电信与数通同步升级，光模块景气向上
网络升级促使光模块更迭，电信和数通需求共振。光模块按照需求场景 主要可分为电信和数通两大市场，移动互联迅猛发展，网络升级成为必 然，端口速率的持续提升，促使光模块持续升级。2018 年以来，光模块 又步入升级的过渡期，更高速率的新品陆续送样测试，为新一代网络架 构积极准备。根据 Source，2020 年起数据中心内光模块将从 100G 全 向 200/400G 端口过渡，5G 接入网侧向 25G 及以上演进，DCI 与骨干 网向 400G 升级，电信和数通市场出现需求共振。
光模块市场步入新的快速发展阶段。未来五年，数通网向更大流量迭代 和电信 5G 建设共同推动光模块市场上行，叠加新冠疫情对于线上生活 工作模式的培养，本轮信息基础建设将力度空前，推升光模块市场规模 向上。根据 LightCounting 预测，全球光模块市场规模将从 2019 年不足 70 亿美元，发展到 2025 年接近 180 亿美元，年复合增速约为 17%，光 模块总市场空间大幅扩张。
疫情强化需求，网络升级发力点在端口
疫情改变需求，在线设备数和人均时长均创下新高。新冠疫情爆发后， 全国各省市启动严格的防护措施，民众在隔离状态下，各类需求也从线 下大量转至线上，对互联网依赖度进一步加大。今年春节前后，移动设 备连接数同比增加 5%；移动互联用户人均单日在线时长同比增 20%左 右。根据极光发布的《2020 年 Q1 移动互联网行业数据研究报告》， 2020Q1 人均单日 app 使用时长达 6.7 小时，而往年同期为 2.4 个小时， 增幅高达 55.81%。
节后办公和教育在线化对网络和应用影响深远。春节结束后，各地要求 企业员工延迟到岗，线上办公需求井喷，阿里钉钉、华为 WeLink 等线 上办公应用紧急扩容，并相继降低企业使用成本；教育部同样推迟入校 时间，线下教学向线上转移，根据极光发布的报告，2020 年 3 月，企业 应用和 K12 教育行业成为用户规模增长较多的两个行业，同比增量分别 达 2.40 亿和 1.97 亿，同比增幅分别为 181.8%和 84.2%。人均日使用 时长也显著增长，主要集中在线上小视频和线上办公学习等领域。
移动互联流量保持快速增长。整体上移动互联流量延续了高增长态势， 根据工信部数据，2020 年 1-6 月，国内移动互联网累计流量达 745 亿 GB，同比增长 34.5%，其中通过手机上网的流量达到 719.67 亿 GB， 同比增长 32.31%，占移动互联网总流量的 96.6%。从个体来看，6 月当 月户均移动互联网接入流量（DOU）达到 10.14GB/户，同比增长 29.33%， 实现 DOU 连续两个月超过 10GB。疫情对线上业务促进作用，中短期全 球疫情难以完全控制，预计流量整体仍高速向上仍将延续。
流量非线性增长，网络端口速率是适配瓶颈。根据工信部数据，4G 以 来国内移动流量从 2014 年的 20.6 亿 GB 到 2019 年升至 1220 亿 GB， 增长超 58 倍；2014 年 DOU 为 0.2GB，到 2019 年已达 7.82GB，翻了39 倍。移动流量的非线性增长不断给网络形成重大挑战。数据中心建设 铺开，大量机柜和服务器纳入，本质上还是线性扩容，若要满足移动流 量的指数型增长和相应的数据中心内流量的杠杆放大，则实际匹配需求 的瓶颈点落在了端口速率上。概况而言，只要流量非线性增长仍在延续， 交换机和服务器端口速率的代际升级就在逻辑上存在必然性。
光模块是光电接口的主要形态，长期向大带宽、高集成、小型化方向演 进。电信号需要在大带宽条件下较长距离传输，必须在光纤完成，因此 衔接 IC 处理后的电信号和光纤的光电转换接口逐步兴起，并独立成标准 化的模块。从 90 年代的 GBIC 开始，经过 SFP、XFP、SFP+、CFP 和 QSFP 等封装方式的迭代，光模块的定义一直向着更大带宽、更高集成、 更小体积（功耗）的方向发展。光器件的设计制造、光模块的封装测试， 至今形成了百亿美元的市场。持续的技术演进创造出众多新进厂商、也 促成了若干整合，随着需求和技术壁垒同步提升，该赛道正在拓宽，在 头部集中化的同时也涌现出更多新进者，蕴含众多机遇。
