自二十世紀(jì)七十年代光纖誕生以來，光通信技術(shù)引領(lǐng)信息技術(shù)變革，光通信以光波作為信息傳輸?shù)妮d體，以光纖作為信息傳輸媒介，具有高速率、大容量、長距離等技術(shù)優(yōu)勢，在移動通信、光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)電子、汽車電子和工業(yè)制造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。5G建設(shè)承載先行，光通信技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)連接的核心，5G將催生光通信新一輪發(fā)展機(jī)遇。

本篇報告從光通信技術(shù)驅(qū)動的應(yīng)用變革入手，圍繞光通信行業(yè)的光線纜、光器件、光設(shè)備三方面來分析光通信細(xì)分領(lǐng)域的市場格局和投資機(jī)遇，最后對光電子行業(yè)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

一．光通信技術(shù)推動網(wǎng)絡(luò)變革以滿足數(shù)據(jù)增長需求

1、數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，光通信技術(shù)成為終極方案

移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G推動了全球數(shù)據(jù)量指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)量的爆增對網(wǎng)絡(luò)提了挑戰(zhàn)。由于云計算、視頻、社交、電商、搜索、支付業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，全球應(yīng)用數(shù)據(jù)量和對通信容量的需求急劇增長。IDC預(yù)測，到2025年全球數(shù)據(jù)總量將從2018年的33ZB增長到175ZB，復(fù)合年增長率為27％。隨著全球5G網(wǎng)絡(luò)的部署，從云端數(shù)據(jù)中心到邊緣網(wǎng)絡(luò)，再到用戶側(cè)的PC、智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)終端，需求爆發(fā)推動數(shù)據(jù)流量的持續(xù)增長。在物聯(lián)網(wǎng)和實(shí)時數(shù)據(jù)增長的推動下，邊緣計算的數(shù)據(jù)量將快速增長，預(yù)計2025年平均每人每天進(jìn)行5000次數(shù)據(jù)交互，是目前的7倍。數(shù)據(jù)流量和數(shù)據(jù)交互量的高速增長對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了挑戰(zhàn)。

互聯(lián)網(wǎng)帶寬定律看，未來帶寬速率的增長將對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的升級提出了不小的挑戰(zhàn)。

光進(jìn)銅退已成為全球信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。銅線的傳輸性能無法滿足數(shù)據(jù)流量日益增長的需求，光纖通信逐步替代銅線電路。銅線使用電子進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而光纖使用光子。光比電速度快，光纖可以提供更高的帶寬，光通信在傳輸速度、衰減、抗干擾、抗腐蝕、重量體積等性能指標(biāo)更佳。光纖電纜傳輸數(shù)據(jù)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅線，與銅線的40Gbps帶寬相比，光纖帶寬已超過60Tbps，相差千倍以上。在數(shù)據(jù)信號衰減方面，光纖可提供更好的信號耐久性，在超過100米的距離，光纖信號損失僅3％，而銅線信號損失高達(dá)94％。由于光纖由玻璃制成，因此光纖受腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的影響很小，也不受電磁干擾和功率波動的影響。光纖具有抗干擾、溫度波動和防潮的特性，可提供更加可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

光通信芯片數(shù)據(jù)容量的增速可滿足數(shù)據(jù)指數(shù)級增長需求。在過去的幾十年中，光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的增長需求導(dǎo)致光電子出現(xiàn)突破性的發(fā)展，光芯片不斷增加功能和密度，其經(jīng)濟(jì)性、功耗、可靠性帶來顯著優(yōu)勢。伴隨著DML、EML、TunableEML芯片技術(shù)到QPSK、16-QAM調(diào)制技術(shù)等一系列技術(shù)升級，光通信的數(shù)據(jù)處理能力呈指數(shù)級增長，平均每2.2年翻一番，每十年提高一個數(shù)量級。光通信技術(shù)的發(fā)展已完全滿足數(shù)據(jù)指數(shù)級增長的需求，并在未來一段時期仍然保持目前的增長速度。

