当前全球数据流量正在持续爆发，单纯以电子信息运算与传输能力的提升遇到瓶颈，光电信息技术迎来高速发展。在本轮人工智能技术创新的浪潮中，北美算力率先升级，我国光通信产业是为数不多可以直接参与到全球算力建设的板块，头部厂商拿下海量订单具有高度确定性。过去十年中，全球光通信产业价值向中国转移趋势明显，带动国内光通信市场高速发展。我国光器件和模块供应商逐渐在全球市场上获得份额，国内供应商目前在全球以太网光模块市场上占主导地位。另外，在FTTx和无线前传等较小的细分市场，几乎都是中国供应商。由于无法与中国供应商竞争，许多非中国供应商相继退出光模块市场。随着高速数据中心等建设对光通信需求持续提升，我国厂商在全球的市场份额有望进一步扩大。Omida预计，2025年中国光通信市场规模有望达1750亿元，对应2022-2025年CAGR为12%。
本文主要以光通信为锚，从光芯片、光器件、光模块、CPO、LPO、光纤光缆、光通信设备七个环节梳理行业格局以及产业发展趋势。光通信行业概览
光通信是以光信号为载体，以光纤作为传输介质，实现信息传递的系统。光通信网络建设的本质驱动是快速且持续增长的数据流量需求。随着数据流量不断增长，传统承载网的数据传输和带宽压力不断增加，骨干网传输速率将从100G不断向200G/400G/800G等更高速率升级。
光通信技术广泛应用二十余年，已经形成全球较为成熟的产业链体系。产业链最上游的是元器件供应商，包括PCB、光芯片、光有源器件、光无源器件等。中游为具备完整独立功能的光电子器件，包括光收发模块、光放大器、光传输子系统等，光电子器件组装集成后形成通信设备环节，最终交付网络运营方使用。
01 光芯片
光芯片位于整个光通信产业的最前端，也是技术壁垒最高的环节之一。光芯片是实现光电信号转换的基础元件，可以进一步组装加工成光电子器件，再集成到光通信设备的收发模块实现广泛应用，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。分材料来看，其典型产品为InP系列（高速直接调制DFB和EML芯片、PIN与APD芯片、高速调制器芯片、多通道可调激光器芯片）；GaAs系列（高速VCSEL芯片、泵浦激光器芯片）；Si/SiO2系列（PLC、AWG、MEMS芯片）；SiP系列（相干光收发芯片、高速调制器、光开关等芯片；TIA、LD Driver、CDR芯片）；LiNbO3系列（高速调制器芯片）等。全球光芯片市场格局来看，海外光芯片厂商具备先发优势，中高端光芯片国产替代空间巨大。从国产化进展来看，我国光芯片企业已基本掌握2.5G和10G光芯片的核心技术，而光探测芯片、25G以上高速率光芯片处于国产化加速突破阶段，国产替代空间广阔。光芯片环节国内代表厂商源杰科技、武汉敏芯、中科光芯、光隆科技、光安伦、仕佳光子、云岭光电、中电13所、华为海思、博创科技等均较早布局。
ICC预计，2023年中国高速率光芯片市场空间有望达到30.22亿美元，2025年有望达到43.4亿美元，同时中国在全球光通信芯片市场的占比有望持续提升。硅光芯片集成高速光引擎是未来集成化趋势。
硅光技术将原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到至一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。
相比较传统的分立器件光模块，硅光子器件不再需要ROSA和TOSA封装，更加集成化，既能适应未来高速流量传输处理需要，又能降低光模块的封装和制造成本。
硅光芯片商业化至今较为成熟的领域为数据中心、通信基础设施等光连接领域。
目前，硅光技术在第一代4x25G光模块中主要应用于500m内的100G QSFP28 PSM4；在第二代1x100G产品中，应用有100G QSFP28 DR1/FR1和LR1，作用于500m-10km场景中；在400G产品中，主要聚焦在2km以内的中短距离传输应用场景，产品有400G DR4。
02 光器件
光器件行业的上游主要是GaAs器件、PCB和结构件等零部件的制造商。
上游PCB板制造商包括沪电股份、深南电路、兴森科技、生益科技、景旺电子等，GaAs器件则以三安光电和海特高新为主。在中高端光模块中，光器件成本占比达73%，电路芯片达18%。光模块中光器件成本高昂，是决定光模块价格的核心因素。光器件根据组件内部是否发生光电能量转换可分为光无源组件和光有源组件。
光有源组件能够在系统中实现光电信号的相互转换，实现信号传输的功能。