技术迭代加快，竞争格局正在剧变
高性价比是光模块的竞争核心。光模块产品在既定标准条件下，各厂商 的器件、设计、封装测试方面有很强的自主性，使得同款产品在性能和 成本上差异巨大，高性价比是光模块的竞争核心。国内厂商主要分为本 土发展和海归创业两大主体，本土厂商较早起步，体系完善但高端产品 相对滞后，近年随着海归团队的助力和产业集群完善，国内厂商在封测 领域快速提升，实现了从追随到引领的转变，高端新品具备了先发优势， 成本也在伴随规模持续优化。良好的盈利保障了国内企业高效的，在高 端产品和产业链上游正前瞻性投入，进入良性循环。
产业重心显著向国内迁移。国内市场快速发展，整体需求占据了全球过 半。凭借精密设计和规模制造优势，产品性价比突出，全球产值也在向 国内集中。根据 Lightcounting 报告，从 2010 到 2019 年，全球前十大 厂商中国内产值规模占比从 10%跃居到 40%以上，预计到 2020 年， TOP10 光模块厂商中将有旭创、海信、光迅、华工正源以及新易盛等 5 家国内厂商上榜，产值逼近 50%，旭创更是有望登顶光模块市场，中止 Finisar 卫冕神话。中国已经成为光模块需求和制造中心。
海外厂商战略收缩，聚焦上游核心环节。由于行业回报降低，制造成本 难以压缩，海外厂商纷纷降低光模块中后道环节投入，业务逐步向高盈 利率的上游光电芯片和外延材料收缩。海外市场格局发生较大的变化， 部分剥离的优质光模块/器件业务将有望被国内厂商收购，从而加速已经 在布局推进的上游自主替代进程。
国内头部厂商竞争优势保持提升。随着海外厂商收缩，在制造环节与需 求响应上的差距进一步与国内拉开，国内龙头厂商进入正循环，优势正 持续巩固。自 2013 年以来，国内头部厂商的营收均步入上升快车道， 产能爬坡顺利，迭代升级加快。第一梯队（营收 30 亿以上）：旭创已经 独步全球 100G 数据中心光模块市场，并在 400G 保持领先性，光迅和 海信布局全产业链，受益于海内外需求放量和自主替代；第二梯队（营 收 10 亿以上）：新易盛技术沉淀释放、突破电信和数通重点市场，华工 正源以优势份额突破电信市场。可以预见第三梯队（10 亿以下营收）的 厂商也有希望在产业变局中快速站上新台阶。
产业趋势已现，关注本土机遇。光模块全球市场需求和规模在打开，技 术在不断迭代，中国企业能够参与业务领域在拓宽，行业属性将更有利 于国内厂商发挥竞争优势。我们认为光模块是在未来五年能够持续发掘 本土企业新机会的重点赛道。
北美 ICP 和国内新基建共促需求放量
北美 TOP7 厂商资本开支同比增速筑底，行业景气拐点确立。从 2013 年开始，随着 4G 商用驱动移动互联业务激增，数据中心建设需求启动， 从 2013 到 2018 年，北美 TOP7 的 ICP 总资本开支趋势向上，规模从 310.5 亿美元到 836.55 亿美元，年复合增速 21.95%。其间在 2015 年， 出现过连续四季度的同比增速低迷，之后再次向上创出新高。
在 2019 年内，云厂商资本开支再次呈现季度同比增速处于低位，已筑 底 4 个季度，从 2020Q1 起开始明显向上，20Q1 北美云厂商资本开支 单季度同比增长 24.18%，行业增速回升势头强劲。其中 Amazon 增幅 最大，同比+99.48%，达到 54.28 亿美元，其他三家也有结构性增长。 我们预计在疫情催化下，北美数据中心整体资本开支将保持稳步增长。
新基建政策支持明确，国内需求有待释放。在 2018 年底召开的中央经 济工作会议上，习总书记指出要“加快 5G 商用步伐，加强人工智能、 工业互联网、物联网等新型基础设施建设”，“新基建”一词由此而来。 当前官方确定的“新基建”主要涵盖七大领域：5G 基站建设、特高压、 城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工 智能和工业互联网。2020 年 2 月，政治局常委会明确要求加快新基建速 度，全国各地陆续颁布政策支持 IDC 建设。
