一、5G電信與400G數通市場共振，光模塊行業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業景氣

    5G商用落地將有望帶動移動數據流量的激增，推高數據中心數據流量。5G高速率的特點將大大提升移動數據使用流量，網速提升10倍后，用戶相應的使用需求也會隨之上漲，業界預測5G網絡的DOU至少是60G。參考韓國5G商用后情況，5G網絡月均整體流量從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25.22GB，同期的4GDOU僅為9.26GB，5G數據使用量約為4G的2.72倍。2020年2月國內DOU達到8.88GB，按照韓國早期5G/4G的比例推算，當月國內5G用戶平均月流量已突破20GB。此外5G時代的到來將提升數據中心流量和推動數據中心設備的更新換代。車聯網、AR/VR、高清視頻直播等5G下游應用的高速發展和企業上云的大趨勢將帶動數據中心流量的提升，從而推動數據中心的代際更迭，使其核心網絡從100G提升至400G升級。

韓國4G和5G移動數據流量對比

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    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網絡建設已進入尾期，運營商資本開支下滑底谷。2019年6月工信部向中國移動、中國聯通、中國電信、中國廣電發放5G牌照，標志著5G商用的正式落地，5G建設周期正式拉開帷幕。從2019年起三大運營商資本開支增速開始由負轉正，2019年三大運營商資本開支達到約2999億元，同比增長4.50%，預計2020年合計資本開支約為3348億元，同比增長11.65%，進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調加快5G建設，我們認為2020年三大運營商有望年內調整資本開支，進一步優化和擴大5G投資，整體資本開支在5G規模建設的拉動下出現較大增長，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。

三大運營商資本開支增速從2019年開始由負轉正，重回上升通道

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    運營商資本開支聚焦無線網和承載網，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年的投資結構上來看，移動網絡和傳輸網絡的資本開支占比高達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合計約1469億元，同比增長25.59%，投資占比接近50%。在此基礎上，2020年無線網資本開支進一步增長23.23%，達1810億元，已超過TDD-LTE整體規模建設的首年（2014年，1719億元），略低于FDD-LTE規模建設首年（2015年，2041億元），投資占比達到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組網需求的增加，傳輸網部分有望結束連續4年的下滑，在2020年實現1.48%的同比增長，投資總額約為834億元。5G網絡以SA組網為主，需建設獨立的5G承載網，釋放中回傳光模塊的需求。

2020年三大運營商無線和傳輸投資實現增長

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2020年三大運營商無線和傳輸投資占比持續提升

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

    產業鏈下游云計算巨頭資本開支逐步回暖將推動云基礎設施建設發展。受到去庫存和移動互聯網步入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出現下滑，2019年Q1達到近一年谷底。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交換機芯片的推出，2019年Q4北美主要云計算巨頭的資本開支持續提升，資本開支之和環比增長3.61%，同比增長0.99%，其中增幅最大為Facebook環比增長16.08%。隨著資本開支回暖和數據中心的代際更迭，云基礎設施建設將有望迎來上升期，打開數通光模塊需求空間。

海外云計算四巨頭資本開支持續回升

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    國內云計算巨頭（阿里巴巴、騰訊和百度）單季資本開支達近三年峰值。2019年Q4三巨頭單季度的資本開支整體達到242億元，同比增長由負轉正至37.7%，環比延續上升趨勢，增加48.5%。隨著國內企業上云的加速和5G商用后移動數據流量的提升，將有望推動國內云計算巨頭提升資本開支以提高其處理數據能力。

2017年-2019年國內云計算三巨頭資本開支

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    3、光模塊產業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品價值

    較高的技術壁壘和復雜工藝流程，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、光組件和其他結構件所構成，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一步提升，根據公開資料整理分析，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，這一占比可以達到50%左右。