光通信技術(shù)推動以太網(wǎng)不斷變革以滿足數(shù)據(jù)量增長需求。在以太網(wǎng)誕生以來，網(wǎng)絡(luò)速率保持了每十年增長十倍的發(fā)展趨勢。隨著5G的到來，從移動互聯(lián)網(wǎng)向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電力互聯(lián)網(wǎng)等垂直應(yīng)用發(fā)展，用戶體驗(yàn)需求的不斷提高，對以太網(wǎng)的發(fā)展也提出了更高的訴求，大帶寬、大連接、低成本、安全可靠的物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通是業(yè)界對于以太網(wǎng)技術(shù)的期待。目前，多行業(yè)應(yīng)用驅(qū)動以太網(wǎng)光通信的演進(jìn)與革新，通信運(yùn)營商需求推動了100G、400G的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心需求推動了25G、40G、100G、400G的發(fā)展。根據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟2020年

技術(shù)發(fā)展路線圖顯示，單通道100G的光收發(fā)器件將成為以太網(wǎng)發(fā)展趨勢，到2025年可達(dá)到1T帶寬的數(shù)據(jù)處理速率。

2、從網(wǎng)絡(luò)到信息系統(tǒng)，光通信市場逐步成熟壯大

自1980年代光纖誕生以來，光通信技術(shù)引領(lǐng)了信息技術(shù)革命性變革，光通信以光波作為信息傳輸?shù)妮d體，以光纖作為信息傳輸媒介，具有高速率、大容量、長距離、低損耗、體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，在無線通信、光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

光通信變革從網(wǎng)絡(luò)逐步延伸到系統(tǒng)芯片，從廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)到局域網(wǎng)，從系統(tǒng)、設(shè)備到芯片，正在逐步取代電信號的信息傳輸。1980年代，運(yùn)營商大帶寬長距離通信需求持續(xù)增長，光通信首先在廣域網(wǎng)應(yīng)用，隨著成本的逐步降低，在運(yùn)營商城域網(wǎng)又廣泛使用。1990年代，數(shù)據(jù)流量快速增長，光通信進(jìn)入園區(qū)、企業(yè)層面的中短距離應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)入2000年，超級計算和大型數(shù)據(jù)處理需求增長，光通信在數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)機(jī)架間廣泛使用，大幅提升了系統(tǒng)級數(shù)據(jù)處理速度。隨著全球數(shù)據(jù)流量的持續(xù)增長，光通信未來將逐步實(shí)現(xiàn)板卡級、模塊級、芯片級的高速傳輸，市場規(guī)模有望達(dá)到數(shù)百億美元。

運(yùn)營商光通信變革從骨干網(wǎng)延伸到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、基站，未來向全光網(wǎng)演進(jìn)。隨著數(shù)量流量的增長，電子器件存在的帶寬限制、容量不足、高功耗等缺點(diǎn)凸顯，在通信網(wǎng)中出現(xiàn)了“電子瓶頸”的現(xiàn)象。為了解決這一瓶頸，運(yùn)營商骨干網(wǎng)線路最先采用光通信，并逐步延伸到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和基站。在線路完成光纖化之后，進(jìn)一步提出了全光網(wǎng)概念，數(shù)據(jù)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時才進(jìn)行電光和光電轉(zhuǎn)換，而在網(wǎng)絡(luò)中所有傳輸和交換的過程始終以光的形式存在，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備由電路交換升級到高可靠、大容量和高靈活度的光交叉連接數(shù)據(jù)交換。在全光網(wǎng)中，由于沒有光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，支持各種不同協(xié)議和編碼形式，信息傳輸具有透明性，數(shù)據(jù)傳輸效率進(jìn)一步提升。目前，全球運(yùn)營商骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)光纖化，部分地區(qū)接入網(wǎng)光纖化已完成，向全光網(wǎng)的演進(jìn)已經(jīng)開始。