国内 ICP 厂商开支规划有望站上新台阶。在政策加持背景下，国内头部 ICT 厂商相继抛出资本开支规划，腾讯宣布未来五年将投入 5000 亿元 用于布局新基建，阿里也声称未来 3 年将在此领域投入 2000 亿元，而 此前国内 BAT 头部三家年内最高 CAPEX 不过 1300 亿，新基建将落实 国内 ICT 厂商资本开支向上跨越一个台阶。
100G 仍为主流需求，带动国内厂商发展
40G 需求是北美 ICP 自主构建供应链的起点。40G 模块需求最早来源于 北美 IDC 市场，主要需求是一线互联网内容提供商（ICP）对数据中心 内部东西向大容量传输需求的急速增加，从租用运营商机柜转向全面自 建，开始释放 4*10G 的光模块需求，40G 的单模和多模光模块的技术开 发和批量交付充分磨砺了产业，苏州旭创就是在此阶段切入北美供应链，经过北美 ICP 认证的供应商有可能持续受益大规模投资和产品升级。
目前北美 40G 市场已经趋于饱和，基本 100G 需求所替代，但海内外 依然保有了部分 40G 市场。根据 LightCounting 预计，全球 40G 光模块 年出货量在 2020 年约为 150 万只，其生命周期还会持续三年以上。
北美数通网市场带动了新进厂商的快速成长。国内以苏州旭创为代表的 新厂商依靠自身前期工艺积累，紧跟 40G 需求积极参与大客户打样测试， 形成过硬的产品封测能力，在成本、性能方面持续优化，在需求上量时， 产品已具备领先竞争力，迅速抢夺到市场份额。根据公司公告，旭创在 2015 年成为全球 40G 单模光模块出货量最大的公司。数通网客户需求 向更高速率发展，认证开放透明、定价市场化，给予了类似国内厂商凭 借先进的工艺技术、性价比优势和紧密服务持续导入并长期成长的机遇。
100G 出货量高峰延长。由于移动互联快速渗透，业务发展阶段性饱和， ICP 厂商在 2019 年调整了资本开支，谨慎规划面向下一代端口速率的 升级。从另个角度，这样的调整延长 100G 生命周期，在经历了四年的 商业成功后，持续的降价和技术优化，使 100G 产品的性价比表现十分 突出，这在同时也延缓了400G产品推出规模化应用。根据LightCounting 预测，从 2020 到 2024 年，100G 出货量将从年 1500 万只提升到接近 3500 万只，生命周期大幅延长。
100G 市场规模将长期占据主导。海外的 100G 光模块需求仍然强劲， 在经历 2019H1 去库存后，云厂商资本开支的环比回暖，客户对 100G 光模块需求快速反弹。国内在新基建等政策刺激与产品固有升级驱动下， 数据中心建设与升级进度加快，有望接力海外成为新的 100G 增长点。
根据 LightCounting 预测，2020 年 100G 市场规模将接近 40 亿美元， 到 2024 年有望达到 51.54 亿美元的高位，年复合增速 13.58%。长期来 看，虽然带宽在向更高速过度，但 100G 成熟度高，价格持续优化，产 品潜力仍在深挖，未来 4 年产值仍占主导地位，预计 2024 年 100G 产 值占比约为 56%。短期来看，2019 年下半年 100G 需求逐步回暖，国 内 BAT 和华为需求拉动明显，都将为国内的成熟供应体系引入更多机会。
400G 开始放量，新一轮需求启动
400G 光模块已经起量。为实现 400G 交换机产业配套，相关光模块一 般在对应速率交换机芯片发布后的两年开始起量，例如首款 100G 交换机芯片于 2014 年发布，对应 100G 光模块在 2016 年放量。。首款 400G 光芯片于 2017 年底送样，对应 400G 光模块在 2019 年开始小批量供应。 今年商用条件逐渐成熟，产品性能指标趋于稳定，价格也正向更具比较 优势的方向靠拢，我们预计今年将迎来 400G 需求放量，并以类似 100G 产品商用的发展曲线，呈现非线性增长。
