高速發(fā)展和企業(yè)上云的大趨勢將帶動數(shù)據(jù)中心流量的提升，從而推動數(shù)據(jù)中心的代際更迭，使其核心網(wǎng)絡(luò)從100G提升至400G升級。

隨著5G商用落地，三大運營商資本開支明顯回升，有望打開電信市場新增長空間。2018年，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已進(jìn)入尾期，運營商資本開支下滑底谷。2019年6月工信部向中國移動、中國聯(lián)通、中國電信、中國廣電發(fā)放5G牌照，標(biāo)志著5G商用的正式落地，5G建設(shè)周期正式拉開帷幕。從2019年起三大運營商資本開支增速開始由負(fù)轉(zhuǎn)正，2019年三大運營商資本開支達(dá)到約2999億元，同比增長4.50%，預(yù)計2020年合計資本開支約為3348億元，同比增長11.65%，進(jìn)一步確立了三大運營商資本開支重回上升通道的趨勢。國家高層和各部委多次強(qiáng)調(diào)加快5G建設(shè)，我們認(rèn)為2020年三大運營商有望年內(nèi)調(diào)整資本開支，進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)大5G投資，整體資本開支在5G規(guī)模建設(shè)的拉動下出現(xiàn)較大增長，三大運營商2020年全年實際資本開支同比增速有望超過15%，接近3500億元。

運營商資本開支聚焦無線網(wǎng)和承載網(wǎng)，有望帶動前傳光模塊和中回傳光模塊需求的放量增長。從各運營商2019年的投資結(jié)構(gòu)上來看，移動網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)的資本開支占比高達(dá)75%左右，是運營商CAPEX增長的主要部分。2019年三大運營商投向無線網(wǎng)合計約1469億元，同比增長25.59%，投資占比接近50%。在此基礎(chǔ)上，2020年無線網(wǎng)資本開支進(jìn)一步增長23.23%，達(dá)1810億元，已超過TDD-LTE整體規(guī)模建設(shè)的首年（2014年，1719億元），略低于FDD-LTE規(guī)模建設(shè)首年（2015年，2041億元），投資占比達(dá)到54.06%，將成為資本開支的主要流向并有望帶動前傳光模塊需求增長。此外隨著2020年SA組網(wǎng)需求的增加，傳輸網(wǎng)部分有望結(jié)束連續(xù)4年的下滑，在2020年實現(xiàn)1.48%的同比增長，投資總額約為834億元。5G網(wǎng)絡(luò)以SA組網(wǎng)為主，需建設(shè)獨立的5G承載網(wǎng)，釋放中回傳光模塊的需求。

2、云計算巨頭資本開支回暖疊加400G產(chǎn)品升級換代，打開數(shù)通光模塊增長新空間

產(chǎn)業(yè)鏈下游云計算巨頭資本開支逐步回暖將推動云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展。受到去庫存和移動互聯(lián)網(wǎng)步入4G后周期流量增速放緩的影響，海外四大云計算巨頭（谷歌、亞馬遜、微軟、Facebook）的資本支出在2018年Q2出現(xiàn)下滑，2019年Q1達(dá)到近一年谷底。隨著廠商去庫存的逐漸完成，2019年Q2和Q3北美云計算巨頭資本開支開始逐步回暖，Q3達(dá)到183億美元，較Q1的143億增長近28.03%。北美5G逐步商用帶來流量增速的提升，疊加2019年底400G交換機(jī)芯片的推出，2019年Q4北美主要云計算巨頭的資本開支持續(xù)提升，資本開支之和環(huán)比增長3.61%，同比增長0.99%，其中增幅最大為Facebook環(huán)比增長16.08%。隨著資本開支回暖和數(shù)據(jù)中心的代際更迭，云基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將有望迎來上升期，打開數(shù)通光模塊需求空間。

國內(nèi)云計算巨頭（阿里巴巴、騰訊和百度）單季資本開支達(dá)近三年峰值。2019年Q4三巨頭單季度的資本開支整體達(dá)到242億元，同比增長由負(fù)轉(zhuǎn)正至37.7%，環(huán)比延續(xù)上升趨勢，增加48.5%。隨著國內(nèi)企業(yè)上云的加速和5G商用后移動數(shù)據(jù)流量的提升，將有望推動國內(nèi)云計算巨頭提升資本開支以提高其處理數(shù)據(jù)能力。