SFP封裝光模塊的結構圖

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    智研咨詢發布的《2020-2026年中國光模塊行業市場運行態勢及未來發展前景報告》數據顯示：光模塊產業鏈競爭格局呈橄欖球式分布，上游芯片和下游設備競爭格局確立，具備技術和資本壟斷優勢，中游競爭較為激烈，模塊廠商眾多，向高端產品升級成為光模塊廠商脫穎而出的重要途徑。光模塊產業鏈大致可分為“芯片->器件->模塊->設備”這四大環節。其中上游的芯片、器件和下游的設備市場參與競爭者較少，但把控著產業鏈的供應端和需求端，影響較大。中游的模塊則由于技術門檻相對較低，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。在技術差異較小的情況下，激烈的競爭最終體現在光模塊的價格廝殺中，光模塊廠家的毛利率和業績承受較大壓力，光模塊廠商希望通過向高端400G數通和25G前傳光模塊的升級，在高端市場占據一席之地。

    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，同時由于技術門檻較高，供應商較少，其性能和產能對光模塊產業鏈的影響較為深遠。保持安全的供應鏈運轉，對光模塊廠商的經營尤為重要。目前高端的光芯片和電芯片國產率較低，對進口依賴性較大。光組件主要是無源器件和結構件，部分高端產品涉及精密加工領域，也具有較高技術門檻。

    中游：光模塊的封裝生產按應用場景不同可分為電信領域和數通領域，兩者的外觀和功能作用都類似，但內部結構差異較大，供應鏈和下游客戶差別也較大。由于光模塊應用場景較多，具體型號需求廣泛，低中高性能的光模塊生產能力要求不同，對應生產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品仍處于藍海市場。

    下游：按光模塊的場景對應下游客戶可分為兩大類，電信客戶和互聯網客戶。電信客戶主要包括電信網絡設備如無線基站、傳輸系統、PON網絡等的設備制造商和網絡建設運營商；互聯網客戶則是近年興起的數據中心相關的服務器、交換機和路由器的設備制造商和使用者。兩個市場差異較大但相互間又存在較為緊密的商業關系，需綜合分析以對光模塊整體市場有準確的把握。

橄欖型格局分布的光通信產業鏈

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    產業鏈進一步向中國集中，國內光模塊供應商開始主導全球市場，市場份額有望超50%。LightCounting最近一期調查報告指出，來自中國的中際旭創、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年進入全球前十，主導全球光模塊市場，對比2010年時只有一家中國企業進入前十。中際旭創有望在2020年終結Finisar的“連冠”記錄，登頂光模塊前十排行榜。報告發布時未考慮到新冠病毒的爆發的影響，如今中國已經率先從新冠疫情的陰影中走出，大部分地區已經實現復工復產，歐美等國仍深受新冠疫情影響。疊加近期中國5G網絡及數據中心建設的加速落地，中國光通信產業有望率先迎來強勁復蘇期，中國光模塊廠商有望進一步提升全球市場份額。

近10年全球光模塊供應商Top10變化情況

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    二、數據流量爆發為數通光模塊市場注入新活力

    1、IDC行業景氣向上助力光模塊需求增長

    數據流量爆發增大對IDC資源需求。由于5G通信技術下游應用空間廣泛，三大應用場景下數據量將進入新一輪爆發。此外，云計算業務的擴張和邊緣計算的崛起也使得數據流量激增。2021年全球經IDC處理的數據流量將達到20.6ZB，占全球產生流量的比例為99.04%；其中，IDC內部處理的流量、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的流量不屬于數據中心，占全球流量比例為0.96%。從增速上看，2016-2021年全球數據中心流量復合增速將達25%；而云數據中心流量增速將會更快，年復合增長率為27%。IDC主導著全球數據流量的處理與交換，數據流量爆發將會增加對IDC資源的需求。