應(yīng)對數(shù)據(jù)量指數(shù)級增長，光通信成為數(shù)據(jù)中心解決方案。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算的發(fā)展，全球互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)處理都在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行，數(shù)據(jù)中心的計算能力和數(shù)據(jù)交換能力也呈指數(shù)級的增長。和傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)不同，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)主要是機(jī)器和機(jī)器之間的東西向流量。隨著網(wǎng)絡(luò)速率的不斷提高，光通信技術(shù)在數(shù)據(jù)中心得到大量的使用，光通信的應(yīng)用主體從電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向了數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心成為光通信的最大市場?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)中心為了應(yīng)對數(shù)據(jù)流量的快速增長，普遍采用Spine-Leaf網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)交換和處理能力更強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也更加扁平化和密集。

隨著光器件的成熟，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部引入光交換，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)傳輸。網(wǎng)絡(luò)線路實(shí)現(xiàn)光纖化僅是全光網(wǎng)絡(luò)的第一步，隨著光交換、光存儲、光多路復(fù)用器件的成熟，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點(diǎn)由光電轉(zhuǎn)換、電交換技術(shù)向光交換方向發(fā)展，將會引領(lǐng)走向一個全動態(tài)的數(shù)字光網(wǎng)絡(luò)。5G對光網(wǎng)絡(luò)的容量、時延、光纖密度要求很高，需要強(qiáng)大的傳輸承載架構(gòu)，全光網(wǎng)是5G最理想的承載技術(shù)，具有巨大的可用頻譜、超大容量、超高速率等優(yōu)勢。數(shù)據(jù)中心對交換性能、功耗、集成度、成本等關(guān)鍵指標(biāo)要求較高，引入全光交換技術(shù)，可進(jìn)一步節(jié)能增效，滿足數(shù)據(jù)中心內(nèi)部海量連接需求。

光互連演進(jìn)到計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，從機(jī)架級、設(shè)備級、板卡級到芯片級，推動著計算機(jī)體系架構(gòu)對速度的不斷突破。摩爾定律依然在發(fā)揮效力，推動處理器性能不斷進(jìn)步，計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)外部I/O互連性能遠(yuǎn)低于處理器性能，成為計算機(jī)系統(tǒng)的瓶頸?；阢~線互連的鏈路在10Gbps以上速率出現(xiàn)明顯的瓶頸，在設(shè)備機(jī)架之間互連、設(shè)備板卡之間互連、板卡模塊之間互連和芯片之間互連，無法滿足計算和數(shù)據(jù)快速增長的需求。光互連具有高速率、低功耗、小尺寸的性能優(yōu)勢，在銅互連成為計算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)瓶頸時，有望成為最佳解決方案。計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)外部的互連線纜已實(shí)現(xiàn)從無源銅纜、有源銅纜到有源光纜的逐步升級，在數(shù)據(jù)中心已廣泛使用。計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部PCB電路板升級到OPCB光路板，芯片銅線互連升級到芯片光互連，可滿足未來更高速率的數(shù)據(jù)計算處理需求，可大幅提升計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，具備較大的市場空間。

3、5G帶給光通信行業(yè)新一輪快速發(fā)展機(jī)遇

電信市場和數(shù)據(jù)中心市場是光通信主要需求市場。從應(yīng)用市場來看，光通信目前主要市場為電信市場、數(shù)據(jù)中心市場、消費(fèi)電子等新興市場。電信市場是光通信最開始發(fā)力的市場，市場規(guī)模大、收入占比高，主要應(yīng)用于接入網(wǎng)、匯聚網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)。數(shù)據(jù)中心市場是光通信增速最高的市場，未來有望超過電信市場規(guī)模，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部（Spine/Fabric/ToR）和數(shù)據(jù)中心間DCI網(wǎng)絡(luò)。消費(fèi)電子等新興市場是未來規(guī)模潛力最大的市場，手機(jī)、汽車普及3D感應(yīng)的市場空間較大，目前還處于早期狀態(tài)，未來具有爆發(fā)式增長機(jī)會。采用金字塔需求分層模型，可以看出數(shù)據(jù)中心各層次的帶寬需求高于電信網(wǎng)絡(luò)各層次帶寬需求，決定了未來數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模在光通信市場的主導(dǎo)地位。