短期 200G 性价比较好，起到过渡作用。200G 当前更具成本优势，放 量略早于 400G，但 400G 产业链配套更全面，有利于长期稳定供应。 鉴于 400G 规模化商用晚于预期，价格下降缓慢，而 100G 不能充分满 足对流量密度的要求，于是 200G 有了较长时间的发展，具备了一定的 成本和技术优势，开始占据一席之地，例如 Facebook 结合自身建设规 划和方案特点明确采用 200G 方案，其作为过渡性产品仍可能在一定时 间内存在。
短期看，200G 和 400G 都将历经快速增长。根据 LightCounting 预测， 2020 年 200G 和 400G 均为不到 100 万只的水平，200G 预计为 30 万 只，400G 预计超过 50 万只。到 2024 年 400G 充分放量，有望达到 800 万只/年，年复合增速 70%以上。200G 预计 2023 年增速放缓，2024 年 量稳定在 300 万只不到的水平。
长期来看 400G 是高速主流，将迎来加速发展。从长期看 200G 增长将 显著放缓，400G 将是下一代以太网光模块的主流。根据 Omdia 的发货 数据，200G 的模块种类只有 100m SR4 和 2km FR4 两种，其中 100m SR4 只有旭创和光迅两家供应商。反观 400G 的模块种类达到了 5 种， 对应大厂商皆对 100m、500m 和 2km 模块进行了布局，产业配套完善。
市场规模呈现非线性增长。根据 LightCounting 预测， 2020 年 200G 和 400G 市场规模分别为 2.6 亿美元和 4.6 亿美元，随着价格的优化和 产品大批量出货，市场规模将呈现非线性增长，400G 到 2024 年约有 30 亿美元市场规模，CAGR+59.81%；200G 市场规模约 8 亿美元， CAGR+33.39%。
200G 和 400G 国内厂商已抢占先机。国内厂商在 200G/400G 光模块方 面，已经有领跑趋势，旭创早在 OFC 2018 上就推出全球首款 400G QSFP-DD FR4 光模块，并同步发布 400G OSFP 和 QSFP-DD 新品，其他 厂商如新易盛、光迅科技、海信宽带等均相继发布 200G /400G 产品。从产 品类型上看，国内企业卡位更全面，对于主流的 QSDF56-DD 和 OSFP两种封装路径均有布局，在 400G 光模块市场起到了先导作用，有望充 分享受产业升级带来的数百亿市场红利。
5G 建设步入上升期，拉动光模块需求
5G 建设带动资本开支进入上升周期。4G 建设投入在 2015 年达到高峰后逐 步回落，并在 2018 年触及低点。从 2019 年起国内 5G 建设序幕拉开，三大 运营商资本开支有望稳步回暖。根据运营商 2020 年披露的资本开支计划， 全年支出将达到 3425 亿元，同比增长 11.65%。此外广电和中国铁塔也将规 划 5G 相关开支，形成重要助力。
5G 投资总规模和时间跨度远超 4G。我们预计，国内运营商总开支从 2019 年企稳回升后，有望经历三年的加速向上，2022 年达到 17.72% 的增速高点，略超 4G 阶段 16.87%的最高增速。2023 年国内总开支预 计达到 4980 亿元规模高点，超过 4G 阶段 4386 亿的规模高点，其后有 所回落。4G 建设的 2013 到 2019 时段总开支 24067 亿元，5G 建设的 2019 到 2025 时段总开支约为 29034 亿元，累积提升幅度约 20%。
5G 承载网扩容升级，光模块全面替换。5G 更高的性能指标，使得其在 多网络层次上对光模块数量和品类提出全新要求。5G 前传是对光模块 数量需求最大部分，规格较 4G 大幅提升。5G 前传光模块面向 10~20km 内的连接需求，以实现基站射频子系统与基带板之间的连通，因而与基 站、AAU 数目呈现出线性相关性，是整个 5G 承载中数量最庞大的部分。 网络拓扑以星型（单基站对多 AAU）为主、环形网为辅的方式。5G 基 带板与 AAU 直接若以光纤直连，通常采用 25Gb/s 速率的 eCPRI 接口； 若存在 WDM 设备，则支路侧采用 25Gb/s 速率的彩光模块，干路侧采 用 N*25Gb/s 或 100Gb/s 彩光模块。
