光模塊——光纖通信系統(tǒng)的核心器件

光模塊是光纖通信系統(tǒng)的核心器件之一，其為多種模塊類別的統(tǒng)稱，包括：光接收模塊，光發(fā)送模塊，光收發(fā)一體模塊和光轉(zhuǎn)發(fā)模塊等。當(dāng)前市場中光模塊一般指代的是光收發(fā)一體模塊。

通常情況下，光模塊由光發(fā)射器件(TOSA，含激光器)、光接收器件(ROSA，含光探測器)、 驅(qū)動電路、放大器和光(電)接口等部分組成。

光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

光模塊主要用于實現(xiàn)電-光和光-電信號的轉(zhuǎn)換， 如下圖所示：

、

光模塊的光電轉(zhuǎn)換示意圖

圖片來源：億渡數(shù)據(jù)

1.在發(fā)射端，一定速率的電信號經(jīng)驅(qū)動電路處理后進(jìn)入光發(fā)射器件;

2.處理后的電信號驅(qū)動激光器發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號，通過光功率自動控制電路， 輸出穩(wěn)定光信號;

3.在接收端，一定速率的光信號由光探測器處理后轉(zhuǎn)換為電信號;

4.處理后的電信號經(jīng)過放大器后輸出相應(yīng)功率的電信號。

按照不同的通信場景可以將光模塊市場劃分為以太網(wǎng)、連接器、傳輸、 Fibre Channel、無線接入、有線接入等細(xì)分市場。

其中以太網(wǎng)光模塊主要用于服務(wù)器、交換器、路由器等數(shù)通網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;光連接器既 AOC(Active Optical Cables，有源光纜)，用于服務(wù)器到TOR交換機(jī)的短距離連接;CWDM/DWDM 光模塊主要用于各類光傳輸設(shè)備;Fibre Channel 光模塊專用于存儲和高性能計算網(wǎng)絡(luò)。這四個細(xì)分市場主要客戶包括云計算廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商和電信運營商等。

無線接入光模塊、有線接入光模塊分別對應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)和有線寬帶接入網(wǎng)，是電信運營商細(xì)分市場。

光模塊應(yīng)用場景和細(xì)分市場

圖片來源：國聯(lián)證券

2020 年以太網(wǎng)、CWDM/DWDM 兩個細(xì)分市場合計份額高達(dá)77%。其中以太網(wǎng)光模塊和光連接器(直連形式的一對以太網(wǎng)光模塊)這兩個細(xì)分市場以 34%的出貨量貢獻(xiàn)了 53%的市場份額。CWDM/DWDM 光模以約 1%的出貨量貢獻(xiàn)了 24%的市場份額。

數(shù)據(jù)來源：Lightcounting，芯八哥整理

2020 年有線接入光模塊市場以43%的出貨量貢獻(xiàn)了7%的市場份額，無線接入市場以20%的出貨量貢獻(xiàn)14%的市場份額。受益于數(shù)據(jù)通信流量增長，以太網(wǎng)和CWDM/DWDM光模塊從100G 向200G、400G、800G不斷迭代，成為光模塊市場增長的主要驅(qū)動力。

數(shù)據(jù)來源：Lightcounting，芯八哥整理

數(shù)據(jù)通信需求暴增驅(qū)動百億美元光模塊市場

根據(jù)全球光模塊行業(yè)專業(yè)數(shù)據(jù)公司 Lightcounting 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球光模塊市場規(guī)模在經(jīng)歷 2016-2018 年連續(xù)三年的停滯之后，于 2019 恢復(fù)增長，2020 年全球光模塊市場規(guī)模達(dá)到 81 億美元。Lightcounting 預(yù)計，2026 年全球光模塊市場規(guī)模為176 億美元，2021-2026 年的復(fù)合年增長率為13.68%。其中2022-2024年全球光模塊市場規(guī)模分別為 107.65/119.56/132.62 億美元，同比增長 16.09%/11.06%/10.92%。

全球光模塊市場規(guī)模(百萬美元)

根據(jù)法國市場研究和咨詢機(jī)構(gòu) Yole 統(tǒng)計，2020 年全球光模塊市場整體規(guī)模達(dá)96 億美元，較 2019 年的 77 億美元增長近 25%。Yole 預(yù)計，全球光模塊市場整體規(guī)模將從 2020 年的 96 億美元增長到 2026 年的 209 億美元，2021-2026 年的復(fù)合年增長率為 14%。其中數(shù)據(jù)通信市場規(guī)模占比將由 55.2%提升到 2026 年的 77.2%，2021-2026 年的復(fù)合年增長率為 19%，成為光模塊市場增長的主要驅(qū)動力。

