算力是数字经济时代新生产力，已成为推动数字经济发展的核心力量、支撑 数字经济发展的坚实基础，对推动科技进步、促进行业数字化转型以及支撑经济 社会发展发挥重要的作用。
根据中国信通院《中国算力发展指数白皮书(2021 年) 》测算，算力每投入 1 元，将带动 3-4 元的经济产出。在 IDC、浪潮信息和清华大学联合编制的 《2022-2023 全球计算力指数评估报告》中，IDC 通过对样本国家的 IT 支出与 数字经济、GDP 的投入产出比计算，IT 支出每投入一美元资金可以拉动 15 美元 的数字经济产出，拉动 29 美元的 GDP 产出。
另外，《2022—2023 全球计算力指数评估报告》也显示，十五个样本国家 的计算力指数平均每提高1点，国家的数字经济和GDP分别增长3.6‰ 和1.7‰ ， 并且预计该趋势在 2023 年到 2026 年继续保持。
算力水平方面，据《中国算力发展指数白皮书（2022 年）》，美国、中国、 欧洲、日本在全球算力规模中的份额分别为 34%、33%、14%和 5%，全球基础 算力竞争以美国和中国为第一梯队且差距在不断缩小。据中国信息通信研究院测 算，2021 年我国计算机设备算力总规模达到 202EFlops，全球占比约为 33%， 保持 50%以上的高速增长，高于全球增速；其中，基础算力、智能算力、超算 算力规模分别为 95EFlops、104EFlops、3EFlops，同比增速分别为 24%、85% 和 30%。
人工智能受算力发展的直接影响，Chat GPT 的推出引起全球范围内的广泛 关注，AIGC 表现出强劲的市场潜力。在 IDC 预测中，全球 AI 计算市场的规模将 从 2022 年 195.0 亿美元增长到 2026 年的 346.6 亿美元，CAGR 达到 15.46%， 其中生成式 AI 计算市场规模将从 2022 年的 8.2 亿美元增长到 2026 年的 109.9 亿美元。AI 的快速发展推动算力需求快速上升。
光通信则是算力网络的重要基础和坚实底座，预计这将进一步推动海外云巨 头对于数据中心硬件设备的需求增长与技术升级。据 Light counting 预测，全 球光模块的市场规模在未来 5 年将以 CAGR11%保持增长，2027 年将突破 200 亿美元。 800G 光模块具有高速传输、高密度、低功耗和高可靠性的特点，可广泛适 用于 IDC 数据中心、光通信骨干网等应用场景。AIGC 的高速发展将进一步促进 数据流量的持续增长和包括光模块在内的 ICT 行业的发展，加速光模块向 800G 及以上产品迭代。
800G 光模块是最新一代光传输系统的标配，拥有巨大的市场潜力。据行业 知名研究机构 Light Counting 预测，800G 光模块有望从 2025 年开始主导市场。 按照销售额口径统计，400G 光模块的市场规模有望从 2022 年的 11 亿美元下降 至 2025 年的 8 亿美元；800G 光模块的市场规模有望从 2022 年的 2 亿美元上 升至 2025 年的 16 亿美元，800G 光模块的占比有望从 2022 年的 7%上升至 2025 年的 50%。
在光通信网络中，光模块是光纤通信系统中的核心器件，是交换机与设备之 间传输的载体，主要用于光网络通信设备上如汇聚交换机、核心路由器、OLT、 DSLAM 等设备的光接口。 光模块是一个功能模块，是进行光电和电光转换的光电子配件，是光收发一 体模块（Optical Transceiver）。光模块的主要作用是发送端把设备的电信号转 换为光信号，接收端把光信号转换为设备的电信号，实现光电信号的转换。
光模块电子元器件主要由激光器、调制器、接收器和控制芯片等部分组成。 激光器是光模块中最重要的部分之一，其功率和稳定性直接决定了数据传输质量 的好坏。调制器是光模块的另一个重要组成部分，其主要功能是将电信号转化为 可传输的光信号，也就是将数字信号或模拟信号调制到激光器输出的光波中，实 现数字光传输。接收器是光模块中用于接收光信号的元器件，其主要功能是将接 收到的光信号转换为电信号，以供后续电子设备进行处理。接收器在接收光信号 时，需要进行放大和滤波等处理，以提高信号的质量并降低噪声。