中回传面向 40km 之内的基站与核心网互联，规模商用后客户侧以 25/50G 光模块为主，线路侧主要采用 50/100G 并结合波分技术；数据 中心间互联（DCI）和干线网络中，客户侧速率在规模商用后将达到 100/400G，线路侧速率为 200/400G 结合波分技术，随着带宽需求不断 加大，网络各层级的端口速率还将不断有序升级。
无线接入网光模块规模和占比双双提升。光模块市场迎来长期增长， 显 著提升。考察细分市场，无线接入侧光模块受益于基础设施建设推进， 规模和占比将双双提升。根据 LightCounting 预测，从 2016 到 2018 年 由于无线网周期回落导致总份额占比从 6%滑落到历史低位，在 5G 建设 带动下，2020 年无线接入光模块占比回归至 6%，预计到 2025 年无线 接入光模块市场的总体占比将攀升至 9%，考虑到光模块市场总空间届 时将超过 1200 亿元，意味着无线接入侧使用的光模块空间有望接近 110 亿元。
相干光模块总体保持稳定，WDM 广泛渗透。存在于 DCI 和干线中的相 干光模块，从 2016 到 2020 年比重保持在 11.5%到 10%之间。未来五 年随着其他领域光模块的加速发展，其总空间占比将出现明显下滑，根 据 LightCounting，到 2025 年相干光模块占比约为 4%。意味着相干光 模块规模将从 2020 到 2025 年将保持在 50 亿元上下的水平。此外彩光 模块在接入和传输中渗透日趋广泛，WDM 在网络中的渗透率也在提升， 从 2020 年的 12%升至 2025 年的 14%，对应规模从 60 亿多元提升至 170 多亿元。
电信网的全面扩容升级，带动了光模块接入侧、骨干网和 WDM 应用的 兴起，国内投资占据主导的背景下，本土厂商将在资本开支向上周期中 迎来明确的发展空间。
前传光模块已经放量
波分技术引入推升单基站对应光模块数量。波分复用通过将多重光载波 信号在发射端经过复用器汇合，通过一根光纤进行传输，在接收处解复 用形成多路信号。WDM 的优势在于节省了多路光纤的布设，显著降低 了成本。在 5G 无线接入侧，AAU 部署也更加灵活，密度更大。WDM 方案的引入，单个 DU 连接更多的 AAU，也增强了后续网络优化时的灵 活性，单基站对应光模块数量随之显著提升。
5G 前传应用场景丰富，前传中的 WDM 方案更有优势。5G 接入层应用 场景包括光纤直连、无源 WDM、有源 WDM/OTN 和切片分组网 SPN 等。光纤直连场景一般采用 25Gb/s 灰光模块，支持双纤双向和单纤双 向两种类型。无源 WDM 场景主要采用一对或一根光纤实现多个 AAU 到 DU 间的连接，需要 10Gb/s 或 25Gb/s 彩光模块，是在中传引入波 分。有源 WDM/OTN 场景，在 AAU 至 DU 之间通过 OTN 网络连通，中 移动也给出了 SPN 标准， 在 OTN 与 SPN 中都需要若干 WDM 设备， 对应若干个 25/50/100G 速率的双纤双向或单纤双向彩光模块。长期看 WDM 在前传网络中的引入，将最大程度提升经济效益，同时满足组网 灵活性，同时将大大增多单基站下辖的光模块数量
5G 基站数量比肩 4G。5G 设备开支在口径开支中比重提升，未来三年 5G 基站数有望快速拉升。4G 时期设备开支在 4G 口径开支中约占 30~40%，我们认为 5G 时期设备在口径开支中占比有望升至 40~50%， 2019 到 2025 年设备投资约在 9075 亿元，七年内总建站规模有望达到 550 万站。
接入层光模块市场规模创下新高。目前，单个宏基站对应三个 AAU，每 个 AAU 与 DU/CU 之间有一对前传光模块，未来为了增强覆盖，将有望 出现单基站 4 个甚至 6 个 AAU。不考虑小基站，假设 2019 年每宏站 DU 平均连接 3 个 AAU，此后随着波分引入，中性预测到 2025 年每宏 DU 平均连接 5 个 AAU，则前传光模块的数量将从 2019 年的 120 万到 2022 年超过 900 万只，七年内累积数量约为 4500 万只。价格方面，未 来随着产业链成熟，价格预计会持续优化，但即使全部按最低规格的 25G 前传单价预计仍有 20 美元以上，累积规模将超过 200 亿元。