3、光模塊產(chǎn)業(yè)鏈格局呈橄欖球式分布，中游模塊封裝競爭激烈凸顯高端產(chǎn)品價值

較高的技術(shù)壁壘和復(fù)雜工藝流程，光芯片在光模塊成本中占比較高。簡單來看，光芯片主要由光芯片、電芯片、光組件和其他結(jié)構(gòu)件所構(gòu)成，其中上游光器件元件是光模塊成本中的主要部分，在光器件元件中，光發(fā)射模塊TOSA和光接收模塊ROSA成本占比較高。TOSA的主體為激光器芯片（VCSEL、DFB、EML等），ROSA的主體為探測器芯片（APD/PIN等）。隨著市場對光模塊高速率需求的提升，光芯片的性能要求和制造工藝難度在增加，光芯片在光器件以及光模塊中成本占比進(jìn)一步提升，根據(jù)公開資料整理分析，一般光模塊中光芯片成本占比在30%-40%之間，在高端高速光模塊中，這一占比可以達(dá)到50%左右。

《2020-2026年中國光模塊行業(yè)市場運行態(tài)勢及未來發(fā)展前景報告》數(shù)據(jù)顯示：光模塊產(chǎn)業(yè)鏈競爭格局呈橄欖球式分布，上游芯片和下游設(shè)備競爭格局確立，具備技術(shù)和資本壟斷優(yōu)勢，中游競爭較為激烈，模塊廠商眾多，向高端產(chǎn)品升級成為光模塊廠商脫穎而出的重要途徑。光模塊產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為“芯片->器件->模塊->設(shè)備”這四大環(huán)節(jié)。其中上游的芯片、器件和下游的設(shè)備市場參與競爭者較少，但把控著產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)端和需求端，影響較大。中游的模塊則由于技術(shù)門檻相對較低，參與者較多，特別是低端低速的光模塊封裝廠商，所以市場競爭激烈。在技術(shù)差異較小的情況下，激烈的競爭最終體現(xiàn)在光模塊的價格廝殺中，光模塊廠家的毛利率和業(yè)績承受較大壓力，光模塊廠商希望通過向高端400G數(shù)通和25G前傳光模塊的升級，在高端市場占據(jù)一席之地。

上游：主要包括芯片、組件以及兩者組成的光器件。芯片包括光芯片和電芯片，這兩部分占整個光模塊價值量的較大部分，同時由于技術(shù)門檻較高，供應(yīng)商較少，其性能和產(chǎn)能對光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的影響較為深遠(yuǎn)。保持安全的供應(yīng)鏈運轉(zhuǎn)，對光模塊廠商的經(jīng)營尤為重要。目前高端的光芯片和電芯片國產(chǎn)率較低，對進(jìn)口依賴性較大。光組件主要是無源器件和結(jié)構(gòu)件，部分高端產(chǎn)品涉及精密加工領(lǐng)域，也具有較高技術(shù)門檻。

中游：光模塊的封裝生產(chǎn)按應(yīng)用場景不同可分為電信領(lǐng)域和數(shù)通領(lǐng)域，兩者的外觀和功能作用都類似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大，供應(yīng)鏈和下游客戶差別也較大。由于光模塊應(yīng)用場景較多，具體型號需求廣泛，低中高性能的光模塊生產(chǎn)能力要求不同，對應(yīng)生產(chǎn)廠商的實力參差不齊，競爭整體激烈程度較高，但涉及高端高速的產(chǎn)品仍處于藍(lán)海市場。

下游：按光模塊的場景對應(yīng)下游客戶可分為兩大類，電信客戶和互聯(lián)網(wǎng)客戶。電信客戶主要包括電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如無線基站、傳輸系統(tǒng)、PON網(wǎng)絡(luò)等的設(shè)備制造商和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營商；互聯(lián)網(wǎng)客戶則是近年興起的數(shù)據(jù)中心相關(guān)的服務(wù)器、交換機(jī)和路由器的設(shè)備制造商和使用者。兩個市場差異較大但相互間又存在較為緊密的商業(yè)關(guān)系，需綜合分析以對光模塊整體市場有準(zhǔn)確的把握。