根据 2022 年 6 月头豹研究院数据，在中端光模块中，光器件成本占比约 73%，电路芯片占比约 18%。在光器件中，光发射组件和光接收组件合计占比 约 80%。根据 2020 年 8 月光库科技公告显示，预计 2023 年薄膜铌酸锂调制成 本构成中，直接材料费比例最高，达到 59%。
3.1、 各类调制器梳理
根据调制光的属性，光调制器可分为幅度调制器、偏振调制器、相位调制 器、波长调制器等。根据光调制中所使用材料的光学特性，主要可以分为折射率 调制器和吸收调制器这两类。根据不同工作原理，光学调制器可分为声光、电光、 全光调制器等。 光通信行业中使用到的调制器一般是电光调制器，是现代通信产业的核心部 件，通过将通信设备中的高速电子信号转化为光信号，在光纤中实现信息的远距离高速传输。光调制器的性能不仅决定了发射光信号的码率、质量和传输距离， 也是光模块尺寸和功耗的决定性因素。因此，电光调制器是高速光通信链路核心 器件之一。 目前，常见的电光调制器按材料划分主要可以分为硅基调制器、石墨烯调制 器、磷化铟（Indium Phosphide，InP）调制器、聚合物调制器和铌酸锂（Lithium Niobate，LN）调制器等。
硅基调制器是利用硅材料的等离子色散效应来实现对光场的调控，从而实现 高速的电光转换。硅基调制器具有尺寸小、工艺兼容、制造成本低等优点。然而， 受限于硅材料中载流子的迁移速度，硅基调制器的线性度较差，进而会影响整个 微波光子系统的动态范围。除此之外，硅基调制器的消光比较小，因此不适用于 长距离的通信场景。
对于石墨烯调制器而言，可以通过化学掺杂或外加偏置电压调控石墨烯中的 载流子浓度，从而实现电控石墨烯的光吸收能力。但是，石墨烯调制器的能耗较 大，同样不适用于长距离传输系统中，并且石墨烯调制器无法承受高功率电信号 的驱动。
InP （ 磷 化 铟 ） 调 制 器 中 的 电 光 转 换 是 由 量 子 阱 限 制 斯 塔 克 效 应 （Quantum-Confined Stark Effect，QCSE）来实现的，其主要原理是通过控 制外加电场的变化，引起载流子变化从而实现折射率变化，但同时伴随电致吸收。 由于 InP 属于 III-V 族材料，因此 InP 调制器可以实现与激光器和探测器的单 片集成，但是面临电光调制带宽受载流子迁移速率的限制、调制线性度差、器件 损耗较大的缺点。
有机聚合物电光调制器是利用有机聚合物被极化以后，在外部电场的作用 下，材料的折射率会随着电场的变化而发生变化，从而实现电光调制。尽管有机 聚合物电光调制器的调制带宽较大，但是它可能会发生退极化以及老化的现象， 从而引起信号传输不稳定的问题。
铌酸锂材料具有较强的电光效应，其折射率会随着外部驱动电压发生线性变 化，是实现电光调制功能的重要材料之一。通常来说，铌酸锂调制器的响应时间 在飞秒级别以上，它的透明窗口宽，温度特性好，因此利用铌酸锂可以实现快速、 稳定的电光调制。目前，大多数商用铌酸锂调制器采用的是块体材料铌酸锂，基 于钛扩散或质子交换制成的波导。这些波导的纤芯和包层之间的折射率对比度较 低，其光学模式的尺寸非常大。较弱的光学限制要求金属电极与光波导间隔很远， 降低了电光效率。以上原因导致了传统铌酸锂调制器的尺寸较大，并且需要很高 的驱动电压。除此之外，传统的分立式铌酸锂器件无法进行片上集成，不利于系 统集成化的进一步发展。
近年来，随着材料、光子集成与微纳加工等相关科学与技术的快速发展，出 现了许多具有高调制速率、低功耗、低成本以及高集成度的电光调制器，其中最 典型的是薄膜铌酸锂调制器。体材料铌酸锂电光调制器中的波导对光学模式的限 制能力较弱，导致器件的电光调制效率偏低，存在器件半波电压高、带宽受限、 尺寸大等不足。与传统的体材料铌酸锂相比，薄膜铌酸锂在继承其固有线性电光 效应强和本征光损耗低等优点的同时，可以大幅度缩短调制电极与波导之间的间 距，从而获得较大的电光调制效率。
3.2、 铌酸锂调制器具有更高速率，顺应单波 200G 及以 上发展趋势