5G帶動電信市場光通信需求向上。光通信在電信市場主要應(yīng)用于傳輸承載網(wǎng)、固網(wǎng)接入網(wǎng)、無線接入網(wǎng)。2020年是中國5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)元年，預(yù)計2019-2023年我國三大運(yùn)營商5G宏基站建設(shè)規(guī)模400萬站，5G傳輸網(wǎng)投資達(dá)2600億元。5G帶動傳輸承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纖光纜的需求增長，5G基站接入在前傳、中傳、回傳光模塊需求增長顯著，中國移動研究院以建設(shè)200萬基站為例推算，預(yù)計將帶來4800萬支光模塊需求。預(yù)計5G光模塊需求是4G光模塊需求的2倍以上，25G/50G/100G光模塊將逐步在前傳、中傳和回傳引入，100G/200G/400G高速光模塊將在傳輸匯聚和核心層引入。

5G推動全球數(shù)據(jù)中心光通信需求增長。根據(jù)韓國科學(xué)信息部的統(tǒng)計，韓國5G用戶流量是4G的3倍。根據(jù)中國移動的預(yù)測，5G用戶流量年均復(fù)合增速達(dá)25%。隨著全球加快5G建設(shè)速度，推進(jìn)5G垂直行業(yè)應(yīng)用落地，構(gòu)建高速、智能、泛在的5G應(yīng)用生態(tài)圈，5G在傳統(tǒng)行業(yè)的推廣將持續(xù)推動全球數(shù)據(jù)中心高速增長。根據(jù)思科全球云指數(shù)CGCI的報告，2016-2021年全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心將從338個增長到628個。到2021年，亞太地區(qū)將超越北美地區(qū)的超大數(shù)據(jù)中心領(lǐng)先地位，亞太地區(qū)超大數(shù)據(jù)中心占比將達(dá)到39%，北美地區(qū)占比達(dá)到35%。盡管面臨疫情和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)，全球云數(shù)據(jù)中心的資本支出在2020年仍然將實(shí)現(xiàn)更高的增長。全球主要的云計算廠商亞馬遜、微軟、谷歌等也均表示2020年持續(xù)加大數(shù)據(jù)中心的資本支出。隨著數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模的持續(xù)提升，有望成為驅(qū)動光通信行業(yè)最大的細(xì)分市場。

受益于5G網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心需求，光通信行業(yè)發(fā)展空間廣闊。光通信產(chǎn)業(yè)鏈包括光器件、光線纜和光設(shè)備等細(xì)分領(lǐng)域。光器件位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游，市場規(guī)模較小、毛利率較高，由日美企業(yè)主導(dǎo)行業(yè)技術(shù)和發(fā)展方向。光線纜和光設(shè)備位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈中下游，市場規(guī)模較大、毛利率較低，由中美企業(yè)占據(jù)全球主要市場份額。受益于5G網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心建設(shè)需求，下游光線纜和光設(shè)備需求激增，帶動上游光器件，光通信行業(yè)具備長期增長潛力。

二．光通信處于產(chǎn)能驅(qū)動快速成長期

光通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包括光線纜、光器件和光設(shè)備。光線纜包括光纖光纜和有源線纜，光器件包括光芯片、有源器件、無源器件和光模塊，光設(shè)備包括傳輸設(shè)備和數(shù)通設(shè)備。

1、光纖處于產(chǎn)能消化期，有源線纜市場快速增長

從上世紀(jì)八十年代開始，光纖傳輸陸續(xù)替代了電纜傳輸，從光纖發(fā)明至今經(jīng)過半個世紀(jì)，光纖網(wǎng)絡(luò)已成為全球信息網(wǎng)的主干。光纖的應(yīng)用領(lǐng)域也從最早的通信和數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)展到互連光纖網(wǎng)、基站光纖網(wǎng)、存儲光纖網(wǎng)、物聯(lián)光纖網(wǎng)和傳感光纖網(wǎng)等。云計算、視頻、5G、物聯(lián)網(wǎng)需求的快速商業(yè)化，大連接、大容量、大能力成為未來光纖網(wǎng)絡(luò)的核心。