產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步向中國集中，國內(nèi)光模塊供應(yīng)商開始主導(dǎo)全球市場，市場份額有望超50%。LightCounting最近一期調(diào)查報告指出，來自中國的中際旭創(chuàng)、海信、光迅科技、華工正源和新易盛等5家光模塊廠商有望在2020年進(jìn)入全球前十，主導(dǎo)全球光模塊市場，對比2010年時只有一家中國企業(yè)進(jìn)入前十。中際旭創(chuàng)有望在2020年終結(jié)Finisar的“連冠”記錄，登頂光模塊前十排行榜。報告發(fā)布時未考慮到新冠病毒的爆發(fā)的影響，如今中國已經(jīng)率先從新冠疫情的陰影中走出，大部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，歐美等國仍深受新冠疫情影響。疊加近期中國5G網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心建設(shè)的加速落地，中國光通信產(chǎn)業(yè)有望率先迎來強(qiáng)勁復(fù)蘇期，中國光模塊廠商有望進(jìn)一步提升全球市場份額。

二、數(shù)據(jù)流量爆發(fā)為數(shù)通光模塊市場注入新活力

1、IDC行業(yè)景氣向上助力光模塊需求增長

數(shù)據(jù)流量爆發(fā)增大對IDC資源需求。由于5G通信技術(shù)下游應(yīng)用空間廣泛，三大應(yīng)用場景下數(shù)據(jù)量將進(jìn)入新一輪爆發(fā)。此外，云計算業(yè)務(wù)的擴(kuò)張和邊緣計算的崛起也使得數(shù)據(jù)流量激增。2021年全球經(jīng)IDC處理的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到20.6ZB，占全球產(chǎn)生流量的比例為99.04%；其中，IDC內(nèi)部處理的流量、IDC之間流動的流量、IDC到用戶的流量分別為14.7ZB、2.8ZB和3.1ZB。全球僅0.2ZB的流量不屬于數(shù)據(jù)中心，占全球流量比例為0.96%。從增速上看，2016-2021年全球數(shù)據(jù)中心流量復(fù)合增速將達(dá)25%；而云數(shù)據(jù)中心流量增速將會更快，年復(fù)合增長率為27%。IDC主導(dǎo)著全球數(shù)據(jù)流量的處理與交換，數(shù)據(jù)流量爆發(fā)將會增加對IDC資源的需求。

光模塊是數(shù)據(jù)中心光通信網(wǎng)絡(luò)重要一環(huán)。數(shù)據(jù)中心中數(shù)據(jù)互聯(lián)互通賴于光通信，而光通信網(wǎng)絡(luò)中光模塊是必不可少的。在數(shù)據(jù)中心中網(wǎng)絡(luò)流量模式可分為兩類，其一客戶端和服務(wù)器之間的流量，其二不同服務(wù)器之間的流量與數(shù)據(jù)中心或不同數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)流?；谶@兩類流量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心通信光模塊可按照連接類型分為三類：第一類是用于實現(xiàn)用戶與數(shù)據(jù)中心之間的互聯(lián)，第二類是用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部互聯(lián)，第三類是用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心之間的互聯(lián)（DCI）。數(shù)據(jù)中心傳輸功能的實現(xiàn)離不開光模塊的參與，光模塊在數(shù)據(jù)中心中處于關(guān)鍵地位，IDC建設(shè)和升級將拉動光模塊需求。

云計算廠商資本開支回暖，逐漸走出去庫存周期。IDC建設(shè)離不開資金投入，云計算廠商作為主要投資來源，對產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展具有一定的影響。由于北美云計算產(chǎn)業(yè)起步較早且發(fā)展較為成熟，所以北美云計算廠商的資本開支（CAPEX）是云計算行業(yè)較為關(guān)注的焦點之一。北美云計算廠商自2018年Q2起進(jìn)入去庫存周期，資本開支（CAPEX）有所放緩。但在2019年Q2情況有所緩解，北美云計算廠商CAPEX環(huán)比重回正值，開支有所放大，正逐步走出去庫存周期。此外，國內(nèi)云計算廠商也加快擴(kuò)張的步伐。其中百度自2019年10月27日以來，一月內(nèi)開工三個超大型云計算數(shù)據(jù)中心；中國移動云能力中心副總經(jīng)理吳世俊在中國移動全球合作伙伴大會表示，移動云的發(fā)展目標(biāo)是三年內(nèi)進(jìn)入國內(nèi)云服務(wù)商第一陣營，三年投資總規(guī)模在千億級以上。

