在新一代高速寬帶接入、數(shù)據(jù)中心及5G建設(shè)驅(qū)動下，寬帶、高速、高密度收發(fā)及傳輸成為光通信及數(shù)據(jù)通信未來發(fā)展趨勢。2028年全球光模塊市場有望突破200億美元，2022-2028年年均復(fù)合增長率約為12%。

大型云服務(wù)運(yùn)營商對高速率數(shù)據(jù)模塊的需求以及電信業(yè)擴(kuò)充光纖網(wǎng)絡(luò)容量的要求都將推動光模塊市場規(guī)模增長，其中光模塊國內(nèi)市場需求規(guī)模為20億-30億美元。云服務(wù)商預(yù)計2024年全年資本支出將明顯高于2023年，北美云服務(wù)商正在對AI系統(tǒng)開展高速率光模塊布署計劃。

據(jù)預(yù)測，2018-2023年中國光模塊部署量占全球的25%-35%，2024-2029年占比略降至20%-25%。中國智能算力規(guī)模年復(fù)合增長率達(dá)33.9%，通用算力規(guī)模年復(fù)合增長率為16.6%。進(jìn)入到AI時代后，光通信與交換機(jī)作為大模型訓(xùn)練架構(gòu)的組成部分，重要性和地位得以突顯，價值也伴隨高端服務(wù)器需求放量而持續(xù)提高。

需求回暖

光模塊通常用于數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)高速、遠(yuǎn)距離、高可靠性的通信。光模塊中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換作用的核心部件是光電芯片，光芯片通常占光模塊成本的40%-60%，電芯片占10%-30%。光通信芯片的成本隨著光模塊速率的不斷升高而提高，速率越快的光模塊，其光芯片和電芯片的成本占比就越高。

芯片工藝技術(shù)壁壘高，研發(fā)成本大，國外大廠占據(jù)高端光芯片、電芯片領(lǐng)域市場大部分份額，而光模塊身處中游，屬于技術(shù)壁壘相對較低的封裝環(huán)節(jié)，國產(chǎn)化率較高。光模塊廣泛應(yīng)用于服務(wù)器網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器和無線基站設(shè)備等各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和應(yīng)用中，覆蓋的距離從不到50米至800多公里不等。光收發(fā)模塊不僅產(chǎn)值占據(jù)光通信器件的最大份額65%，其性能也主導(dǎo)著光通信網(wǎng)絡(luò)的升級換代，在接入端、輸出端等不同細(xì)分市場上均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

下游包括互聯(lián)網(wǎng)及云計算企業(yè)、電信運(yùn)營商、數(shù)據(jù)通信和光通信設(shè)備商等，系光模塊最終用戶。下游客戶話語權(quán)較高，經(jīng)過多年的市場大浪淘沙，海外廠商逐漸被國內(nèi)光模塊廠商超越，全球核心供應(yīng)商被國內(nèi)光模塊廠商占據(jù)。2023年，中國光模塊行業(yè)產(chǎn)量預(yù)計為6.2億只，市場規(guī)模預(yù)計為554.5億元。2015-2023年，中國光模塊出口上升趨勢明顯，年均復(fù)合增速超過10%。2023年下半年，國內(nèi)頭部廠商高速率產(chǎn)品海外訂單逐步起量，營收及利潤雙增。據(jù)統(tǒng)計，2023年12月，全國移動通信基站設(shè)備產(chǎn)量為76.7萬射頻模塊，光纜產(chǎn)量為2658.7萬芯公里，服務(wù)器產(chǎn)量為167.5萬臺，環(huán)比及同比均上揚(yáng)。

2023年11月和12月的出口數(shù)據(jù)亦印證光模塊回暖，出口額分別為28.61億元和35.14億元，環(huán)比分別增長12.6%和22.8%，同比分別增長9.53%和6.08%。光模塊未來需求和市場空間與人工智能的興衰高度綁定，隨著ChatGPT及Sora的問世，AI步入加速期，針對以太網(wǎng)交換機(jī)的800G光模塊需求預(yù)計最快在2024年下半年開始逐步起量，1.6T預(yù)計自2025年開始規(guī)模上量。

性能不斷升級

按速率劃分，光芯片一般分為2.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s及以上各種調(diào)制速率。按功能劃分，光芯片可分為激光器芯片和探測器芯片，激光器芯片用于發(fā)射信號，將電信號轉(zhuǎn)化為光信號，按出光結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片，主要包括 VCSEL、FP、DFB、EML；探測器芯片用于接收信號，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，主要包括PIN和APD。2022年EML大規(guī)模商用的最高速率已達(dá)到100Gb/s，DFB和VCSEL激光器芯片大規(guī)模商用的最高速率已達(dá)到50Gb/s。國內(nèi)廠商目前能夠規(guī)模量產(chǎn)2.5Gb/s、10Gb/s 激光器芯片，25Gb/s激光器芯片僅少部分廠商實(shí)現(xiàn)批量發(fā)貨，50Gb/s、硅光方案激光器芯片大部分廠商仍處于驗(yàn)證試產(chǎn)階段。

