自2019年6月工业和信息部发放四张5G牌照以来，5G一路冲刺迈向商用，伴随着基础设施不断改善，截止目前，5G终端连接数已超过2亿，居世界第一，这不仅让整个移动通信行业感到振奋，光通信行业也“与有荣焉”。而作为5G基站和数据中心中光电信号转换的重要元器件，光器件的需求也随之上扬，行业发展或将迎来一个新的增长周期。今日，小编将带您 深度一览光器件行业。
全文目录
第一章 行业概述
第二章 产业链基本情况
1. 上游
2. 中游
3. 下游
第三章 行业分析
1. 行业政策
2. 行业规模
3. 竞争格局
4.下游市场驱动
第四章 国内重点企业
1. 光迅科技
2. 中际旭创
3. 华工科技
4. 新易盛
第五章 发展趋势
1. 产业链集中度进一步提升
2. 光芯片领域国产替代加速
3. 高速率光模块需求加大
4. 硅光子技术成行业发展重点
第一章 行业概述
当今社会，数据量的爆发性增长对通信网络传输带宽和速率提出了极高要求，10G、40G、100G乃至400G速率以太网标准不断提出。相关研究表明，在速率大于10G时，用光纤连接和传输是现有唯一可行的方案，光纤通信（光通信）因而成为近年来发展最快的一种通信方式。
光纤通信（光通信）是利用光导纤维传输光波信号的一种通信方式，于上世纪六七十年代由华裔科学家高锟博士等人率先提出，与传统的以铜电缆为介质的通信方式（电通信）相比， 光通信具有传输频带宽、通信容量大、传输损耗低、中继距离长、信号串扰小、抗电磁干扰等优点 。目前，光通信行业已经成为当今数字信息时代的重要支柱行业。
光通信器件是光通信行业的重要组成部分，是光传输系统的核心单元，负责处理光信号的发送、接收、处理等。 光通信器件广泛应用于骨干网、核心网、汇聚网、接入网的各种场景。
第二章 产业链基本情况
光器件产业链包括光芯片、光组件、光器件与光模块、光通信设备等环节。光芯片和光组件是制造光器件的基础元件，光组件主要包括陶瓷套管、插芯、光收发接口组件等，各种光组件加工组装得到光器件，再由多种光器件封装组成光模块，最终应用于终端设备中。
图1 光器件产业链图
资料来源：公开资料整理
一、上游
1. 光芯片
光芯片处于光器件行业的上游，是制造光器件和光模块的核心及必备元件，属于 高度技术密集型产品，是整个产业链中技术难度最高的环节，占据光器件产业链的制高点。
光芯片根据材料不同可分为InP、GaAs、Si/SiO2、SiP、LiNbO3、MEMS等芯片，根据功能不同可分为激光器芯片、探测器芯片、调制器芯片。
表1 光芯片分类和典型产品
资料来源：公开资料整理
对于光器件/光模块而言，光芯片成本占比较高，在整个光器件/光模块的成本构成中占比为30%-40%。 越是高端的光器件/光模块，由于芯片技术含量高，主要掌握在国外少数企业手中 ，其成本占比甚至可以达到50%以上。
2. 光组件
光组件也处于行业上游，广义上来讲可归为光器件中的光无源器件，包括陶瓷套管、陶瓷插芯、光纤适配器及其它结构件。
作为其他器件的配套产品，光组件从材料和结构上迭代速度较慢，重点在于产品精度、良率和不同批次的一致性，因此， 在光通信产业内使用量大，但技术门槛相对不高，单价也较低。
现阶段 中国是光组件产业全球最大的生产地，市场竞争激烈 。其中，我国陶瓷插芯的产量在全球占比超过95%，光纤适配器80%产自中国内地及台湾地区，光收发接口组件有70%以上来自中国厂商。
二、中游
1. 光器件
光器件是 将光芯片、电芯片、衬底、光纤、密封外壳、管脚、金属连线等基础元件有序组合、封装制成的，可实现光信号收发、光性能调制、光电信号转换、电光信号转换等功能的混合集成电子器件，是光通信系统的重要组成部分，既可独立应用于光通信网络中发挥功能，又可集成为光模块集中部署 ，代表了现代光电技术与微电子技术前沿，是光通讯系统核心组件。
图2 光器件输入输出原理简图
资料来源：公开资料整理