光纖的主要成分是高純度二氧化硅，經(jīng)過千度高溫制成光纖預(yù)制棒，光纖預(yù)制棒經(jīng)過拉絲退火工藝制成光纖。光纜是由一定數(shù)量的光纖組成纜芯，外面包裹有護(hù)套和保護(hù)層。光纖是信息傳遞的載體，光信號在光纖內(nèi)經(jīng)過多次折射傳輸?shù)浇K點(diǎn)的，光信號在折射后會分散或者衰減，需要把光信號每隔一定距離進(jìn)行信號放大。

光纖光纜行業(yè)中期產(chǎn)能過剩，長期保持高景氣

光進(jìn)銅退持續(xù)推進(jìn)，光纖光纜長期保持高景氣。隨著全球信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，通信、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動了全球光纖光纜行業(yè)的穩(wěn)步增長。根據(jù)CommunicationsToday的報告顯示，2018年全球光纖光纜市場需求達(dá)5.1億芯公里，市場規(guī)模達(dá)76億美元。2005-2018年，全球光纖市場復(fù)合年增長率達(dá)到16%。中國市場成為推動全球光纖光纜行業(yè)的重要市場，其市場份額從2005年的30%提升到2018年的54%。

三年高增長后產(chǎn)能過剩，光纖光纜進(jìn)入產(chǎn)能消化期。伴隨著2014-2018年全球4G建設(shè)和中國光纖寬帶的高速發(fā)展，光纖光纜行業(yè)迎來一輪產(chǎn)能擴(kuò)張。根據(jù)CRU統(tǒng)計，2013-2018年，全球光纜產(chǎn)量復(fù)合增長率排名，中國高達(dá)18%，超過全球平均水平。隨著中國光纖寬帶家庭覆蓋率超過90%，2018年底以來，需求側(cè)主要的中國光纖寬帶市場回落，供給側(cè)光棒、光纖、光纜產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大，光纖市場出貨量和價格同步下降，結(jié)束了2016-2018年的光纖需求緊張的局面，光纖光纜行業(yè)進(jìn)入產(chǎn)能消化期。

中國企業(yè)占據(jù)全球光纖光纜市場的半壁江山。網(wǎng)絡(luò)電信2019年光通信行業(yè)競爭力數(shù)據(jù)顯示，中國企業(yè)光纖光纜市場占有率為46%，美國企業(yè)市場占有率為15%，日本企業(yè)市場占有率為19%。光纖光纜主要供應(yīng)商包括康寧、長飛、亨通光電、古河、富通、中天科技、烽火通信、普睿司曼、住友電工、藤倉。

進(jìn)軍新市場成為光纖光纜企業(yè)發(fā)展的方向。我國主要的光纖生產(chǎn)企業(yè)均選擇進(jìn)軍新市場，來消化過剩產(chǎn)能，擴(kuò)大全球市場占有率。從產(chǎn)品擴(kuò)張來看，海底光纜和數(shù)據(jù)中心光纖成為主要方向，多個中國企業(yè)進(jìn)入海底光纜市場，包括亨通、中天、烽火、富通和長飛等。從地域擴(kuò)張來看，歐洲成為主要目標(biāo)市場區(qū)域，海外建立合資公司成為市場突破的發(fā)展方向。

性能優(yōu)勢顯著，有源光纜市場快速增長

有源光纜成為主流數(shù)據(jù)傳輸線纜。有源光纜（AOC）由兩端的光收發(fā)器和中間一根光纜跳線組成，有源光纜的主要優(yōu)勢帶寬大、重量輕、功耗低、易使用。有源光纜的主要市場包括數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)電子市場，基于云的應(yīng)用、音頻視頻終端、在線游戲和有線電視需要高速率大帶寬數(shù)據(jù)服務(wù)，推動有源光纜在云端數(shù)據(jù)中心和終端消費(fèi)電子廣泛使用。根據(jù)CIR的預(yù)計，2020年-2024年有源光纜市場將從9.5億美元增長到19億美元。隨著中國數(shù)據(jù)中心加速建設(shè)，