大多數(shù)以太網(wǎng)和InfiniBand互連的首選解決方案是提高每通道的數(shù)據(jù)傳輸率，如英偉達(dá)GPU的NVLink或Google TPU的ICI直接I/O到加速器，也需要盡可能高的通道速率。據(jù)報道，英偉達(dá)基于第七代InfiniBand的Quantum-2固定配置交換機(jī)的部署帶來了800G光模塊的規(guī)模部署需求，首款采用224G通道的產(chǎn)品將于2024年年底前推出樣品。

研究機(jī)構(gòu)指出，2022年全球硅光芯片市場價值為6800萬美元，預(yù)計到2028年將超過6億美元，2022年至2028年的復(fù)合年均增長率為 44%。推動這一增長的主要因素是用于高速數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和對更高吞吐量及更低延遲需求的機(jī)器學(xué)習(xí)的800G可插拔光模塊。

天風(fēng)證券指出，2021-2025年交換機(jī)密度預(yù)計大約每2年翻1倍，相對應(yīng)光模塊速率也將同步匹配。例如2021年25.6Tb/s交換機(jī)所對應(yīng)400G光模塊，2023年51.2Tb/s交換機(jī)對應(yīng)800G光模塊，假設(shè)按此速率線性推演，預(yù)計2025年交換機(jī)速率達(dá)到 102.4Tb/s 時，1.6T光模塊的需求也將有望實(shí)現(xiàn)。

目前光調(diào)制的技術(shù)主要基于硅光、磷化銦和鈮酸鋰三種材料平臺的電光調(diào)制器。硅光并不局限于單一的襯底或材料，用于光子集成的各種材料平臺，如薄膜LiNbO3（TFLN）、Sin、BTO、GaAs 等都已顯示出其潛力。傳統(tǒng)的800G可插拔光模塊功耗為14W，而基于CPO的800G光通信技術(shù)只需要5.5W，能耗下降的同時提升了效率，CPO滲透率將從2024年開始快速提升。東方證券認(rèn)為，CPO的進(jìn)度本質(zhì)上是對光模塊、光引擎廠商綜合實(shí)力的長期考驗(yàn)，包括在光模塊零部件、封裝等方面的技術(shù)積累與研發(fā)實(shí)力，以及下游客戶的關(guān)系。

算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)藍(lán)海

英偉達(dá)H100芯片支撐起AI大模型的算力需求，谷歌TPU自2017年起已經(jīng)歷多輪迭代；2020年，亞馬遜訓(xùn)練與推理芯片投入使用，微軟和Meta的自研AI芯片都有望在2024年批量應(yīng)用。

據(jù)估計，2023年問世的GPT-4模型參數(shù)數(shù)量擴(kuò)大到1.8萬億個，訓(xùn)練算力需求上升到GPT-3的68倍，在2.5萬個A100上需要訓(xùn)練90-100天，Open AI近期發(fā)布的Sora則需要更高的算力支撐。

無論是AI模型的訓(xùn)練還是推理均離不開算力資源的支持，天風(fēng)證券指出，算力服務(wù)器集群之間的數(shù)據(jù)交換需要數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)做配套，從而激發(fā)出對高速率光模塊的大量需求。模型龐大的訓(xùn)練任務(wù)需要大量GPU服務(wù)器組成的算力集群來提供算力，而這些服務(wù)器之間需要通過網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行海量數(shù)據(jù)交換，也就需要更高速率的光模塊做匹配。

2023年四季度，谷歌的母公司Alphabet云業(yè)務(wù)繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長，實(shí)現(xiàn)收入91.9億美元，同比增長26%；四季度資本支出110億美元，同比增長45%，絕大多數(shù)開支系針對AI基礎(chǔ)設(shè)施的投入，服務(wù)器居首位，其次為數(shù)據(jù)中心。

Meta 2024年計劃資本支出為300億-370億美元，高于預(yù)期，預(yù)計2024年資本支出將逐季增加。2024年一季度微軟資本支出112億美元，同比增長69.7%，主要系數(shù)據(jù)中心、GPU等AI相關(guān)的前期部署成本增加。2024年世界移動通信大會期間，SK電訊、德國電信、新加坡電信和軟銀宣布計劃成立一家專注于打造特定于電信行業(yè)的大語言模型的合資企業(yè)。

巨頭們爭先恐后的資本投入顯示出大力布局人工智能的決心，預(yù)計2023年三大運(yùn)營商的資本開支合計為3591億元，同比上漲2.0%，算網(wǎng)方面相關(guān)投資均保持20%以上的增速。2022年，中國智能算力規(guī)模達(dá)259.9每秒百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算（EFLOPS），預(yù)計到2027年將達(dá)到1117.4 EFLOPS。2022-2027年期間，中國智能算力規(guī)模年復(fù)合增長率達(dá)33.9%，同期通用算力規(guī)模年復(fù)合增長率為16.6%。

國盛證券認(rèn)為，隨著云計算的發(fā)展，超大型數(shù)據(jù)中心的興起，高速光模塊需求迎來持續(xù)放量迭代，而進(jìn)入到 AI時代后，光通信與交換機(jī)作為大模型訓(xùn)練架構(gòu)的組成部分，將直接影響計算芯片性能的發(fā)揮和整體集群的效率，其重要性和地位進(jìn)一步提高，價值也伴隨高端服務(wù)器需求放量而持續(xù)提高，且迭代速度正在向芯片迭代周期縮短看齊。