光器件根据工作时 是否需要电源驱动可以分为“光无源器件”和“光有源器件”两大类 ，光有源器件是指需要进行光电信号转换的光器件，如光源、光检测器、光纤放大器、光收发组件等。光无源器件是指能够实现光信号的连接、耦合、分路、波长复用等功能，但无需进行光电信号转换的光器件。
表2 光器件分类
资料来源：公开资料整理
从市场规模来看，光有源器件占整个光器件收入规模为75%左右，光无源器件占25%左右。 光有源器件的核心部件是光有源芯片，该领域的领跑者为日美厂商，国内龙头企业也有能力设计与制造部分产品 。国外厂商往往会将光芯片封装成光器件售卖，价格高昂。因此，每当一代光芯片完成国产化，光芯片成本占比就会发生较大变化，模块厂商竞争格局也会随之变化。光无源器件中，连接器和分路器加工工艺已经较为成熟，竞争激烈，波分复用器件技术门槛较高。
2.光模块
光模块由光器件、功能电路和光接口组件等组成，其中的光器件包括TOSA和ROSA两部分。光模块的功能就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。
光模块可以按 照封装方式、网络拓扑和波长进行分类 ，同一规格的光模块在外观及一些基本指标上有统一的行业标准，但不同厂商光模块的内部构造会因封装方案不同而存在区别。总体而言， 光模块在向小型化、高速率、低成本、低功耗的方向发展 。
表3 光模块分类
资料来源：公开资料整理
从成本构成看，光模块成本的73%是光器件元件，其中，光发射次模块（TOSA）和光接收次模块（ROSA）占光器件成本的48%和32%。因此，光收发器件在产值上占据着主要份额，同时其性能也主导着光通信系统的传输效率，是其中的技术关键点和核心价值所在。
图3 光模块成本构成
数据来源：OFweek
三、下游
1.光通信设备
光纤通信系统中，光通信器件在光源、调制器、光纤、光放大器、解调器、光检测器以及耦合器连接器等设备中广泛应用。近年来，以华为、中兴、烽火通讯为代表的国内光通信系统设备商的全球市场份额位居全球前列，国外厂商中占有一定份额的有Nokia、Ciena、富士通、住友等。由于技术、成本、服务上的优势，国内光网络设备企业的光传送和光接入设备产品已在欧洲、东南亚、非洲等运营商中大量使用。但近两年由于中美贸易摩擦等环境因素影响，中国设备商的5G产品推广在国际市场上受到一定的阻碍。
2.电信市场和数通市场
光通信器件的终端应用领域主要包括电信市场和数通市场，光器件通过光传输设备与网络接入传输通信设备应用于基站、机房。 电信运营商市场的应用场景主要为电信承载网和接入网，其中波分复用光模块主要用于中长距电信承载网，光互联主要用于骨干网核心网长距、大容量传输，而接入网市场是运营商到用户的“最后一公里”，包括光纤到户无源光网络、无线前传等应用场景。数通市场的应用场景主要为数据中心及以太网，完成数据中心相关的服务器、交换机和路由器等设备之间的内部通信。
第三章 行业分析
一、行业政策
近十年来，我国光通信产业快速发展，部分产品在全球占据了重要位置，但光通信器件行业依然与国际水平有较大差距。目前，国内核心光通信芯片及器件依然依赖进口，高端产品缺口较大。高端光通信芯片与器件国产化率不到10%，供应主要依赖美国、日本厂商。
为了促进光通信行业的发展，我国颁布了一系列通信产业政策与振兴规划，将光通信作为我国国民经济和信息化建设的重要基础战略产业。
表4 2017-2020光通信领域主要政策
资料来源：公开资料整理
值得一提的是， 2017年12月工信部发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》，是国内光电子器件领域首个产业技术发展路线图。 《路线图》中明确提出了光器件的发展思路和发展目标，并对芯片和有源器件、无源光器件、光模块及子系统都做出明确规划，具有较强的指导意义。
表5 光通信器件产业重点发展产品（部分）
资料来源：公开资料整理
二、行业规模