預(yù)計2024年中國市場有源光纜收入將達(dá)到3.8億美元。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，隨著交換機(jī)到路由器互聯(lián)鏈路向100G-400G鏈路升級，100G以上鏈路產(chǎn)品收入占比較高，200G以上鏈路線纜銷售將快速增長，2020年成為400G鏈路銷售放量的元年。有源光纜最大的細(xì)分市場將是200G及以上市場，預(yù)計到2024年市場銷售規(guī)模將達(dá)到9.7億美元。

中國廠商市場份額逐步擴(kuò)大。全球有源光纜市場較為分散，市場參與者超過200家企業(yè)，隨著競爭的加劇，市場集中度越來越高，主要供應(yīng)商包括10Gtek、海信、旭創(chuàng)、Mellanox、Cisco、Intel、II-VI（Finisar）、Amphenol、Fujitsu、Broadcom等。隨著中國有源光纜公司逐步占領(lǐng)市場，有源光纜價格也承受了巨大壓力，市場競爭日益激烈。由于貿(mào)易摩擦的影響，有源光纜行業(yè)相關(guān)公司預(yù)計在2021年開始調(diào)整產(chǎn)能布局，將制造轉(zhuǎn)移到勞動力成本較低的東南亞國家，供應(yīng)鏈面臨重新洗牌。

2、光器件漸入成熟期，未來市場潛力巨大

光器件依然處于行業(yè)早期。光器件位于光通信行業(yè)的上游，通過核心光電元件實(shí)現(xiàn)光信號的發(fā)射、接收、信號處理等功能，是光通信系統(tǒng)的核心。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期看，光器件依然處于行業(yè)早期，并購整合成為該階段市場的主旋律。隨著行業(yè)頭部企業(yè)規(guī)模增大，全球光器件行業(yè)將逐步進(jìn)入成熟期。

光器件種類繁多、百花齊放。按光通信上下游劃分，光器件可分為光電芯片、光器件和光模塊。光電芯片是光器件的核心元件，根據(jù)材料不同可分為InP、GaAs、Si/SiO2、SiP、LiNbO3、MEMS等芯片，根據(jù)功能不同可分為激光器芯片、探測器芯片、調(diào)制器芯片。光器件根據(jù)是否需要電源劃分為有源器件和無源器件。有源器件主要用于光電信號轉(zhuǎn)換，包括激光器、調(diào)制器、探測器和集成器件等。無源器件用于滿足光傳輸環(huán)節(jié)的其他功能，包括光連接器、光隔離器、光分路器、光濾波器、光開關(guān)等。光模塊是多種光器件封裝組合的一體化模塊，包括光收發(fā)模塊、光放大器模塊、動態(tài)可調(diào)模塊、性能監(jiān)控模塊等。光器件性能向著速率高、頻譜寬、損耗小、功耗低、靈敏度高、時延短、非線性弱、集成度高、尺寸小、價格便宜的方向不斷發(fā)展。

光器件市場保持快速增長。根據(jù)LightCounting的預(yù)測，2019-2023年全球光器件市場規(guī)模從70億美元增長到120億美元。5G將帶來光模塊市場強(qiáng)勁增長，中國移動研究院以建設(shè)200萬基站為例推算，預(yù)計將帶來4800萬支光模塊需求。25G/50G/100G高速光模塊將逐步在前傳、中傳和回傳引入，100G/200G/400G高速光模塊將在傳輸匯聚和核心層引入。預(yù)計5G光模塊需求是4G光模塊需求的2倍以上，我國5G光模塊市場規(guī)模將達(dá)到200億元。

我國企業(yè)在光器件市場份額進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)電信的研究，美國日本企業(yè)依然占據(jù)全球光器件市場領(lǐng)先地位，掌握核心光芯片、電芯片、光器件的全球主要份額，美國企業(yè)市占率約26%，中國企業(yè)市占率約17%，日本企業(yè)市占率約12%。我國企業(yè)進(jìn)步明顯，依靠光模塊市場份額的提升，和行業(yè)頭部企業(yè)的差距逐步縮小。全球光器件市場領(lǐng)導(dǎo)者主要包括II-VI、Broadcom、Lumentum、蘇州旭創(chuàng)、光迅科技、住友電工等。國內(nèi)光模塊市場的主要供應(yīng)商包括蘇州旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶、昂納科技、華工科技、新易盛等。