2、IDC葉脊架構(gòu)改變

IDC布局向葉脊架構(gòu)轉(zhuǎn)變。由于過去數(shù)據(jù)流量以南北數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)中心與客戶端之間）為主，三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是IDC主要布局方案。在此方案中，由于三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會對路由交換的路徑具有影響，這將導(dǎo)致東西向流量最多將需要5層的轉(zhuǎn)發(fā)才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移，時延是一個較為突出的問題。根據(jù)思科預(yù)測，2021年數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總量71.5%，有著內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的需求。在數(shù)據(jù)量增加且對時延具有較高要求的情況下，三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已很難滿足數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男枨?。此外，為滿足云計算等應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化、數(shù)據(jù)中心大型化等已經(jīng)成為趨勢，三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已難以適應(yīng)時代發(fā)展。所以葉脊架構(gòu)成為IDC布局的新選擇。葉脊架構(gòu)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心全網(wǎng)狀鏈接，通過鏈接所有葉交換機(jī)和脊交換機(jī)，在服務(wù)器數(shù)據(jù)交換過程中減少設(shè)備尋找或者等待連接的需求，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，滿足高性能計算集群應(yīng)用。在此框架下，一方面可以降低網(wǎng)絡(luò)延遲，另一方面可提升數(shù)據(jù)中心的可拓展性。

葉脊架構(gòu)增加高性能光模塊需求。三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和葉脊架構(gòu)在鏈路的設(shè)計上存在差異。在數(shù)據(jù)中心10G解決方案中，三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在接入層交換機(jī)外部接入以及與內(nèi)部服務(wù)器連接采用1G/10G鏈路連接，匯聚層采用40G鏈路接入和100G鏈路上行至核心層。而葉脊架構(gòu)在葉交換機(jī)外部接入以及與內(nèi)部服務(wù)器之間連接采用10G鏈路，葉交換機(jī)上行與脊交換機(jī)連接采用40G或100G鏈路。在葉脊構(gòu)架下，所有葉脊交換機(jī)需要連接，所以對于高速光模塊的需求較三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)大，其數(shù)量將達(dá)10倍以上。光模塊迭代以應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)升級及架構(gòu)改變。以太網(wǎng)接口的傳輸速率在過去幾十年來大體呈線性增長，增速約每10年增長10倍。在10G解決方案中，服務(wù)器的接口是10Gbps，交換機(jī)間的接口是40Gbps。而隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)，以太網(wǎng)傳輸速率升級已成為趨勢，目前數(shù)據(jù)中心多數(shù)使用25G/100G網(wǎng)絡(luò)方案（服務(wù)器的接口是25Gbps，交換機(jī)間互聯(lián)的接口是100Gbps）?；贗DC向更高速網(wǎng)絡(luò)迭代，對光模塊性能的要求也將有所提升。由于現(xiàn)階段新建IDC大多采取葉脊架構(gòu)且對于部分光模塊進(jìn)行迭代，這將增加對高速光模塊需求。

3、數(shù)通光模塊將迎來迭代

100G光模塊是主流產(chǎn)品，400G產(chǎn)品密集發(fā)布。100G數(shù)通光模塊從2016年起開始大規(guī)模部署，而下一代400G產(chǎn)品已有多家公司發(fā)布，其中不乏國內(nèi)光模塊廠商。100Gb/s光模塊在2017年開始迅猛增長，預(yù)計到2022年，100Gb/s光模塊銷售收入將超過70億美元。目前，100G產(chǎn)品還在大量部署，而對于400G產(chǎn)品，北美云計算廠商大多數(shù)處于產(chǎn)品驗證階段，僅谷歌有小規(guī)模部署。隨著IDC建設(shè)和升級進(jìn)程不斷推進(jìn)，對高速光模塊迭代和放量具有幫助作用。