回传网络同时采用环形和链型拓扑，即使按 CU 和 SAE 之间一对连接的 关系，依据此前对基站数的预测，回传光模块数量至少也将从 2019 年 的 30 万只到后续突破每年 200 万只，七年累积需求量约为 1100 万只。 考虑到回传现有单价在前传 25G 的十数倍以上，且合格供应商更少，规模化降本更难达成，预计回传光模块市场整体规模将远超前传市场。
5G 前传市场供应全面本土化。5G 光模块采购过程中，设备商培育供应 链和运营商直采并举，产业规模化和成熟度加快同时，更多非传统电信 网供应商入围市场，带来更多变化。5G 前传光模块封测完全本土化供 应，不但是出货量最大的领域，更会持续升级，作为电信网市场走向开 放的重要窗口，前传光模块将为更多本土厂商带来机遇。
DCI 和传输打开相干光模块市场
长距离传输光模块向可调谐和相干方向发展。长距离传输技术走过了从 TDM 到 WDM 到相干的三段阶跃，使得干线上的大带宽传输成为可能。 传输网从 10G 开始引入了 WDM，对于光模块向可调谐方向发展起到了 关键作用，鉴于 WDM 系统整体性能远优于 TDM，运营商逐渐收缩了对 固定波长 10G 光模块的需求，而随着可调谐光模块上量，其成本也在快 速降低，成为直调直检光模块中的主流形态。
相干技术引入了相位调制，解决了向更高带宽跨越时引入的噪声和接受 灵敏度问题，开始成为长距离大带宽传输的主要技术方向。相干探测与 DSP 技术可以使得更高阶调制格式和偏振态复用相结合，相干光系统因 而有更高的单波长通道频谱利用率，同时相干接收机比普通的接收机灵 敏度高大约 20dB，传输系统中无中继距离由此更长。
200/400G 相干光模块正在传输市场迎来发展。根据 LightCounting， 100G 相干光模块出货量将从 2020 年的超过 2 万只滑落到 2025 年的约 1 万只左右。200G 和 400G 相干光模块在传输网中迎来发展，预计 200G DCO 相干光模块数量在 2020 年约有 6 万只，到 2023 年有望翻倍；400G 发展节奏会略晚于 200G，2020 年预计出货量不足 5000 只，到 2024 年有望达到 3.5 万只。
DCI 光模块互操作性强化，快速发展。数据中心间互连（DCI）同样在 借助相干光技术在单一光纤线路上传输 TB 级带宽。光互联网论坛（OIF） 与 IEEE 都在开发新标准，如 400ZR、100GBASE-ZR 和 400GBASE-ZR 等来增强不同厂商光模块之间的互操作性，适应不断增长的数据中心需 求。通过采用相干+DWDM 方式，这些新标准可以使 100G 和 400G DCI 传输距离长达 80km。
由于 DCI 不像传输网需要那么多跨段，对性能要求低于干线，在标准设 计上往往兼顾低成本、低功耗和小尺寸，可以认为是裁剪版的骨干网相 干光模块。根据 LightCounting 预测，未来几年 DCI 中 400G 将会成为 主流，2020 年预计 400G DCI 光模块出货约 1 万只，到 2024 年有望达 到 18 万只，年复合增速超过 100%。数据中心放量和跨地域建设，有助 于 400G 长距离产品成熟落地，越来越多的 DCI 400G 产品将降低厂商 进入相干光模块市场门槛。
相干光模块市场蕴含结构性机遇。结合前面分析，相干光模块总市场占比从 2020 年的 10%下降到 2025 年的 4%，预计 2020 年市场总规模约 为 85 亿美元，2025 年约为 180 亿美元，则相干光模快空间对应在 8.5 和 7.2 亿美元。虽然总体平稳，但一方面传输网正向 200G 和 400G 升 级；另方面 DCI 相干光模块快速增长，长期看空间将远大于电信网。在 实际DCI建设中，入围 ICP供应链的厂商有机会竞争长距离光模块份额， ZR 强化了互操作标准，降低了总体性能，更多厂商将由此切入高价值 量的相干光市场，400G DCI 蕴藏长期成长机遇。