光電芯片是光器件的核心部件，主要包括光芯片（化合物半導(dǎo)體激光器芯片、光電探測器芯片）和電芯片。在高端模塊中，光芯片成本占比通常在40%-60%，電芯片成本占比通常在10%-30%，兩者合計占高端光模塊成本的80%。

光芯片材料以III-V族化合物為主

光芯片材料主要有以砷化鎵GaAs和磷化銦InP為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體材料為主。III-V族化合物材料擁有最佳的能量轉(zhuǎn)化效率，適用于高速、高頻、大功率光電子芯片場景，廣泛應(yīng)用于光通信、衛(wèi)星通訊、移動通訊和GPS等領(lǐng)域。而不同芯片材料的基態(tài)能級差不同，具有不同的發(fā)光工作波長，結(jié)合光纖傳輸損耗窗口，常用的發(fā)光波長為850nm/1310nm/1550nm。

數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)電子需求驅(qū)動砷化鎵市場增長。砷化鎵在光通信領(lǐng)域主要應(yīng)用于VCSEL激光器，產(chǎn)品分布在數(shù)據(jù)中心和手機(jī)3D感應(yīng)市場。根據(jù)Yole的預(yù)測，2019-2025年砷化鎵光通信市場規(guī)模從2400萬美元增長的6100萬美元，復(fù)合年增長率17%。砷化鎵襯底主要供應(yīng)商包括Freiberger、住友電工、AXT和VitalMaterials，主流尺寸為3英寸和4英寸。砷化鎵外延材料主要供應(yīng)商包括IQE、全新光電、住友化學(xué)、英特磊、II-V。

5G和數(shù)據(jù)中心需求驅(qū)動磷化銦市場增長。磷化銦主要應(yīng)用在光通信波長為1000nm以上的激光器，主要包括分布式反饋激光器（DFB）、電吸收調(diào)制激光器（EML）。DFB適用于速率在25G及以下、傳輸距離在10千米以內(nèi)的基站和數(shù)據(jù)中心場景，EML適用于速率在50G及以下，傳輸距離在80千米以內(nèi)的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和DCI互聯(lián)場景。隨著5G基站和數(shù)據(jù)中心高速光模塊需求的增長，對于磷化銦的需求有望快速增長。根據(jù)Yole的預(yù)測，2018-2024年磷化銦光通信市場規(guī)模從5700萬美元增長到1.49億美元，復(fù)合年增長率為14%。磷化銦襯底的主要供應(yīng)商包括住友電工、AXT、JXNipponGroup，主流尺寸為2英寸和3英寸。磷化銦外延材料主要供應(yīng)商包括聯(lián)亞光電、IQE。

SOI是未來硅光集成領(lǐng)域的應(yīng)用材料。根據(jù)MarketsandMarkets的預(yù)測，2019-2024年SOI硅片市場規(guī)模將從9億美元增長至22億美元，年復(fù)合增速超29%。目前，SOI晶圓供應(yīng)商包括Soitec、信越、SUMCO、環(huán)球、上海新傲、TowerJazz、Sony、WaferPro等。

化合物半導(dǎo)體激光器是市場主流

激光器是光模塊的核心器件，激光器將電流注入化合物半導(dǎo)體材料中，通過光子震蕩和增益產(chǎn)生光信號?；衔锇雽?dǎo)體激光器是最主要的光通信激光器，主要包括VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）、FP（法布里-珀羅激光器）、DFB（分布式反饋激光器），適用于不同傳輸距離和速度。激光器調(diào)制方式分為直接調(diào)制和外調(diào)試，DFB激光器基于不同調(diào)制方式分為DML直接調(diào)制激光器和EML電吸收調(diào)制激光器。