2020-2026 年光模塊市場預(yù)測

數(shù)據(jù)來源：Yole

光模塊競爭激烈，國產(chǎn)廠商份額持續(xù)攀升

光模塊行業(yè)的上游主要包括光芯片、電芯片、光組件企業(yè)。光組件行業(yè)的供應(yīng)商較多，但高端光芯片和電芯片技術(shù)壁壘高，研發(fā)成本高昂，主要由境外企業(yè)壟斷。光模塊行業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈的中游，屬于技術(shù)壁壘相對較低的封裝環(huán)節(jié)。光模塊行業(yè)下游包括互聯(lián)網(wǎng)及云計算企業(yè)、電信運營商、數(shù)據(jù)通信和光通信設(shè)備商等。其中互聯(lián)網(wǎng)及云計算企業(yè)、電信運營商為光模塊最終用戶。

數(shù)據(jù)來源：公開資料，芯八哥整理

上游高端光芯片關(guān)鍵技術(shù)由少數(shù)國外廠家壟斷，下游行業(yè)市場集中度高，頭部企業(yè)議價能力很強(qiáng)。光模塊行業(yè)處在上下游擠壓之下，議價能力相對較弱，行業(yè)內(nèi)部競爭激烈。需要通過規(guī)模優(yōu)勢、技術(shù)迭代和可靠的交付能力建立相對穩(wěn)定的上下游合作關(guān)系。

Omdia發(fā)布的全球前十大光模塊廠商名單及其2021年市場份額變動情況顯示，前十名分別為：高意集團(tuán)、中際旭創(chuàng)、朗美通、光迅科技、博通、海信寬帶多媒體、Acacia、昂納集團(tuán)、住友電工、英特爾。國內(nèi)入圍的廠商有中際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶多媒體、昂納集團(tuán)，2021年市場份額均有不同程度的提升，前四大國內(nèi)光模塊廠商占據(jù)全球的26%市場份額。

數(shù)據(jù)來源：Omdia，芯八哥整理

在前十大廠商中，中際旭創(chuàng)在2021年市場份額提升幅度最大，目前占據(jù)10%市場份額，2021年中際旭創(chuàng)光通信收發(fā)模塊營收72.61億元。據(jù)中際旭創(chuàng)透露，公司2021年向云廠商數(shù)據(jù)中心提供的200G和400G產(chǎn)品的銷售量大幅增加，第四季度的市占率更是高達(dá)12%。

光迅科技目前占據(jù)近8%市場份額，2021年光迅科技傳輸產(chǎn)品及接入與數(shù)據(jù)產(chǎn)品營收64.49億元。

光模塊行業(yè)發(fā)展趨勢

1、小型化

目前的光通信市場競爭越來越激烈，通信設(shè)備要求的體積越來越小，接口板包含的接口密度越來越高。傳統(tǒng)的激光器和探測器分離的光模塊，已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代通信設(shè)備的要求。為了適應(yīng)通信設(shè)備對光器件的要求，光模塊正向高度集成的小封裝發(fā)展。高度集成的光電模塊使用戶無須處理高速模擬光電信號，縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期，減少元氣件采購種類，減少生產(chǎn)成本，因此也越來越受到設(shè)備制造商的青睞。

2、低成本、低功耗

通信設(shè)備的體積越來越小，接口板包含的接口密度越來越高，要求光電器件向低成本、低功耗的方向發(fā)展。目前光器件一般均采用混合集成工藝和氣密封裝工藝，下一步的發(fā)展將是非氣密的封裝，需要依靠無源光耦合(非X-Y-Z方向的調(diào)整)等技術(shù)進(jìn)一步提高自動化生產(chǎn)程度，降低成本。

3、高速率

人們對信息量要求越來越多，對信息傳遞速率要求越來越快，作為現(xiàn)代信息交換、處理和傳輸主要支柱的光通信網(wǎng)，一直不斷向超高頻、超高速和超大容量發(fā)展，傳輸速率越高、容量越大，傳送每個信息的成本就越來越小。

4、遠(yuǎn)距離

如今的光網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)距離越來越遠(yuǎn)，這要求遠(yuǎn)程收發(fā)器來與之匹配。典型的遠(yuǎn)程收發(fā)器信號在未經(jīng)放大的條件下至少能傳輸100公里，其目的主要是省掉昂貴的光放大器，降低光通訊的成本?；趥鬏斁嚯x上的考慮，很多遠(yuǎn)程收發(fā)器都選擇了1550波段(波長范圍約為1530到1565nm)作為工作波段，因為光波在該范圍內(nèi)傳輸時損耗最小，而且可用的光放大器都是工作在該波段。

5、熱插拔

即無需切斷電源，模塊即可以與設(shè)備連接或斷開，由于光模塊是熱插拔式的，網(wǎng)絡(luò)管理人員無需關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)就可升級和擴(kuò)展系統(tǒng)，對在線用戶不會造成什么影響。熱插拔性也簡化了總的維護(hù)工作，并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發(fā)模塊。同時，由于這種熱交換性能，該模塊可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級要求，對收發(fā)成本、鏈路距離以及所有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行總體規(guī)劃，而無需對系統(tǒng)板進(jìn)行全部替換。