2021年全球云數據中心流量流向預測

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2021年全球數據流量處理情況預測

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全球數據中心流量預測

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云數據中心流量預測

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    光模塊是數據中心光通信網絡重要一環。數據中心中數據互聯互通賴于光通信，而光通信網絡中光模塊是必不可少的。在數據中心中網絡流量模式可分為兩類，其一客戶端和服務器之間的流量，其二不同服務器之間的流量與數據中心或不同數據中心之間的網絡流。基于這兩類流量數據，數據中心通信光模塊可按照連接類型分為三類：第一類是用于實現用戶與數據中心之間的互聯，第二類是用于實現數據中心的內部互聯，第三類是用來實現數據中心之間的互聯（DCI）。數據中心傳輸功能的實現離不開光模塊的參與，光模塊在數據中心中處于關鍵地位，IDC建設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建設離不開資金投入，云計算廠商作為主要投資來源，對產業整體發展具有一定的影響。由于北美云計算產業起步較早且發展較為成熟，所以北美云計算廠商的資本開支（CAPEX）是云計算行業較為關注的焦點之一。北美云計算廠商自2018年Q2起進入去庫存周期，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，國內云計算廠商也加快擴張的步伐。其中百度自2019年10月27日以來，一月內開工三個超大型云計算數據中心；中國移動云能力中心副總經理吳世俊在中國移動全球合作伙伴大會表示，移動云的發展目標是三年內進入國內云服務商第一陣營，三年投資總規模在千億級以上。

北美云計算廠商CAPEX

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    2、IDC葉脊架構改變

    IDC布局向葉脊架構轉變。由于過去數據流量以南北數據（數據中心與客戶端之間）為主，三層網絡架構是IDC主要布局方案。在此方案中，由于三層網絡架構會對路由交換的路徑具有影響，這將導致東西向流量最多將需要5層的轉發才能實現數據遷移，時延是一個較為突出的問題。根據思科預測，2021年數據中心內部數據占數據總量71.5%，有著內部數據交換的需求。在數據量增加且對時延具有較高要求的情況下，三層網絡架構已很難滿足數據處理和傳輸的需求。此外，為滿足云計算等應用，網絡資源虛擬化、數據中心大型化等已經成為趨勢，三層網絡結構已難以適應時代發展。所以葉脊架構成為IDC布局的新選擇。葉脊架構可實現數據中心全網狀鏈接，通過鏈接所有葉交換機和脊交換機，在服務器數據交換過程中減少設備尋找或者等待連接的需求，提高數據傳輸的效率，滿足高性能計算集群應用。在此框架下，一方面可以降低網絡延遲，另一方面可提升數據中心的可拓展性。

IDC網絡架構

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    葉脊架構增加高性能光模塊需求。三層網絡架構和葉脊架構在鏈路的設計上存在差異。在數據中心10G解決方案中，三層網絡架構在接入層交換機外部接入以及與內部服務器連接采用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。而葉脊架構在葉交換機外部接入以及與內部服務器之間連接采用10G鏈路，葉交換機上行與脊交換機連接采用40G或100G鏈路。在葉脊構架下，所有葉脊交換機需要連接，所以對于高速光模塊的需求較三層網絡架構大，其數量將達10倍以上。光模塊迭代以應對網絡升級及架構改變。以太網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，服務器的接口是10Gbps，交換機間的接口是40Gbps。而隨著數據流量爆發，以太網傳輸速率升級已成為趨勢，目前數據中心多數使用25G/100G網絡方案（服務器的接口是25Gbps，交換機間互聯的接口是100Gbps）。基于IDC向更高速網絡迭代，對光模塊性能的要求也將有所提升。由于現階段新建IDC大多采取葉脊架構且對于部分光模塊進行迭代，這將增加對高速光模塊需求。

數通光模塊銷售預測

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    3、數通光模塊將迎來迭代

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

數通光模塊銷售預測

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    三、行業變革：并購頻發與硅光技術應用

    1、并購頻發，產業集中度提升

    光器件市場并購頻發，資源整合是主要訴求。一直以來光器件行業的供應商數量呈現過剩狀態，光器件企業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，在不同產品線之間的補充協同，形成更全的產品線；縱向整合則是通過上下游收購，形成完整解決方案；技術整合，硅光子等代表未來的先進技術整合，形成更強的競爭力。無論是何種類型整合，并購都增強公司競爭能力，將有利于公司鞏固市場份額。