根据中国产业信息网的数据，2018年全球光器件市场规模为116亿美元，2012-2018年复合增速为9.85%。预计2020年，全球光器件市场规模可达137亿美元，近3年复合增长率为8.68%。
图4 全球光器件市场规模（单位：亿美元）
数据来源：中国产业信息网、民生证券研究院
2018年我国光器件市场规模为22.5亿美元，2010年以来复合增速为17.45%。预计2020年市场规模将达到26.8亿美元，最近三年复合增长率为9.14%。
图5 中国光器件市场规模（单位：亿美元）
数据来源：中国产业信息网、民生证券研究院
全球光通信市场正处于高速发展期，移动互联网、物联网、云计算和三网融合等新型应用的发展功不可没。
三、竞争格局
1.全球市场集中度提升，中国厂商所占份额加大
近几年，光器件行业发展经历了 从相对分散到不断集中的过程 。2017年以前，全球光器件市场集中程度较低， Finisar、Lumentum、Oclaro、光迅科技等企业份额相对较大，份额最高的Finisar市场份额不到15%，这给予了业内企业充分竞争、高速发展的空间。2018年，行业龙头整合进入高峰，行业集中度不断提升， 前十大厂商所占市场份额从2017年的56.2%上升至2019年的74%。
此外，国内光器件市场份额稳步提升。根据OVUM统计，2017年,全球光通信器件市场份额排名前10位的厂商中，美日公司占据9席,中国仅占1席。而到了2019年，全球十大光器件厂商排名发生显著变化，中国光器件厂商占据全球十大光器件厂商4席。
图6 近三年全球光器件市场份额占比情况
图6-1 2017年全球光器件市场份额占比情况
图6-2 2017年全球光器件市场份额占比情况
图6-3 2019年全球光器件市场份额占比情况
数据来源:公开资料整理
2.国内厂商多而不强，高端芯片进口依赖度较高
中国是全球最大的光通信市场，但光器件厂商多而不强，主要生产中低端产品。 国内企业的主要优势在于成本管控能力较强，人力成本相对便宜，承接一些特定光器件客户的代加工作业，因此近年在中低端产品领域，进口替代效应逐渐显现。
一直以来，国内厂商在上游芯片领域较日美厂商有较大差距。我国在10G 及以下光芯片具备替代的能力，但仍有很大市场空间。商业级 25G 的 DFB、EML、APD、PIN 部分厂商已在客户验证阶段，成本降低和良率提升仍有很长的路要走。50G EML、窄线宽波长可调激光器芯片、100G 及以上相干集成光收发芯片等面向 5G 的关键芯片几乎全部由国外厂商提供，海思、光迅等研发走在前列的企业目标基本是实现自给。电芯片方面，我国25G/100G多模光模块配套 IC 基本实现替代能力，但产能远远不足。25G/100G 单模和更高速率自给率估计仅有1%，高速 TIA、CDR、DSP 等基本和国外存在 1-2 代的技术差距。
表6 光电芯片品类及供应商情况
资料来源：公开资料整理
3.行业并购整合频繁，产业链集中度提升
随着光器件行业渐入成熟期，并购成为行业企业频繁运用、效果最明显的法宝，并购主导者多为美国厂商，集中度和规模竞争力优势不断提升。
表7 光器件行业2012-2019年部分并购事件
资料来源：公开资料整理
一直以来，行业内并购重组呈现出三大特点：一 是横向整合 ，无源和有源合并，不同产品线之间的补充协同，形成更全的产品线； 二是纵向整合 ，设备厂商、集成商收购光器件厂商，形成完整的解决方案，减少核心光器件外购； 三是技术整合 ，硅光子等代表未来的先进技术整合，形成更强的竞争力。
国内企业收购相对较少，代表性企业是华为和光迅科技，光设备霸主和光器件领头羊。 其中，华为收购了英国CIP光子研发中心、硅光子厂商Caliopa；光迅科技收购了芯片提供商IPX、Almae。这四起收购都是获取光芯片技术，规模均较小。相比国外，国内光器件行业的并购重组，无论是数量还是体量上均有很大差距，与行业龙头的差距有扩大之势，其原因一是国外光器件企业很多有风投注资，并购重组很寻常，二是很多核心技术国内企业无法收购。
