全球光模块市场超过百亿美元，国产光芯片有望切入高端市场
财闻网日前，国金证券在研报中指出，根据 LightCounting 统计和预测数据，2021年全球光模块市场规模超过 100 亿美金，国产光模块市场份额过半。2022 年 400G 光模块开始大规模部署，800G 光模块开始放量，高速光芯片产品需求持续增长。
根据 Omdia 对数据中心和电信场景激光器芯片的预测，2019 年至 2025 年 25G 及以上速率光模块所使用的光芯片整体市场空间将从 13.56 亿美元增长至 43.40 亿美元，年均复合增长率将达到 21.40%。
随着25G国产光芯片量产，国产光芯片有望切入25G及以上高端光芯片市场。MPO 高效链接器，AWG 无源芯片、薄膜铌酸锂调制器等低功耗器件的需求有望持续增长。国产光芯片行业从低端市场向高端市场，从电信市场向数通市场，从国内市场向海外市场扩展的机会。
国产光芯片行业厚积薄发
光通信系统是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号传输信息的系统。按照在信息流中位置，光通信器件主要功能包括：光信号产生、光信号调制、光信号传输、光信号处理、光信号探测。
从产业链角度看，光芯片、电芯片、PCB、其他结构件构成光通信产业上游；产业中游为光器件，包括光组件与光模块；产业下游组装成系统设备，最终应用于电信市场，如光纤接入、 4G/5G 移动通信网络，云计算 、互联网厂商数据中心等领域。
光器件按照是否需要电源驱动，可分为有源光器件和无源光器件。有源光器件主要用于光电信号转换，包括激光器、调制器、探测器和集成器件等。无源器件用于满足光传输环节的其他功能，包括光连接器、光隔离器、光分路器、光滤波器等。
我国光通信企业从下游到中游，已经初步建立全球领先的竞争力，下游的华为、中兴、烽火等设备企业的传输设备是产率全球领先。在中游的光模块领域，根据LightCounting 数据，2021 年中国光模块供应商在全球市场的占有率超过 50%。
上游的光芯片是光器件的核心元件，美国和日本企业依然占据全球光器件行业市场领先地位，高端芯片进口依赖度高。继光模块产业之后，光芯片是我国光电子领域国产化水平亟待提升的重点环节。
从国产化进展来看，当前我国高功率激光器芯片，部分高速率激光器芯片已处于国产化加速突破阶段，而光探测芯片、25G 以上高速率光芯片仍处于进口替代早期阶段。国产光芯片在高端产品领域同国外厂商还有较大差距。
按照产品速率区分，我国光芯片企业已基本掌握 10G 及以下速率光芯片的核心技术，依靠封装优势在中低端市场已形成较强影响力。
根据 ICC 预测，2021 年 2.5G 及以下国产光芯片占全球比重超过 90%，10G 光芯片方面国产光芯片占全球比重约 60%，但不同频段光芯片的国产化情况存在差异，部分 10G 光芯片产品性能要求较高、难度较大，如 10G VCSEL EML 激光器芯片等，国产化率不到 40%。
国产光芯片行业同时面临低端产品竞争激烈，高端产品突破困难的国产替代挑战。作为从原材料到光器件的关键环节，光芯片企业还需要上游衬底企业和下游光模块企业的配合，来加快产品性能完善和导入。
光芯片行业具有较高的准入门槛。特别是采用 IDM 模式的企业，光芯片产品设计、良率的提升需要较长周期。光芯片导入下游光器件和模块，需要经过性能测试、可靠性测试等过程。
从光模块行业预测看光芯片需求增长
根据 LightCounting 预测，2023 年全球光模块市场规模增长 4.34%，2024-2027年 4 年 CAGR 为 11.43%，有望在 2027 年突破 200 亿美元，2024 年开始恢复较快增长。
根据中金企信统计数，2021 全球光通信用光芯片市场规模为 146.70 亿元，其中2.5G、10G 及 25G 及以上光芯片市场规模分别为 11.67 亿元、27.48 亿元、107.55 亿元。根据 Omdia 对数据中心和电信场景激光器芯片的预测，2021 年 25G 及以上速率光模块所使用的光芯片整体市场规模为 19.13 亿美元，折合约 130 亿人民币。
结合上述数据推算，2021 年全球通信光芯片市场规模约为光模块市场规模的 18-20%。我们按照低端光模块市场 18%，高端光模块市场 20%的比例核算对应的光芯片市场规模。
目前产品架构成熟的光模块多采用 PSM4 或者 CWDM4 的四通道结构。10G 及以下光芯片大致对应 1G、10G、40G 光模块。
从 LightCounting 的预测数据看，1G、10G、40G 数通光模块发货量从 2023 年开始下降，市场规模从 2022 年的 6.14 亿美元下降到 2027 年的 1.50 亿美元。按照 18%的占比，对应的光芯片市场规模从 2022年的 1.11 亿美元下降到 2027 年的 0.27 亿美元。