主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等，光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA）都由光芯片封装而来，再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。无源光器件市场和有源光器件的中低端领域处于完全竞争阶段，高端有源光器件领域处于相对完全竞争状态。当前光通信器件行业全球化竞争格局已经形成，国外通信系统设备厂商为了降低成本，近年来也把生产和研发基地向中国大陆转移，这也带动了中国大陆光通信器件市场的需求。国内市场方面，光器件厂商多，竞争格局整体较为分散，受限于单个细分市场规模小，多数光器件厂商收入规模小。
主要因为光器件定制化程度高，生产需要较多人工，较难形成规模效应，大部分厂商聚焦于个别品类，厂商营收超过10亿元企业较少。此外，不同光器件的生产制造需要不同的设备，技术研发也需重新布局，故多数公司都重点聚焦于几个细分领域。工艺壁垒高的特性决定了企业要想短期内做大，收购兼并是比较快捷的办法。例如，光库科技收购Lumentum铌酸锂高速调制器产品线；Cisco收购Acacia；Marvell并购Inphi；诺基亚收购硅光初创公司Elenion；中际旭创收购储翰科技；天孚通信收购北极光电。
值得一提的是，铌酸锂高速调制器是当前电光调制器市场的主流产品。主要用在100G-1.2T的长距骨干网相干通讯和单波100/200G的超高速数据中心上。由于电信级高速调制器芯片产品设计难度大，工艺非常复杂，截至2022年底全球仅有三家主要供应商可以批量供货，分别是日本富士通、日本住友以及中国光库科技。该环节国内代表厂商还包括光迅科技、仕佳光子、博创科技、太辰光、剑桥科技、华工科技等。
03 光模块
光模块在整个光通信产业链中利润率较高。其承担信号转换任务，可实现光信号的产生、信号调制、探测、光路转换、光电转换等功能。一个光模块，通常由光发射器件（TOSA）、光接收器件（ROSA）、激光器芯片（LDChip）、光探测器芯片（PD Chip）、电路板（PCBA）、光纤接口、电接口等部分组成。光模块具备丰富的应用场景，分为电信市场与数据通信市场，包括电信通讯、数据宽带、FTTx、数据中心等领域。近年来数据通信市场逐步成为带动光模块市场增长的主要细分领域。
400G数通光模块从2020年开始进入规模上量阶段，22-24年有望持续上量，800G数通产品从2022Q4开始规模化商用，预计2023年将进入大规模交付。光模块传输速率演进（OFSP封装，单位：bit/s）:凭借着400G时代的先发优势，国内领先的厂商有望在800G光模块时代继续取得领先的优势。
当前800G光模块已有多家厂商推出，包括中际旭创、新易盛、光迅科技、华工科技、索尔思、剑桥科技和亨通光电等厂商。其中以中际旭创（电信为主）、光迅科技（数通为主）及新易盛（电信+数通市场）份额居前列。
光通信行业知名市场机构 LightCounting 公布了最新版 2022 年全球光模块 TOP10 榜单。榜单显示，中国光模块厂商强者愈强，一共 7 家入围，海外仅剩 3 家在榜单上。根据榜单，中国光模块厂商 2010 年仅有武汉电信器件有限公司（WTD，后与光迅科技 合并）入围；2016 年，海信宽带、光迅科技两家入围；2018 年，依然只有海信宽带、 光迅科技两家入围。2022 年，旭创科技（排名并列第 1）、华为（排名第 4）、光迅科技（排名第 5）、海信宽 带（排名第 6）、新易盛（排名第 7）、华工正源（排名第 8）、索尔思光电（排名第 10） 入围。值得一提的是，索尔思光电被中国公司华西股份收购，故本期已是中国光模块厂商。LightCounting指出，从2018年开始，大部分日本和美国的供应商退出了这一市场，而以Innolight旭创科技（中际旭创全资子公司）为首的中国供应商的排名逐渐提高。2021年，旭创科技与II-VI（收购了光模块龙头Finisar）并列第1名（2020年排名第2），华为（海思）排名第3（2020年排名第3），Hisense海信宽带排名第5（2020年排名第4），Eoptolink新易盛排名第7（2020年排名第9），Accelink光迅科技排名第8（2020年排名第8）。LightCounting指出，总部设在中国的光模块供应商正开始将他们的部分制造转移到本土或是亚洲其他国家，以发展本土的光器件和电子器件供应链。根据Yole数据，我国光模块厂商全球市占率超过40%。
当前国产光模块厂商在产能布局、工程师红利等方面具有明显优势，未来全球市场份额的持续有望提高。04 CPO
CPO（共封装光学）技术作为业界公认的未来高速率产品形态，其成熟与商业化有望引发光模块竞争格局变革。CPO可以取代传统的前面板可插入式光模块，将硅光子模块和超大规模CMOS芯片以更紧密的形式封装在一起，从而在成本、功耗和尺寸上都进一步提升数据中心应用中的光互连技术。
人工智能对网络速率的需求是目前的10倍以上，在这一背景下，CPO有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低50%，在人工智能和高性能计算场景下的竞争优势更加明显。