四、下游驱动市场
光通信器件市场的 持续增长主要依靠下游光通信设备市场的增长来驱动 ，全球数字通信新需求的不断诞生、数据吞吐量要求的不断提高，将给光通信器件市场提供增长的原动力。目前，典型的下游市场的两个驱动因素为5G建设和数据中心建设。
1、电信市场（5G建设）
随着我国、韩国、美国、瑞士、意大利、英国、德国等国均已开始提供5G商用服务，全球逐步进入到5G通信时代。5G商用后会以VR/AR、高清视频会议、远程医疗、车联网等形式渗透到各个行业领域，而5G建设是各种应用场景的基础，在我国大规模推进5G传送承载网络建设的过程中， 光通信器件作为搭建网络结构、连接各种设备的基础单元，市场需求将随之进一步释放。
图7 光模块在电信市场应用场景
资料来源：中国移动、中国电信、中信建投证券
光模块在电信市场的应用范围包括：骨干网、城域网、接入网（FTTH和无线前传/中回传）场景。5G基站将带来前传/中传/回传光模块增量，尤其5G基站频谱拓宽至160MHz或以上，前传引入波分将让光模块需求放量；家宽网将从GPON到10GPON升级；城域网将向100G下沉及骨干网向超100G升级，5G建设将整体拉动光器件的配套需求。
图8 三大运营商历史资本开支
资料来源：运营商年报、招商证券
如图8所示，从中国移动、中国联通、中国电信三大运营商历史资本开支数据分析，在3G、4G时代运营商的资本开支具有较强的周期性特点。中国的3G建设从2006年左右开始，在2009年资本开支达到了峰值2799亿元，并在2010年进入3G后建设期的谷底2375亿元，降幅达15.15%。4G建设从2013年开始，2015年的4G建设达到投资峰值4386亿元后，资本开支进入下降通道，并在2018年进入4G后建设周期谷底。2019年进入5G建设周期，运营商资本开支走出投资谷底，整体资本开支达3020亿元，增幅达5.26%，反转确立，因此，2020年的资本开支将延续增长的趋势。
根据中国信通院预计，网络设备支出预计在我国5G在商用后的第四年（2023年）达到最大，预计5G建设周期的十年内，运营商用于网络设备的支出将达到2.64万亿，5G建设规模将超过4G。
2. 数通市场
随着移动通信技术的进步、互联网应用层出不穷，全球移动互联网流量快速爆发，企业上云成为确定趋势，全球云流量暴涨。 因此全球流量的指数级增长成为推动数据中心建设及行业长期发展的底层动力。
图9 光模块在数通市场应用场景
资料来源：太平洋证券
光模块在数通（数据中心）用于服务器与交换机、交换机与交换机等之间的连接 。数据中心架构正在从传统“三层汇聚”向“两层叶脊架构”演进。大型数据中心叶脊架构已成为主流架构，新的交换模式可以带来更低的延时，传统三层架构将退出历史舞台。
图10 IDC网络架构
资料来源：IDC、德邦研究
图11 Facebook数据中心
整体网络架构
资料来源：国盛证券
如图10所示，叶脊架构使得数据中心规模变得更大、更扁平化，可以显著提高数据传输速率，但此架构需要更多的交换机，交换机之间需要传输更快的光纤来覆盖，而且为提升整体数据传输效率，交换机之间都需要通过高端光模块实现连接，对于叶脊架构的数据中心而言，整体高端光模块的使用数量是传统架构的数十倍。如果数据中心网络结构进一步升级，例如Facebook基于叶脊架构升级的fabric架构，实现了从二维结构向三维结构的拓展，保证了数据中心极强的互通性和扩展性，同时又大幅提升了对光器件的应用数量。
图12 全球超大规模数据中心
快速增长
资料来源：Cisco、德邦研究
图13 2017-2022数据中心光模块市场规模预测（百万美元）
资料来源：德邦研究