硅光方案契合新需求
光模块中不同部件适用不同工艺体系。数字电路中常用的工艺体系是硅 基的 CMOS，场效应管在实现阻隔和导通是能最大限度节省功耗，构成 IC 的基本功能。电芯片作用之一把电信号传给激光器或调制器；二是对 激光器进行温度补偿和对调制器非线性进行补偿；三是对电信号进行整 形，在CDR 和 ADC 等对驱动要求较高的电芯片中多用 SiGe 和 GaAs。
由于光纤玻璃材料为 SiO2，为了适配光纤的热膨胀系数和晶格常数，激 光器往往选择三五族化合物，如 GaAs 和 InP。激光器上可以直接加载 电调制信号，但由于色散代价会随着功率加大，因此通常将信号加载到 调制器上，InP、LiNbO3 等常作为调制器材料。
探测器将接收到光信号恢复成电信号，通常使用 InP 和 SiGe，无源器件 走光信号，不需要能量转换，只需要有传输特性，也称为波导，InP 、 Si、SiN、SiO2 以及大分子聚合物都可作为其材料。
材料异质是光电集成的难点，分立式封装难度随带宽升级而加大。电路 的设计和制造技术路线已十分成熟，具有独立的代工能力，核心是设计 满足需求的算法和电路。InP 有较好的光学和电学特性，在不同部件里 都可以采纳，但由于外延工艺复杂，wafer 面积小，成本较高，因此 InP 多作为激光器材料。这样就和电信号处理部分的硅基材料在晶格常数上 出现不一致，材料异质成为集成光电器件的难点。
分立式封装是将相互独立的各部分组合起来，单一部分都有各自的工艺 体系，封装过程复杂度高，全模块引入的变量多，整体性能更不稳定。 任何的改进和升级，都需要对封装方案全面修正，迭代周期较长，中后 道工序产生的成本较高。随着带宽持续升级，通道的排布密集，导体内 载流子传输距离缩减，都给分立式封装引入了更大的困难。
在追求性能成本综合优化的过程中，硅光平台成为技术选择。产业在追求性能、工艺复杂度和成本折中的过程中，把工艺、封装和维护综合考 虑，遵循整体方案最优的思路，淡化单点的成本最低或是技术最优，硅 光逐步发展为认同度最广泛的平台技术。即以硅为平台，集成其他器件 的混合路线，具体实践中各部分可选工艺路径多样化。如硅波导材料优 势在于成本和小尺寸，但增加了耦合难度，而 SiN 的成本和尺寸适中， 可作为很好的接口材料，往往在 Si 波导上附着 SiN 和 SiO2 从而将光纤 材料耦合在一起，降低了耦合难度。再选择不同特性的材料来与硅基平 台做适配，如调制器中的 LiNbO3、探测器中的 SiGe。硅基平台可以统 一设计，集中制造，最后与 InP 激光器共同封装，融合了多重技术路线。
硅光方案可继承 CMOS 工艺，在芯片层面最大程度实现混合集成。随 着传输通道数增加、带宽提升，传统器件分立封测方案面临中后道工艺 复杂、整体功耗及体积大和集成度较低的问题。而硅光集成方案基于 CMOS 制造工艺，在硅基底(如 SiGe/Si、SOI 等)上利用蚀刻工艺快速形 成大规模波导器件，利用外延生长等加工工艺，能够制备调制器、接收 器等关键器件，最终将调制器、探测器以及无源光学器件等集成在一块 硅衬底上，实现光信号和电信号处理的深度融合。同时能与后续的电芯 片高度耦合，最终实现芯片内部的光互联，具有集成度高、成本低及工 艺简化带来的稳定性等特点。
硅光方案在匹配光模块大流量密度方向上更有优势。
1） 小体积。传统工艺需要依次封装电芯片、光芯片、透镜、对准组件、光 纤端面等器件，最终实现将调制器、接收器以及无源光学器件等集成。 相比传统分立式器件，硅光方案是基于 CMOS 制造工艺，在硅基底上利用 蚀刻工艺快速加工，将各种无源器件封装在硅片基底上，产品体积大幅 减小。例如下图，左侧为传统方案，相比较右侧的硅光方案各器件布局 相对冗余。