根据华经产业研究院观点，目前行业内的主流电光调制器有三种，其基底分 别采用硅、磷化铟和铌酸锂材料，并且根据其优缺点不同，可适用于不同通信距 离的应用场景。基于硅基的调制器速率约为 60-90Gbaud，基于磷化铟（InP）调制器可达到 130Gbaud，而基于 LiNbO3 的调制器可能超过 130Gbaud。基于 这种优势，铌酸锂调制器在长途相干光传输和超高速数据中心的场景具备良好的 竞争力，主要用在 100Gbps 以上的长距骨干网相干通讯和单波 100/200Gbps 的超高速数据中心中。
根据 OFweek 光通讯网，铌奥光电开发的薄膜铌酸锂调制器芯片目前已可 实现超低驱动电压（Vπ＜1V）和高速率（最新记录 260Gbaud）。薄膜铌酸锂 调制器的低半波电压、大调制带宽、低光学损耗、高线性度以及高消光比等优点 是实现高速光通信和高性能微波光子系统的理想途径。 根据头豹研究院观点，QSFP-DD 是 400G 光模块主流的封装形式，其主要 通过 8*50Gbps 实现 400G 速率，随着后续 800G、1.6T 甚至更高速率光模块的 推进，也将推动单波 100G 以上技术不断发展。根据中兴光电子技术有限公司 《800Gbit/s 光模块技术及应用》的观点，从长期来看（2026 年前），光/电单 信道 200 Gbit/s 技术将会实现普及；从短期来看（2024 年前），由于单信道 200 Gbit/s 的光电芯片器件和均衡技术目前尚不成熟，产业界仍需要时间来突破相关 技术瓶颈，因而铌酸锂技术路线未来可期。
3.3、 国内外产业头部企业均已布局铌酸锂调制器路线
考虑到薄膜铌酸锂材料优异的性能，当前主要光模块厂商新易盛、联特科技 等以及供应商光迅科技、华工科技等均已布局铌酸锂技术路线。
4.1、 铌酸锂单晶生长过程中的热场设计或为核心制备 环节
铌酸锂需要经过单晶生长、退火极化、定向等数十个流程，制备流程复杂， 工艺难度大，国内目前部分厂商如天通股份等已掌握单晶生长、切片、黑化、抛 光等技术申请专利。
由于下游器件向小型化、批量化、低成本方向发展，因而也要求铌酸锂晶体 材料向大尺寸方向发展，其中单晶生长为最核心的环节之一，根据徐秋峰专利《一 种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法》中介绍： 国内现有铌酸锂产品以 4 英寸为主，对于大尺寸(6 英寸、8 英寸、10 英寸) 铌酸锂单晶生长来说，存在生长界面温场调控困难、继承性缺陷多、晶体热应力 大等问题，极易导致晶体开裂。同时大尺寸铌酸锂晶体存在较高的边际温度，使 得锂离子易高温挥发，导致铌酸锂晶体中含有大量的本征缺陷，以及晶体居里温 度不稳定且一致性差，严重影响晶体的质量，限制了其在许多领域的应用。 因而单晶生长过程中的热场设计或为最重要的环节之一。公开号为 CN113529170A 的发明专利公开了一种超大尺寸铌酸锂单晶的生长方法，采用 提拉法制备小尺寸晶体，在小尺寸晶体生长结束后提拉一段细颈，然后进入扩肩、 等径和收尾阶段，完成超大尺寸铌酸锂单晶的生长，以此解决中心热量对流不利 问题。公开号为 CN111206282A 的发明专利公开了一种 8 英寸铌酸锂晶体的生产方法，采用多层温场，保证温场均匀无突变，避免晶体多晶和开裂；制备多晶 原料时进行多次混合烧料，确保晶体居里温度稳定。 2023 年 5 月 8 日，位于徐州经开区的天通凯巨科技有限公司铌酸锂大尺寸 晶片项目正式量产，意味着在光通信领域关键原材料上成功突破“卡脖子”技术， 实现国产化替代。
4.2、 大尺寸铌酸锂晶片仍被国外厂商垄断，但国内企业 产品部分指标已接近国外第一梯队
全球铌酸锂单晶行业主要企业为日本信越化学、日本住友金属、德国爱普科 斯、德国 Korth Kristalle、中国台湾兆远科技、中国大陆德清华莹和天通股份等。 根据共研网数据统计，2021 年国内铌酸锂企业产能主要集中在德清华莹和天通 股份，约各占 40%，而目前大尺寸铌酸锂晶片市场仍被国外厂商垄断，国产率 低于 5%。国内已有诸如天通凯巨（天通股份子公司）、南智芯材、德清华莹等 企业布局大尺寸产品，未来国产替代可期。
从主要各公司官网展示的产品指标看，如厚度偏差、翘曲度、透光范围等核 心指标国内企业已接近国外第一梯队日本住友金属、德国 Korth Kristalle 等企 业。