从数据中心网络架构的演进看，10G/40G CLOS 架构已经落伍，目前国内互联网公司以 25G/100G CLOS 架构为主，北美互联网公司开始向 100G/400G CLOS 以及更先进的 800G 网络架构演进。
目前 100G-800G 数通光模块主要使用 25G、53G、56G 波特率的 DFB 和 EML激光器芯片。目前已发布的 800G 光模块产品，多采用了 8*100G 的架构，采用 8 片56G EML PAM4 光芯片。
从 LightCounting 的预测数据看，2023-2027 年 25G、100G、400G 和 800G 光模块的发货量保持增长。市场规模从 2022 年的 44.50 亿美元增长到 2027 年的 72.69亿美元，5 年 CAGR 为 10.31%。对应光芯片市场规模从 8.90 亿美元增长到 14.53亿美元。
无线回传10G 需求稳定，25G需求增长
根据工信部统计，截至 2022 年 11 月末，5G 基站总数达 228.7 万个。随着国内5G 基站数量的不断提升，5G 基站的建设需求增长放缓。LightCounting 的统计和预测数据显示 2022-2027 年全球无线前传 10G 和 25G 光模块发货量持续下降。
无线前传光模块的市场规模，到 2026 年 50G 以上光模块批量部署才有望回升。根据 IMT-2020 发布的 5G 前传光模块光电芯片演进规划，25G DFB 光芯片可以基于 PAM4 支持 50G 前传光模块。
根据 LightCounting 预测，50G 和 100G 前传光模块到 2026 年才会拉动 5G 前传市场规模回升，2023-2025 年 25G 及以上 5G 前传光模块市场规模稳定在 4.20 亿美元。对应的 25G 及以上 DFB 光芯片市场规模约为 0.84 亿美元。
随着 5G 用户渗透率提升和 5G 应用的不断丰富，5G 流量需求会持续增长，这会带来无线中回传网络扩容需求。根据 LightCounting 的预测数据，5G 中回传 10G 光模块发货量从 2022 年 210 万片增长到 2027 年的 306 万片，5 年 CAGR 为 7.68%。持续增长的需求让 10G 及以下光模块市场基本稳定 0.9 亿美元，对应的光芯片市场约0.181 亿美元。
在中回传市场，2023 年开始 25G、100G、200G 光模块需求保持较快增长。25G 及以上中回传光模块市场规模从 2022 年的 1.03 亿美元增长到 2027 的 1.71 亿美元，5年 CAGR 为 10.73%。对应的光芯片市场规模从约 0.21 亿美元增长至 0.34 亿美元。
有线接入 10G PON 需求持续增长
按照《“十四五”信息通信行业发展规划》，十四五期间我国全面部署千兆光纤网络，加快“千兆城市”建设，持续扩大千兆光纤网络覆盖，推进城市及重点乡镇 10G-PON 设备部署，开展城镇老旧小区光接入网能力升级。
截至 2022 年底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达 5.9 亿户，全年净增 5386 万户。其中，100Mbps 及以上接入速率的用户为 5.54 亿户，全年净增 5513 万户，占总用户数的 93.9%，占比较上年末提高 0.8 个百分点；1000Mbps及以上接入速率的用户为 9175 万户，全年净增 5716 万户，占总用户数的 15.6%，占比较上年末提高 9.1 个百分点。
从工信部统计数据看，截至 2022 年底我国千兆用户数渗透率为 15.6%，还有很大的提升空间。但是运营商的网络建设进度要领先用户发展进度。
截至 2022 年 12月，具备千兆网络服务能力的 10G PON 端口数达 1523 万个，千兆光网具备覆盖超过 5 亿户家庭的能力，已实现“市市通千兆”，千兆光网网络规模和覆盖水平全球第一。10G PON 成为后续接入网建设重点。
根据 LightCounting 预测数据，2022 年开始，10G 以下 PON 光模块的发货量开始下滑。对应的市场规模下降到 2 亿美元以下。
根据 LightCounting 预测数据，2022 年 10G PON 发货量约为 2690 万只，到2027 年 10G PON 发货量约为 7300 万只，5 年 CAGR 为 22.07%。PON 市场是10G 光芯片最大的需求增量市场。但是 10G 光模块市场规模会从 2022 年的 7.07亿美元下降到 2027 年的 2.87 亿美元，对应的光芯片市场规模从 1.414 亿美元持续下降到 0.57 亿美元。
25G PON 和 50G PON 作为下一代产品，在 2024 年才会小规模部署，主要的部署期在 2025 年之后，但是 25G 及以上 PON 光模块的市场规模会在 2025 年突破2 亿美元，对应 0.4 亿美元光芯片市场，并在 2026-2027 年保持 30%以上的同比增长。