2） 低功耗。传统分立方案，不同器件自身材料不同，将器件集成后，各功 能器件连接处由于材料的晶格结构不同，光信号在不同介质之间传播， 导致晶格失配，接触界面不连续有缺陷，导致传播过程中产生散射而损 耗，此外由于不同材料折射率不同，光在介质间传播也会导致不同程度 的反射和折射，也产生一部分损失。硅光方案下，由于统一工艺材料， 所以器件内部没有不同材料导致的光损耗，因此为了获得与传统器件同 样的输出功率，其光源的发射功率要低很多，模块的功耗也相应降低了。 由于硅光方案损耗较低，在一定层度上也突破了传统光模块传输距离限 制，降低了传输成本。
3） 低成本。硅光方案采用间接调制，解决了传统方案多通道带来的功耗、 温飘等性能瓶颈并降低了激光器成本。并且 BOM 清单器件数量较传统方 案减半，减少了生产线环节，降低了封装和供应链管理成本。硅光方案 更容易实现标准化大规模生产，产品稳定后良率好一致性更高，根据产 业链调研，硅光平台的芯片良率可达 80%以上，而传统 25G InP 方案， 良率大约 40~50%，硅光芯片优势显著。同时，硅光技术可以通过晶圆 测试等方法进行批量测试，测试效率显著提升。
海外加大整合，布局新赛道
硅光方案将有望广泛应用于 400G 以上高速光模块。在 400G 应用中， 硅光方案逐渐起量，一方面是其性能成本综合优势相对于 400G 分立式 光模块已经可比；再者下游厂商希望借助 400G 周期培育技术和产业链 成熟，更好促进其在 800G 和 1.6T 能模块中普及，未来硅光方案将赢得 更多应用市场。根据 Yole 预测，硅光模块市场规模将从 2018 年的 4.5 亿美元上涨到 2024 年的 41.4 亿美元，CAGR 达到+44.5%，是成长最 快的技术路线。
行业存在较高壁垒，竞争格局集中。光模块实质是光电转换接口，其中 光路器件需要对齐微米级别光纤，为了保障光信号通道传输效率，内部 连接耦合的牢固和精度有很高，同时还需要考虑温度湿度对各部分介质 的不均衡影响，对于硅光而言在硅基平台上外延生长其他材料，更是对 前道的材料和工艺难度提出空前要求。目前硅光芯片有较高壁垒，导致 只有少数龙头参与，竞争格局高度集中。
海外龙头积极布局硅光模块。近年来一批传统的芯片设计商已提前布局 硅光，如 Intel 利用其在材料和产线上的优势已打开 Facebook 在数据中 心 100G 市场，供应 2km 以下需求，占据了硅光模块份额的 50%以上； 系统设备商也开始加入硅光市场，例如Cisco 在2012 年收购Lightwire， 并在 2018 年底收购硅光子领先厂商 Luxtera，其硅光模块的市场份额已 达到 46%，形成了双巨头格局。Acaica 和 Inphi 也基于自身在高速光器 件设计和材料上的基础，在硅光芯片发大力研发投入，占有一席之地。
硅光技术方案在板级系统上体现出长期价值。巨头如 Intel 和 Cisco 的大 力布局和深度参与，绝非仅仅为了光模块市场。光模块本质是独立的光 电接口，也是数据中心内故障最多的节点。硅光方案将出激光器之外的 部件在硅基平台上，板载光电接口的可能路径。硅光在系统综合稳定性 上的优势已是技术上的共识，随着带宽增加，流量密度提升会给分立式 封装的损耗和集成难度带来成倍挑战。而一旦板载硅光集成方案成熟， 将对系统的稳定性和性能引入质的跨越，同时随着规模的放开，硅光方 案目前的成本难题也有望逐步化解。我们认为，在流量密度骤增背景下 硅光方案将越来越多地体现出系统级价值，长期看会有更多变革与机遇。
本土厂商逐步加码，酝酿突破
国内厂商持续布局，酝酿突破。鉴于硅光的长期技术优势已经成为共识， 国内各梯队光模块厂商纷纷布局该领域，在硅光芯片和封装各方面储备 关键技术环节，同时提升合作与外延并购力度，通过以点带面的积累， 在国内电信网和海外数通网领先领用的带动下，正在逐步渗透，酝酿突 破。
光模块市场需求开始放量，总规模有望快速发展，中长期将再上新台阶。 疫情深远提振线上业务，流量加速增长，推动网络端口长期迭代升级， 为产业持续注入变革。随着竞争逐步向精密制造聚焦，本土厂商的产业 地位和竞争力已显著占优，叠加上游自主程度加深，更多国内厂商有望 在此轮产业迁移中实现新价值。
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