根据Cisco预测，到2021年全球将有628个超大规模数据中心，是 2016年的近1.9倍，占据近50%的数据中心服务器份额。数据中心光模块平均3-4年完成一次产品迭代。2012-2014，10G/40G架构是数据中心的主流；2015-2018，北美云巨头大规模建设25G/100G数据中心，应用于中短距场景且性价比高的100G CWDM4成为主流产品；2019年，400G产品开始在亚马逊、谷歌等客户小规模出货并在2020年迅速崛起，到2022年全球400G市场规模有望达到12亿美元，三年复合增长率达70%。
综上，光通信器件行业将伴随着5G建设及数据中心建设的高速推进，获得行业发展的红利，将呈现出行业技术快速发展、行业规模迅速扩大的趋势。
第四章 国内重点企业
一、光迅科技
武汉光迅科技股份有限公司（简称“光迅科技”）成立于2001年，前身是1976年成立的邮电部固体器件研究所，2009年8月登陆深圳证券交易所，成为国内首家上市的光电子器件公司。2012年12月，光迅科技和武汉电信器件有限公司重组合并，推动企业在产业规模、技术研发等方面的快速发展。2013年，公司收购丹麦IPX公司，切入核心芯片技术，进军高端无源芯片市场。2016年，增资大连藏龙光电子科技有限公司，并与法方合资成立阿尔玛伊科技公司，具备了10G激光器芯片的设计及生产能力，目前正在积极研发25G激光器芯片。
经过近20年的发展，公司目前已经成为国内最大的光器件供应商之一，拥有业界先进的端到端产品线和整体解决方案，具备从芯片到器件、模块、子系统全系列产品的垂直整合能力，灵活满足客户的差异化需求。公司产品目前主要面向电信和数通市场，根据其年报定义为传输、数据与接入市场。公司传输类产品主要包括收发模块、光纤放大器以及相关无源光器件，提供10G、40G、400G光模块产品。接入类产品包括应用于FTTH的GPON、10G PON以及TWDM-PON光收发模块，和应用于4G、5G网络的6G、10G、25G、50G、100G中短距光收发模块。数据通信产品则主要用于数据中心、企业网等领域，光模块产品速率覆盖10G-400G。
新技术上，公司在高速光芯片、硅光集成芯片开发设计、芯片测试与验证上具备技术优势，而包括DCI 相干模块、200/400G 产品、MWDM前传、50G PAM4 BiDi 等产品应用或客户突破将在未来提供增长动力。
根据Ovum 数据，2018 年Q4-2019 年Q3 年度内光迅科技占全球市场份额约8%，行业排名第三，份额同比提升0.9 个百分点，行业地位有所提升。
表8 光迅科技近两年财务数据与预测
数据来源：公开资料整理
二、中际旭创
中际旭创股份有限公司（简称“中际旭创”）是一家集光通信器件设计研发制造、智能装备制造于一身的技术创新型企业。其前身中际装备成立于2005年，主要生产空调、冰箱以及汽车电机定子，于2012年在创业板上市。2017年，中际装备收购苏州旭创100%股权，获得光通信模块核心技术，逐步发展成为全球高端光收发模块的领军企业。
中际旭创旗下拥有苏州旭创科技有限公司和山东中际智能装备有限公司两家实体企业，在烟台、苏州、铜陵建有生产基地，在美国和台湾地区设有研发中心。目前公司主要产品包括光收发模块和电机绕组制造装备两个板块，光模块主要面向数通市场，从速率上覆盖10、25、40、100、400G，产品线较完善。电机绕组装备主要应用于汽车、工业以及家用场景。
中际旭创2020 年上半年实施了对成都储翰科技的收购，成都储翰覆盖芯片封装、光电器件组件和光电模块的完整光器件产业链，在低成本大规模制造、工艺技术水平等方面具备显著优势，收购完成后，中际旭创有望成为数通市场和电信市场双市场龙头企业。此外，公司100G 产品出货量保持在业内前列，是全球少数几个受到大客户认可的400G 供应商，400G 产品技术壁垒较高，公司凭借优质的400G 产品有望加强在北美和国内数据中心市场的龙头地位。
表9 中际旭创近两年财务数据与预测
数据来源：公开资料整理
三、华工科技