三、行業(yè)變革：并購頻發(fā)與硅光技術(shù)應(yīng)用

1、并購頻發(fā)，產(chǎn)業(yè)集中度提升

光器件市場并購頻發(fā)，資源整合是主要訴求。一直以來光器件行業(yè)的供應(yīng)商數(shù)量呈現(xiàn)過剩狀態(tài)，光器件企業(yè)并購將對光器件市場帶來光明的前景。資源整合是公司并購重組的主要原因之一。其中，橫向整合是通過合并無源器件和有源器件，在不同產(chǎn)品線之間的補(bǔ)充協(xié)同，形成更全的產(chǎn)品線；縱向整合則是通過上下游收購，形成完整解決方案；技術(shù)整合，硅光子等代表未來的先進(jìn)技術(shù)整合，形成更強(qiáng)的競爭力。無論是何種類型整合，并購都增強(qiáng)公司競爭能力，將有利于公司鞏固市場份額。

并購將加劇市場競爭格局。在并購案中II-VI收購Finisar是業(yè)界焦點之一。Finisar在光器件市場中份額為世界第一，占據(jù)著14%的市場份額，而II-VI也是出貨量較多的龍頭企業(yè)之一，占據(jù)著6%的市場份額。從市場份額來看，兩家企業(yè)合并后將占據(jù)著約20%的市場份額，聯(lián)合體將占據(jù)世界第一的位置。從產(chǎn)品線上看，由于兩家公司在不同領(lǐng)域具有競爭力，合并后將能互為補(bǔ)充，在保持領(lǐng)先的同時能更好的鞏固和開拓市場。II-VI收購Finisar只是眾多并購案中的一例，光器件廠商通過并購不斷補(bǔ)強(qiáng)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。在這種發(fā)展格局下，預(yù)計龍頭企業(yè)將會通過補(bǔ)強(qiáng)的方式來取得更多市場份額。此外，并購對于技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化將具有促進(jìn)作用。所以，光器件市場競爭將會加劇。

總結(jié)：并購已成為光器件行業(yè)發(fā)展趨勢之一。公司在并購中實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)補(bǔ)強(qiáng)從而對現(xiàn)有市場進(jìn)行鞏固和競爭力的提升。所以在此趨勢下，行業(yè)競爭格局將會有所改變，特別是在龍頭之間的并購將會使得競爭加劇。

2、硅光模塊成為技術(shù)發(fā)展趨勢之一

傳統(tǒng)光模塊與硅光模塊在工藝上有所差異。光模塊是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的裝置，在功能上其需要對光信號進(jìn)行調(diào)制和接收。所以光模塊構(gòu)架主要由光源、調(diào)制器、探測器等幾部分組成。傳統(tǒng)光模塊在制造上需要經(jīng)過封裝電芯片、光芯片、透鏡、對準(zhǔn)組件、光纖端面等器件，最終實現(xiàn)將調(diào)制器、接收器以及無源光學(xué)器件等高度集成。各器件通過封裝技術(shù)進(jìn)行集成。對于硅光模塊而言，基于CMOS制造工藝進(jìn)行設(shè)計制備是其最大特點。通過利用硅晶圓技術(shù)，在硅基底上利用蝕刻工藝加上外延生長等加工工藝制備調(diào)制器、接收器等關(guān)鍵器件，實現(xiàn)調(diào)制器、接收器以及無源光學(xué)器件高度集成。

硅光模塊具有獨特優(yōu)勢。傳統(tǒng)光模塊是基于集成電路技術(shù)進(jìn)行制造，其發(fā)展路徑遵循摩爾定律。目前，業(yè)界對于光模塊需求向小型化和高性能發(fā)展，但隨著晶體管尺寸不斷變小，電互連面臨諸多局限，傳統(tǒng)光模塊生產(chǎn)制造面臨著摩爾定律失效的局面。在小型化的背景下，在傳統(tǒng)方案中若提高器件傳輸速率，將面臨耗電量增加且在性能上損耗將增大。硅光集成方案通過將光學(xué)器件與電子元件進(jìn)行整合，實現(xiàn)光信號處理和電信號處理的深度融合，是一種芯片層面和封裝層面的雙重創(chuàng)新技術(shù)。硅光集成技術(shù)將遵循光子集成到光電集成的發(fā)展路線，并最終實現(xiàn)芯片內(nèi)部的光互聯(lián)。此外，由于采用蝕刻工藝進(jìn)行制造，在體積有所減小情況下還能實現(xiàn)快速生產(chǎn)。且在設(shè)計生產(chǎn)過