100G光模块市场前景分析

一、光模块简介

光器件是光传输系统的核心,光模块是光器件的基石,光芯片是光模块的命脉。

1. 光通信是以光波为载波的通信方式,是现代通信业支柱。电信市场(运营商为主)和数通市场(大型互联网企业数据中心为主)是目前光通信的两大重要应用领域,也是未来光通信下游应用发展的关注重点。

(图一:光通信器件是整个光通信产业的重要组成部分)

2. 光通信在应用过程中所涉及的产品主要包括光纤光缆、光器件(含芯片)和光通信设备三部分。光器件是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件,功能包括发送接收、波分复用、增益放大、开关交换、系统管理等,分为有源器件和无源器件,是光传输系统的核心;光通信设备由光器件组成,包括光终端收发机、交换机等;光纤光缆是光通信的传输通道。

3. 光模块——光器件之基石。光模块是实现光通信系统中光信号和电信号转换的重要器件,是制造光器件的基础元件,在数据中心、传输网、移动宽带等领域发挥重要作用。其生产的完整过程是将光芯片和其他组件先制造成为光器件,然后再将光器件封装为一个光模块,如光源、光检测器、放大器等,主要原材料包括光芯片及组件、集成电路芯片及结构件等。

4. 光芯片是光模块的命脉,在高端领域进口替代空间大。成本上看,光芯片及组件成本占光模块成本比重超过 50%,且光模块速率越高,光芯片成本会随之升高,高端器件中占比可高达 70%。光芯片长期位于光器件价值链上游。光芯片自主制造能力体现着国家光通信产业的核心竞争力。目前具有光芯片生产能力的国内公司,业务主要集中在低端产品芯片, 10Gb/s 速率的光芯片国产化率接近 50%,而 25Gb/s 及以上等高端芯片国产率仅 5%,在高速模数/数模转化芯片、相干通信 DSP 芯片、以及 5G 移动通信前传光模块需要的 50Gb/s PAM-4 芯片上,还没有国内厂家能够提供解决方案,高端领域长期依赖进口。

(图二:2017年光模块及光芯片、电芯片国产化率测算)

二、光模块产业链现状

在光通信行业整体景气的背景下,作为硬件基础支持的光纤行业与相配套的光器件行业发展前景良好。光器件位于光通信产业链的上游,为中下游系统设备商提供器件、模块等产品,其性能的好坏直接影响到光纤通信系统最终的质量。

(图三:全球/光模块销售收入增长预测)

光器件厂商市场额分散,未来走向兼并集中。现阶段,光纤光缆和系统设备两个领域已进入寡头竞争阶段,而光通信器件领域还处在充分竞争时代。光通信器件分类繁杂,企业都是在某一细分领域精耕细作,导致了我国厂商众多,但集中度低,市场份额较分散。尽管目前我国光器件厂商市场额占据全球市场 15%左右,而全球光通信器件市场占有率前十名企业中仅仅一家为中国企业。

(图四:光通信器件分类及我国光器件市场份额)

光模块产业链不断齐全,制造市场进一步向中国转移。根据 LightCounting 数据显示,我国光模块供应商市场占全球份额从 2010 年的 19%增长到 2017 年的 36%,在国际市场上的竞争力不断提高。同时,受益于较低的人工成本、完整的代工产业线和齐全的供应链配套,国外厂商 Fisinsar、Avago 等纷纷将工厂转移至中国; 10G/40G/100G 光模块领域,我国自有厂家光迅科技、中际旭创、新易盛等已实现自主覆盖,业务线相对齐全,电信和数据中心领域产品均有涉及。我们预测未来光模块制造市场将进一步向中国转移。

(图五:400G方案企业及400G采用速度)

按照传输速率光模块可以分为:155Mb/s、622Mb/s、1.25Gb/s、2.5Gb/s、2.97Gb/s、4.25Gb/s、6.5Gb/s、 8.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s 等。随着全球数据量的增加,高速率产品是光通信行业的发展趋势,40G光模块和 100G 光模块的年复合增长率将分别高达 9.00% 和 24.54%。

三、光模块市场需求分析

承载网是移动网络通讯的基础。承载网连接着基站和核心网,基站通过无线收发信机提供与固定终接设备和移动终端之间的无线信道,实现端到端系统的传输。根据过往移动数据网络发展历程来看,承载网一般需要提前 1-2 年时间进行部署。基于 2020 年实现 5G 商用的目标,我们预测 2018 年底、2019 年将迎来大规模 5G 承载网建设。

(图六:承载网是移动网络通讯的基础)

5G 对承载网提出更高要求,为了持续盈利和增长,移动运营商引入 “C-RAN”网络接入构架。5G 承载网由以下三部分构成:前传、中传和回传。现阶段对 5G 承载网市场空间的预测主要基于对以上三部分的预测。(专业内容,不多介绍。下面的图了解下,看不懂没关系。)

(图七:5G传送承载网络)

5G 承载网发展同时拉动括光纤光缆,光模块和光通信设备市场增长。在光模块领域,主要利好因素来自前传、中传和回传、承载网核心环对光模块的需求。通过三个领域对光模块需求的分别预测,我们认为 5G 承载网将给光模块市场共带来 620 亿元的增长,光模块投资在 5G 承载网总支出中占比达约为 620 亿/14000 亿=4.4%,市场潜力无限。

(图八:我国5G光模块投资预测)

●5G 前传:以光纤直驱为主,设备承载为辅。前传光模块速率 25G 为主。目前 4G 基站设备的 6G/10G 光模块无法满足 5G 对应的传接需求,速率急需升级。我国光纤资源丰富,部署简单的光纤直连方式将成为主要选择。考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案,某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求,无源 WDM 和有源 WDM/OTN 方案作为补充。

(图九:5G前传承载方式对比)

●5G 中传与回传 OTN 可行,预计光模块总需求约 227 亿元。中传带宽为 25G,回传带宽为 100G。

●5G 核心网光模块总需求预测约 141 亿元。

(图十:5G基站年增长量预测与5G光模块投资预测)

四、数据中心成为光模块新下游

数据中心是云计算发展的重要基础。随着云计算时代的到来,移动互联网、视频、网络游戏、物联网、AI 等持续驱动对 IDC 基础设施的需求,大型数据中心崛起。据 Microsemi 的数据显示,在超大规模数据中心之间的流量,传统运营商需求在25T,而互联网企业为960T,约为前者的40倍,能最大限度地提高效率,以处理企业巨大的计算需求,进一步推动成为了通信产业的新兴下游领域的形成。根据Cisco的预测,全球IDC市场规模将持续增长,到2021年全球将有628个超大规模数据中心,相比2016年的338个,增长近1.9倍。

(图十一:我国云计算市场规模预测)

数据中心的大型化和扁平化对光模块提出更多量、更高速的需求。100G成为海外大型数据中心主流,200/400G紧跟其后。目前主要ICP的数据中心方案已从10/40G向100G更迭。以互联网巨头为例,Facebook已经建立了100G数据中心,微软也部署了100G DC,Google正在部署100G且将计划部署200G;而Facebook将绕过200G直接部署400G。参照海外发展,预计2018和2019年我国大规模DC都大规模替换100G架构,200G和400G也将在紧随其后,高速光模块市场处于加速增长阶段。

(图十二:数通光模块市场规模预测)

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