光器件行業重要并購（2012-2019）

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    并購將加劇市場競爭格局。在并購案中II-VI收購Finisar是業界焦點之一。Finisar在光器件市場中份額為世界第一，占據著14%的市場份額，而II-VI也是出貨量較多的龍頭企業之一，占據著6%的市場份額。從市場份額來看，兩家企業合并后將占據著約20%的市場份額，聯合體將占據世界第一的位置。從產品線上看，由于兩家公司在不同領域具有競爭力，合并后將能互為補充，在保持領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強已經成為行業發展的趨勢。在這種發展格局下，預計龍頭企業將會通過補強的方式來取得更多市場份額。此外，并購對于技術研發和轉化將具有促進作用。所以，光器件市場競爭將會加劇。

2017Q2-2018Q1光器件市場份額

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    總結：并購已成為光器件行業發展趨勢之一。公司在并購中實現產業補強從而對現有市場進行鞏固和競爭力的提升。所以在此趨勢下，行業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、硅光模塊成為技術發展趨勢之一

    傳統光模塊與硅光模塊在工藝上有所差異。光模塊是實現光電轉換的裝置，在功能上其需要對光信號進行調制和接收。所以光模塊構架主要由光源、調制器、探測器等幾部分組成。傳統光模塊在制造上需要經過封裝電芯片、光芯片、透鏡、對準組件、光纖端面等器件，最終實現將調制器、接收器以及無源光學器件等高度集成。各器件通過封裝技術進行集成。對于硅光模塊而言，基于CMOS制造工藝進行設計制備是其最大特點。通過利用硅晶圓技術，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制器、接收器等關鍵器件，實現調制器、接收器以及無源光學器件高度集成。

傳統光模塊與硅光光模塊

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    硅光模塊具有獨特優勢。傳統光模塊是基于集成電路技術進行制造，其發展路徑遵循摩爾定律。目前，業界對于光模塊需求向小型化和高性能發展，但隨著晶體管尺寸不斷變小，電互連面臨諸多局限，傳統光模塊生產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器件與電子元件進行整合，實現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新技術。硅光集成技術將遵循光子集成到光電集成的發展路線，并最終實現芯片內部的光互聯。此外，由于采用蝕刻工藝進行制造，在體積有所減小情況下還能實現快速生產。且在設計生產過程中能優化相關資源配置，在具備規模生產能力后將能大幅減少制造成本。

    硅光模塊增長迅速，市場份額集中于頭部廠商。硅光模塊市場將從2018年的4.55億美元，增長到2024年的40億美元，年復合增長率為44%。目前數據中心光模塊和中長距離相干光模塊是硅光模塊出貨中最主要的兩種類型，主要用于IDC以及電信城域網、骨干網遠距離通信。從2016至2018年硅光模塊市場份額的情況來看，Intel和Luxtera占據主要市場，且Intel市場份額在不斷擴大。在2018年ECOC上，Intel宣布其最新的100G硅光收發器為滿足下一代通信基礎設施的帶寬要求而優化，同時可承受惡劣的環境條件。此外，Intel預計400G硅光模塊于2019年下半年出貨。雖然國內硅光模塊廠商尚未具備挑戰龍頭的能力，但相關技術研發已有一定進展。其中，阿里云宣布推出基于硅光技術的400GDR4光模塊，以支持其下一代數據中心網絡，新模塊將從2020年開始在阿里云的全球數據中心中部署。

硅光模塊銷售預測

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硅光模塊市場市場份額

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    硅光模塊市場爆發仍需時間。雖然硅光器件在制造工藝和性能上較傳統器件有優勢，但其出貨量在光器件市場中尚未完全放量。硅光模塊面臨的最大競爭依然來自于傳統的InP和GaAs分立和集成器件/模塊。由于傳統光模塊技術較為成熟，且對部署環境要求較低，所以短期內硅光模塊難以放量。此外，由于硅光器件生產前期投入較大，在未達到規模效應前，相關廠商對硅光模塊投入有限，也進一步限制出貨量。目前，傳統光模塊依然是主流選擇，硅光模塊放量仍需時間。

傳統光模塊與硅光模塊銷售預測

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    硅光模塊和傳統光模塊均具有各自優勢。隨著對光模塊的性能要求日漸提升，硅光技術將成為打破傳統光模塊發展瓶頸的方法之一。但由于相關產品具有一定局限性，短期內市場仍以傳統產品為主，硅光模塊市場爆發仍需要時間。