光模塊——光纖通信系統的核心器件

  光模塊是光纖通信系統的核心器件之一，其為多種模塊類別的統稱，包括：光接收模塊，光發送模塊，光收發一體模塊和光轉發模塊等。當前市場中光模塊一般指代的是光收發一體模塊。

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

光模塊內部結構

圖片來源網絡

  光模塊主要用于實現電-光和光-電信號的轉換， 如下圖所示：

光模塊的光電轉換示意圖

圖片來源：億渡數據

  1.在發射端，一定速率的電信號經驅動電路處理后進入光發射器件;

  2.處理后的電信號驅動激光器發射出相應速率的調制光信號，通過光功率自動控制電路， 輸出穩定光信號;

  3.在接收端，一定速率的光信號由光探測器處理后轉換為電信號;

  4.處理后的電信號經過放大器后輸出相應功率的電信號。

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

  其中以太網光模塊主要用于服務器、交換器、路由器等數通網絡設備;光連接器既 AOC(Active Optical Cables，有源光纜)，用于服務器到TOR交換機的短距離連接;CWDM/DWDM 光模塊主要用于各類光傳輸設備;Fibre Channel 光模塊專用于存儲和高性能計算網絡。這四個細分市場主要客戶包括云計算廠商、互聯網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無線網絡接入網和有線寬帶接入網，是電信運營商細分市場。

光模塊應用場景和細分市場

圖片來源：國聯證券

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

數據來源：Lightcounting，芯八哥整理

  2020 年有線接入光模塊市場以43%的出貨量貢獻了7%的市場份額，無線接入市場以20%的出貨量貢獻14%的市場份額。受益于數據通信流量增長，以太網和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動力。

數據來源：Lightcounting，芯八哥整理

數據通信需求暴增驅動百億美元光模塊市場

  根據全球光模塊行業專業數據公司 Lightcounting 的統計數據，全球光模塊市場規模在經歷 2016-2018 年連續三年的停滯之后，于 2019 恢復增長，2020 年全球光模塊市場規模達到 81 億美元。Lightcounting 預計，2026 年全球光模塊市場規模為176 億美元，2021-2026 年的復合年增長率為13.68%。其中2022-2024年全球光模塊市場規模分別為 107.65/119.56/132.62 億美元，同比增長 16.09%/11.06%/10.92%。

全球光模塊市場規模(百萬美元)

  根據法國市場研究和咨詢機構 Yole 統計，2020 年全球光模塊市場整體規模達96 億美元，較 2019 年的 77 億美元增長近 25%。Yole 預計，全球光模塊市場整體規模將從 2020 年的 96 億美元增長到 2026 年的 209 億美元，2021-2026 年的復合年增長率為 14%。其中數據通信市場規模占比將由 55.2%提升到 2026 年的 77.2%，2021-2026 年的復合年增長率為 19%，成為光模塊市場增長的主要驅動力。

2020-2026 年光模塊市場預測

數據來源：Yole

  光模塊競爭激烈，國產廠商份額持續攀升

  光模塊行業的上游主要包括光芯片、電芯片、光組件企業。光組件行業的供應商較多，但高端光芯片和電芯片技術壁壘高，研發成本高昂，主要由境外企業壟斷。光模塊行業位于產業鏈的中游，屬于技術壁壘相對較低的封裝環節。光模塊行業下游包括互聯網及云計算企業、電信運營商、數據通信和光通信設備商等。其中互聯網及云計算企業、電信運營商為光模塊最終用戶。

數據來源：公開資料，芯八哥整理

  上游高端光芯片關鍵技術由少數國外廠家壟斷，下游行業市場集中度高，頭部企業議價能力很強。光模塊行業處在上下游擠壓之下，議價能力相對較弱，行業內部競爭激烈。需要通過規模優勢、技術迭代和可靠的交付能力建立相對穩定的上下游合作關系。

  Omdia發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、中際旭創、朗美通、光迅科技、博通、海信寬帶多媒體、Acacia、昂納集團、住友電工、英特爾。國內入圍的廠商有中際旭創、光迅科技、海信寬帶多媒體、昂納集團，2021年市場份額均有不同程度的提升，前四大國內光模塊廠商占據全球的26%市場份額。

數據來源：Omdia，芯八哥整理

  在前十大廠商中，中際旭創在2021年市場份額提升幅度最大，目前占據10%市場份額，2021年中際旭創光通信收發模塊營收72.61億元。據中際旭創透露，公司2021年向云廠商數據中心提供的200G和400G產品的銷售量大幅增加，第四季度的市占率更是高達12%。

  光迅科技目前占據近8%市場份額，2021年光迅科技傳輸產品及接入與數據產品營收64.49億元。

  光模塊行業發展趨勢

  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。傳統的激光器和探測器分離的光模塊，已經很難適應現代通信設備的要求。為了適應通信設備對光器件的要求，光模塊正向高度集成的小封裝發展。高度集成的光電模塊使用戶無須處理高速模擬光電信號，縮短研發和生產周期，減少元氣件采購種類，減少生產成本，因此也越來越受到設備制造商的青睞。

  2、低成本、低功耗

  通信設備的體積越來越小，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方向的調整)等技術進一步提高自動化生產程度，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，作為現代信息交換、處理和傳輸主要支柱的光通信網，一直不斷向超高頻、超高速和超大容量發展，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、遠距離

  如今的光網絡鋪設距離越來越遠，這要求遠程收發器來與之匹配。典型的遠程收發器信號在未經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。基于傳輸距離上的考慮，很多遠程收發器都選擇了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，模塊即可以與設備連接或斷開，由于光模塊是熱插拔式的，網絡管理人員無需關閉網絡就可升級和擴展系統，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工作，并使得最終用戶能夠更好地管理他們的收發模塊。同時，由于這種熱交換性能，該模塊可使網絡管理人員能夠根據網絡升級要求，對收發成本、鏈路距離以及所有的網絡拓撲進行總體規劃，而無需對系統板進行全部替換。