华工科技产业股份有限公司（简称“化工科技”）成立于1999年，是由华工科技大学控股的校企。公司于2000年登陆中小板，公于我国光通信产业集群之一的武汉市，成立至今一直专注于以“激光技术及其应用”为主业，是国家重点高新技术企业、国家新兴企业。华工科技主营业务包括光电器件系列业务、激光器与激光设备业务、敏感元器件业务与激光全息防伪系列产品。
华工科技具备从芯片到器件、模块、子系统全系列产品的垂直整合能力，产品包括有源光器件、智能终端、无源光器件、光学零部件等，产品现已广泛应用于数字、模拟通信等重要领域，市场占有率处于行业领先地位。2018年，华工科技旗下华工科技投资管理有限公司牵头成立云岭光电。云岭光电专注于光芯片的研发生产，于2019年下半年量产10G系列光芯片并成功研发部分25G系列光芯片。自此，华工科技获取高速光芯片稳定的进货渠道，成功打通产业链上下游。
目前，华工科技的10G光芯片产品已实现批量供货，获得了大客户认可，25G接收芯片已具备量产能力，25G发射芯片正在进行测试评估，实现了光通信芯片的国产化。
表10 华工科技近两年财务数据与预测
资料来源：公开资料整理
四、新易盛
成都新易盛通信技术股份有限公司（简称“新易盛”）是一家领先的光收发器服务提供商，专注于光模块研发、制造和销售，公司成立于2008年4月，注册资本2.36亿元，2016年3月上市，公司持股5%以上的股东均为个人，公司作为国际高新技术企业，主营业务是点对点光模块、PON光模块和组件。
新易盛已实现光器件芯片封装、光器件封装和光模块制造环节的全覆盖，是国内少数批量交付100G光模块、掌握高速率光器件芯片封装和光器件封装的企业，并已成功研发出200G、400G光模块产品，部分产品已通过验证并实现量产。公司目前有光模块产品近3000种，涵盖通信网络接口、传输速率、光波波长等技术指标，覆盖了数据宽带、电信通讯、数据中心、安防监控和智能电网等行业。
新易盛是中兴通讯核心供应商，与国内大客户包括中关康讯、东志科技、烽火通信、光迅科技等合作关系紧密，拥有国内外客户300 多家。在18 年“中兴事件”历经低谷后，公司抓住5G 及数据中心市场的发展机遇，多项研发项目取得突破，高速率产品销售占比大幅提升，19 年业绩迎来强劲反弹。
表11 新易盛近两年财务数据与预测
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第五章 行业发展趋势
一、产业集中度进一步提升
近年来，光通信器件行业并购整合案例频发，国内光通信企业通过收购海外企业完善自身的生产能力，海外光通信巨头也通过一系列的并购整合，增强对整个产业链的垂直协同， 基本形成了美日厂商聚焦芯片和高端产品，封装向中国及东南亚转移（本质是产业链分工细化）的态势 。光芯片属于技术密集型，美日厂商研发起步较早，掌握光芯片核心技术。光模块封装属于劳动、工艺密集型，我国劳动力成本、市场规模优势明显，全球光器件封装产能向中国及东南亚转移，中国封装厂逐步崛起成为全球光模块制造基地，从OEM、ODM发展为多个全球市占率领先的光模块品牌。同时美日厂商或在东南亚设厂，或找东南亚厂商代工，由此培育了代工龙头Fabrinet。全球光模块产业链分工明确，有效利用了各方比较优势，提高了全球产业链运转效率。
LightCounting最近一期调查报告指出，来自中国的中际旭创、海信、光迅科技、华工正源和新易盛等5家光模块厂商有望在2020年进入全球前十，主导全球光模块市场，对比2010年时只有1家中国企业进入前十。中际旭创有望在2020年终结Finisar的“连冠”记录，登顶光模块前十排行榜。报告发布时未考虑到新冠病毒的爆发的影响，如今中国已经率先从新冠疫情的阴影中走出，大部分地区已经实现复工复产，欧美等国仍深受新冠疫情影响。叠加近期中国5G网络及数据中心建设的加速落地，中国光通信产业有望率先迎来强劲复苏期，中国光模块厂商有望进一步提升全球市场份额。
二、光芯片领域国产化替代加速