铌酸锂根据不同应用场景分光学级和声学级，被用于制备声学滤波器、谐振 器、延迟线、电光调制器、电光调 Q 开关、相位调制器等器件。这些器件在手 机、电视机、光通讯、激光测距、电场探测器等发挥重要的作用。
根据智研咨询报告，2022 年全球铌酸锂单晶市场规模为 3.17 亿美元，中国 铌酸锂单晶行业市场规模逐年攀升由 2016 年的 1.32 亿元增长至 2022 年的 3.56 亿元；2022 年进口铌酸锂单晶和国产铌酸锂单晶的均价分别为 488 元/片和 208 元/片；2022 年国内铌酸锂单晶需求量为 162 万片；据此计算出 2022 年海外需 求约为 365 万片。假设按照声学级铌酸锂：光学级铌酸锂=9:1 的比例测算，则2022年全球声学级铌酸锂晶体和光学级铌酸锂晶体需求量分别为474万片和53 万片。 根据半导体企业 Resonant 统计，2016-2020 年全球射频滤波器市场规模从 50 亿美元增长至 150 亿美元，平均复合增长率为 31.6%，预计到 2025 年市场 规模有望超过 302 亿美元。根据头豹研究院《2020 年中国射频滤波器行业精品 报告》的数据，按照约 0.17 美元单个射频滤波器价值量测算，全球射频滤波器 数量有望从 2022 年 1157.6 亿个上升至 2025 年的 1761.7 亿个。根据 Yole 预测， 2022 年 SAW 滤波器占比为 40%，我们假设后续 SAW 滤波器的占比保持 40% 不变。
根据切割数量=（晶圆面积/芯片面积-π*（晶圆直径/芯片对角线长度））* 良率计算，假设 SAW 滤波器芯片尺寸为 0.95mm*0.65mm，良率为 80%，则 单个 4 英寸铌酸锂晶圆可制造滤波器数量为 9086 个，对应全球 SAW 滤波器消 耗声学级铌酸锂晶体数量有望从 2022 年的 458.7 万片上升至 2025 年的 698 万 片；全球声学级铌酸锂晶体需求有望从 2022 年的 474.1 万片上升至 2025 年的 713.9 万片。 根据 Light Counting 预测，假设 400G 光模块的市场规模从 2022 年的 11 亿美元下降至 2025 年的 8 亿美元；800G 光模块的市场规模从 2022 年的 2 亿 美元上升至 2025 年的 16 亿美元。
考虑到薄膜铌酸锂调制器在长距离场景更有优势，我们做两种情形假设： 保守估计：2025 年 800G 光模块中，薄膜铌酸锂调制器占比达到 5%；400G 光模块中，薄膜铌酸锂调制器占比达到 1%。按照前文切割数量的公式计算，假 设 50%良率，单个 4 英寸铌酸锂晶圆可制造薄膜铌酸锂调制器数量 25 个，假设 按照单通道 200G 测算，单个 400G 光模块和 800G 光模块各使用 2 个和 4 个薄 膜铌酸锂调制器，则全球光模块领域消耗光学级铌酸锂晶体数量有望在 2025 年 达到 2.3 万片。 乐观估计：2025 年 800G 光模块中，薄膜铌酸锂调制器占比达到 15%；400G 光模块中，薄膜铌酸锂调制器占比达到 5%。按照前文切割数量的公式计算，假 设 50%良率，单个 4 英寸铌酸锂晶圆可制造薄膜铌酸锂调制器数量 25 个，假设 按照单通道 200G 测算，单个 400G 光模块和 800G 光模块各使用 2 个和 4 个薄 膜铌酸锂调制器，则全球光模块领域消耗光学级铌酸锂晶体数量有望在 2025 年 达到 7.1 万片。
根据华经产业研究院观点，光学铌酸锂下游光纤陀螺占比较大，对铌酸锂的 需求较为依赖，预计中国光纤陀螺市场规模有望从 2021 年的 156.6 亿元上升至 2024 年的 257.7 亿元，2021 年-2024 年 CAGR18%，我们以此增速近似替代其 他领域光学级铌酸锂晶体数量的增速。结合以上保守和乐观两种假设，我们预计 2025 年全球铌酸锂晶体需求有望达到 802.7-807.6 万片。 根据光库科技公告，假设 2022-2025 年薄膜铌酸锂调制器价格为 5865 元/ 件，对应 2022-2025 年毛利率分别为 29%/32%/35%/50%，假设薄膜铌酸锂晶 体占营业成本的比例为 15%，以此推算出 2022-2025 年光模块领域薄膜铌酸锂 晶体单价为 15805.6/15137.8/14469.9/11130.7 元每片。根据先前保守和乐观 的假设，预计 2025 年光模块领域薄膜铌酸锂晶体的市场规模有望达到 2.5-7.9 亿元。 综上所述，根据保守和乐观假设，预计 2025 年全球铌酸锂晶体市场规模有 望达到 35.0-40.4 亿元，2022-2025 年 CAGR 17.9%-23.6%，其中光模块领域薄 膜铌酸锂市场规模的占比将有望达到 7.2%-19.6%。