目前AWS、微软、Meta、谷歌等云计算巨头，思科、博通、Marvell、IBM、英特尔、英伟达、AMD、台积电、格芯、Ranovus等网络设备龙头及芯片龙头，均前瞻性地布局CPO相关技术及产品，并推进CPO标准化工作。
设备商和终端用户方面也有包括华为、腾讯和阿里巴巴等大厂入局。
Intel 1.6 T硅光引擎与12.8T的可编程以太网交换机集成CPO交换机实物：
国内头部光模块厂商于近几年相继推出板载光学/共封装光学方案，目前处于渗透率提升、出货爬坡阶段。据不完全统计，联特科技、锐捷网络、中际旭创、通宇通讯、中京电子、天孚通信、新易盛、光迅科技、德科立、仕佳光子、亨通光电、剑桥科技等多家透露有CPO相关技术研发或业务布局。
CPO的发展才刚起步，LightCounting认为，CPO出货量预计将从800G和1.6T端口开始，于2024至2025年开始商用，2026至2027年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。
LightCounting预计，CPO将在2024-2026年开始取代云数据中心中的可插拔光模块。
05 LPO
LPO(Linear-drive Pluggable Optics)是线性驱动可插拨光模块，在数据链路中只使用线性模拟元件，无需DSP或者CDR芯片。
相比于CPO而言，LPO仍然采用可插拔模块的形式，其可靠性高，维护方便，可以利用成熟的光模块供应链，并未像CPO进行较大的封装形式革新。同时，LPO方案成本优势突出，满足AI计算中心短距离、大宽带、低延时要求，同时能够大幅减少系统功耗。相比于可插拔光模块，LPO的功耗下降约50%，与CPO的功耗接近。LPO光模块相比传统可插拔光模块可大幅降低功耗：
预计业内将在2024年底首次部署LPO光模块，到了2026年-2028年，LPO/CPO端口将占到800G和1.6T总部署端口的30%以上。
LPO市场格局方面来看，目前国内厂商新易盛、剑桥科技等已发布相关产品，旭创科技（中际旭创全资子公司）、华工科技等已有技术储备和产品开发，海信宽带推出了800G线性互联光缆。
值得注意的是，LPO方案需要和交换机进行配合，对光模块厂商在产业内上下游合作协同要求更高。当前不光是高速光模块公司，包括交换芯片厂家、交换设备厂家、超算公司都在积极投入，整个业界的上下游都在关注LPO进展。
06 光纤光缆
光纤光缆产业链上游光棒生产厂家对原材料进行芯棒制作和外包制作成光棒，下游光纤光缆制造商通过拉丝等工艺将光棒制作成为光纤，再根据需求生产出一芯或多芯光缆。光纤预制棒由于生产技术壁垒较高，占据了产业链70%的利润，而光棒拉纤及光纤成缆环节由于技术、资金壁垒相对较低，市场竞争充分，分别占据产业链利润的20%和10%。
据CRU报告，全球仅有20家左右厂商掌握光纤预制棒制备工艺，国内光棒产能主要集中在长飞光纤、中天科技、亨通光电、烽火通信、富通信息、永鼎股份、通鼎互联等几家龙头厂商。
07 通信设备和电信商
光通信产业链下游参与者主要为通信设备制造商和电信商。IHS数据显示，前5大光网络设备商市场份额合计达到68.5%，国内厂商以华为、中兴通讯和烽火通信为代表。
资料来源：IHS电信商主要包括中国移动、中国联通和中国电信等电信运营商，涵盖了云计算数据中心、宽带接入及长距离传输等行业。随着数量流量的增长，电子器件存在的带宽限制、容量不足、高功耗等缺点凸显，在通信网中出现了“电子瓶颈”的现象。为了解决这一瓶颈，运营商骨干网线路最先采用光通信，并逐步延伸到城域网、接入网和基站。在线路完成光纤化之后，进一步提出了全光网概念，数据只是在进出网络时才进行电光和光电转换，而在网络中所有传输和交换的过程始终以光的形式存在，网络中的设备由电路交换升级到高可靠、大容量和高灵活度的光交叉连接数据交换。
值得注意的是，光网络的也有缺点，首先是较高的安装成本，光纤网络的安装成本较高，因为光纤的安装要求较为严格，而且光纤网络的安装工程量较大。其次，光纤网络的维护成本较高，因为光纤网络的维护工程量较大，而且光纤网络设备较为昂贵。在全光网中，由于没有光电转换环节，支持各种不同协议和编码形式，信息传输具有透明性，数据传输效率进一步提升。目前，全球运营商骨干网和城域网已实现光纤化，部分地区接入网光纤化已完成，向全光网的演进已经开始。随着数字经济建设新基建快速推进、数据流量高速增长推动光通信行业快速增长。我国光通信供应商最初的成功得益于国内对光模块的强劲需求，与此同时，未来AIGC算力产业对云计算基础设施带来的增量将继续推动我国光通信厂商快速成长。
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