光芯片和电芯片成为制约光模块成本的主要因素，目前全球光芯片由海外巨头把持。台湾联亚、英国IQE、日本三菱、美国Avago为全球主要的光芯片供应商，其中，以高速率为主要特征的高端光芯片的生产主要集中在新博通、三菱、住友、Oclaro等美国和日本企业中。
表12 主要高端芯片厂商及其主要产品
资料来源：公开资料整理
在光通信产业链中，我国的上下游企业市场占比不均衡，下游设备和中游光模块封装国内企业在全球市场的占比较高，上游的光芯片领域，国内整体在全球市场份额占比小于 1%。核心器件的缺失使得我国光通信产业时刻面临 “卡脖子”风险， 因此实现上游光芯片的突破和国产化替代是我国通信产业升级的必然趋势和当务之急。
目前国内企业在光器件和光芯片等取得一定突破，光迅科技自产光模块的芯片自制比率已经超过70%，中低端芯片如10G VCSEL/DFB/EML等光芯片均已实现自产，25G DFB光芯片已经通过重点客户认证，正逐步在自家光模块产品中进行切换。 我国作为全球光模块最大的市场之一，为了更好分享产业链上游的巨大价值，芯片国产化替代将进一步加速。 基于光芯片/电芯片的平均成本占比以及LightCounting对全球光模块市场规模的预测，预计到2023年光芯片和电芯片国产替代空间分别在13亿美元、6亿美元。
三、高速率光模块需求加大
5G大规模应用提出了对高速率光模块的巨大需求。如下表，为了满足 5G 的应用场景，需要更大的传输容量和更快的传输速率支持，光器件模块需要进行相应升级，从而带来海量光器件需求。4G时代，前传网络中以6G/10G光模块为主，5G网络将其升级为25G，从而带来海量25G及以上速率光模块需求。此外，汇聚层接口速率从25G/50G提升至50G/100G；核心层接口速率从100G/200G提升至200G/400G，将进一步扩容升级。
表13 5G承载网配置需求
资料来源：公开资料整理
数据中心流量进入爆发期，光模块有望进入400G时代。随着5G网络建设的落地，数据中心流量进入爆发性增长的阶段，对数据中心互联的带宽提出了新的需求。如图，数据中心的互联场景中，机柜内部的服务器与TOR交换机主要以 10G/25G为主，正向50G/100G阶段过渡。Leaf交换机与Spine交换之间的互联、数据中心之间的互联目前主要以40G/100G为主，正向400G过渡。
因此， 5G和数据中心的应用场景需求，推动着光通信网络向超高频、超高速和超大容量发展，市场对高速率光通信器件的需求将日渐加大。
表14 数据中心常见的光模块使用场景
资料来源：公开资料整理
四、硅光子技术成行业发展重点
硅光子技术是一种基于硅光子学、用激光束代替电子信号传输数据的低成本、高速的光通信技术。 硅光子技术的核心理念是“以光代电“， 利用 CMOS 微电子工艺实现光器件的集成制备，该技术结合了CMOS技术的超大规模逻辑、超高精度制造等特性，以及光子技术超高速率、超低功耗的优势，能够实现以光速传递信号，从而大大缩减了信息在器件之间的传输时间。英特尔实验室通过混合硅激光器技术的集成激光器，首次实现了基于硅光子的数据连接，并宣布硅光电子100G收发器正式投入商用及批量出货。
图14 硅光技术原理图
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硅光子架构主要由硅基激光器、硅基光电集成芯片、主动光学组件和光纤封装完成，使用该技术的芯片中，电流从计算核心流出，到转换模块通过光电效应转换为光信号发射到电路板上铺设的超细光纤，到另一块芯片后再转换为电信号。
近年来，不断缩小的芯片尺寸存在物理极限，因此 进入“后摩尔定律”时代，硅光技术是延续摩尔定律的发展方向之一。 目前，光芯片多基于InP和GaAs衬底制备而成。而选择硅基的原因在于其小、快、便宜的优势，与CMOS传统工艺兼容性好、光学损耗低。硅光结合了微电子为代表的集成电路超大规模、超高精度的优势，以及光子技术超高速率、超低功耗的优点，虽然技术门槛高，但未来发展空间较大，是有望成为从根本上改变光器件行业的一种技术。