6.1 天通股份——以材料为核心，电子材料+专用装备 协同发展
天通股份主要围绕“以材料为核心，电子材料+专用装备协同发展”的发展 战略，聚焦在粉体材料和专用装备、晶体材料和专用装备两条业务。电子材料中 主要产品包括磁性材料、蓝宝石晶体材料和压电晶体材料，专用设备产品主要为 晶体材料专用设备和粉体材料专用设备。公司上市来营业收入不断增长， 2001 年-2022 年 CAGR 为 14.36%，其中 2017-2022 年营业收入 CAGR 达到 15.64%， 近年来营收增长依然强劲，反映公司在经历多年成长后依旧具备十足潜力。
公司 2022 年实现营业收入 45.08 亿元，同比增长 10.35%，营业收入增长 主要来源于专用装备制造与安装业务中光伏设备业务、电子材料制造业务中磁性 材料制造业务和电子部件制造与服务；实现归母净利润 6.69 亿元，同比增长 61.30%；实现扣非归母净利润 3.67 亿元，同比增长 25.81%。公司 2022 年毛 利率和净利率分别为 25.43%和 14.95%，毛利率同比下降 0.5Pct，但是净利率 提升 4.6Pct，系 2022 年期间费率同比下滑 1.24Pct 同时 2022 年投资净收益较 2021 年显著提升。 2023 年前三季度公司实现营业收入 28.88 亿元，同比-15.25%；归母净利 润 2.79 亿元，同比-57.22%；2023 年前三季度公司毛利率和净利率分别为 22.28%和 9.77%，较 2022 年报下滑 3.15Pct 和 5.19Pct。根据公司公告，公司 2023 年前三季度归母净利润同比下滑主要系 2022 年同期公司取得转让博创科 技股权投资收益基数较高所致。
后续公司积极完成产业战略布局和客户结构转型，新材料产业基地、电子部 品产业基地和专用装备产业基地建设完成并投入运营，公司经营逐步向好。公司 磁性材料销售量总体保持稳定，滤波磁性材料和镍锌磁性材料销售量总体处于下 降趋势。
公司蓝宝石晶体材料销量呈现分化的趋势，蓝宝石窗口片 2020-2022 年销 量相对稳定，但相较 2017-2019 年大幅度下降；蓝宝石衬底总体呈上升趋势， 但 2022 年出现下滑；蓝宝石晶棒增长迅速，2022 年销量同比增长达 156.97%。 专用设备方面，公司重点关注光伏硅片生长及加工设备、锂电正极烧结设备市场， 受益于相关政策和公司专用设备的核心竞争力，公司专用设备销售量保持连年稳 定增长，2017-2022 年复合增长率达到了 22.84%。
公司压电晶体材料以钽酸锂和铌酸锂为主，具有非线性效应、电光效应、声 光效应、光折变效应、压电效应与热释电效应等多种物理特性,在表面声波器件、 光电器件、声光器件等方面获得广泛的应用。尤其是铌酸锂单晶薄膜在薄膜滤波 器、集成光电器件等领域的性能具有明显优势，被称为新一代信息和通信技术的 关键材料。 据 2022 年年报披露，公司自主研发长晶技术和长晶设备，已批量成功开发 出 4-6 英寸不同规格、品种的声表级晶体和声表级铌酸锂、钽酸锂、掺杂钽酸锂 晶片和黑化抛光晶片，产品质量稳定，已为多家国内、外公司认证通过。公司也 已开发出 8 英寸压电晶体材料。 2022 年 11 月 16 日天通股份公告，完成定增募资 23.45 亿元，用于大尺寸 射频压电晶圆项目、新型高效晶体生长及精密加工智能装备项目、补充流动资金 及偿还银行借款。2023 年 5 月 8 日，位于徐州经开区的天通凯巨科技有限公司 铌酸锂大尺寸晶片项目正式量产，根据公司公告预测，该项目完全达产后实现年 均净利润 2.6 亿元，IRR16.92%（所得税后）。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