VCSEL在消費(fèi)電子市場具有廣闊空間。VCSEL在通信領(lǐng)域主要應(yīng)用于850nm波段數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和接入網(wǎng)。根據(jù)Yole的預(yù)測，2018-2024年VCSEL市場規(guī)模從7.38.億美元增長到37.75億美元，復(fù)合年增長率31%。隨著VCSEL在蘋果手機(jī)3D傳感的應(yīng)用突破，未來VCSEL有望廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)、汽車、醫(yī)療等新興領(lǐng)域。VCSEL的主要供應(yīng)商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、光迅科技、華芯半導(dǎo)體等。

FP激光器適用于短距離通信。FP主要應(yīng)用于1310nm/1550nm波段低速率短距離傳輸，速率一般在1.25G以內(nèi)，主要應(yīng)用于接入網(wǎng)GPON/EPON市場。由于存在損耗大、傳輸距離短的問題，逐步被DFB激光器取代。

DFB激光器適用于中長距離通信。DFB基于FP的基礎(chǔ)，目前是最常用的直接調(diào)制激光器，主要使用于1310nm、1550nm波段數(shù)據(jù)通信，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、城域網(wǎng)及接入網(wǎng)。DFB的主要供應(yīng)商包括II-VI(Finisar)、Lumentum（Oclaro）、Neophotonics、三菱、光迅科技、海信寬帶等。

EML激光器成為高速遠(yuǎn)距離主流光芯片。EML是DFB與EAM（電吸收調(diào)制器）的集成激光器芯片，與直接調(diào)制的DFB激光器相比，EML具有功率高、窄線寬、寬波長調(diào)諧范圍等傳輸優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)。

EML的主要供應(yīng)商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞薩、住友電工、Neophotonics、光迅科技等。

光電探測器市場保持同步快速增長

光電探測器能夠檢測光信號并完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)換。主要的光電探測器包括PIN（光電二極管探測器）和APD（雪崩光電二極管探測器）。

PIN探測器適用于中短距離的光通信場景。PIN只能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，輸出光電流較弱，適用于中短距離、低靈敏度的場景。主要的PIN供應(yīng)商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞薩、住友電工、環(huán)宇通訊、光迅科技等。

APD探測器是一種高靈敏度探測器。APD除了可實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能，對光電流具有放大作用，具備更高的靈敏度、高響應(yīng)和高可靠性的特性，廣泛應(yīng)用到通信、工業(yè)、航空、醫(yī)療等各領(lǐng)域。預(yù)計2019-2027年全球APD市場規(guī)模從re1.51億美元增長到2.03億美元，復(fù)合年增長率為3.5％。APD的主要參與者包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞薩、Excelitas、環(huán)宇通訊、光迅科技等。

伴隨網(wǎng)絡(luò)速率提升，電芯片需求日益增長

電芯片主要功能包括對光芯片的配套支撐、電信號功率調(diào)節(jié)和復(fù)雜的數(shù)字信號處理。在光模塊發(fā)射端，Driver驅(qū)動芯片用于產(chǎn)生電信號，驅(qū)動激光器實(shí)現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換。在光模塊接收端，TIA跨阻放大器芯片在光探測器芯片接收光信號后，完成光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行信號放大。在光通信領(lǐng)域，DSP主要用于支持更高速率調(diào)制，以提高頻譜效率。

逐步提升制造工藝成為控制功耗和成本的主要方式。隨著光器件集成度提升，對光模塊功耗的要求越來越高，電芯片降低功耗的方法比較有限，提升芯片工藝成為主要方式。電芯片制造工藝逐步從28nm、16nm到7nm，從16nm升級到7nm工藝能夠降低功耗高達(dá)65%。

從應(yīng)用市場來說，運(yùn)營商市場主要是大于40km的相干芯片，數(shù)據(jù)中心市場主要是小于40km的PAM芯片。電芯片主要的供應(yīng)商包括Broadcom、Inphi、ADI、瑞薩等。

本文來自招商銀行研究院

原文標(biāo)題：光通信，信息傳輸?shù)慕K極方案

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