本文来自 微信公众号“张忆东策略世界”，作者：张忆东，洪嘉骏。
投资要点
5G驱动，电信用光模块市场止跌回升，2023年有望达到46亿美元，2019-23年CAGR 11.5%。根据LightCounting的数据，全球4G建设放缓导致电信用光模块需求下降，2017/18年下滑11.7%/3.3%，伴随5G建设行业重回增长，2019年预计为30亿美元，YoY +14%，随着建设规模扩大，2023年有望达到46亿美元，4年CAGR 11.5%。
我们预计2021年国内电信用光模块市场规模将达到158亿元人民币，2019-21年CAGR 15.3%。根据LightCounting的预测，2019年国内电信用光模块市场为17亿美元。我们测算在5G驱动下，2021年国内电信用光模块市场将达到22.7亿美元(约158亿元人民币)，3年CAGR 15.3%，5G产品占比43.6%。其中中低端的25G前传光模块预计占比76.2%，2021年出货量有望达到1766万支，市场规模达到52.6亿元人民币。
海外龙头加速整合，CR5接近50%，同时逐步剥离组装业务，追求利润稳定。全球光通信龙头厂商Finisar，Lumentum，Avago近年逐步通过并购来拓展产品线与客户群体。光器件行业CR5从2016年的40.7%，提升至2018年的45.9%，我们预计2019年将至50%左右。此外，由于光模块价格波动较大，龙头厂商逐步剥离组装业务，希望通过掌控光芯片来追求利润稳定。
国内运营商集采以量换价，考验厂商成本控制能力，头部厂商利润提升空间。运营商未来将通过集采方式进行光模块采购(预计占比50%)节省中间环节的价差;对供应商而言采购价格可能较低但数量规模提升，头部厂商具有成本优势，利润空间有望增加。由于部分厂商此前只供应单一设备商，随着集采规模的增加，市场空间有望扩大并迎来边际改善。此外，部分公司例如昂纳科技25G光芯片开始送样或小规模量产，向上游垂直整合，公司盈利能力有望逐步改善。
投资建议：建议关注Lumentum(剥离组装业务，专注光芯片，光模块业务毛利率有望保持稳定，此外公司VCSEL产品随着3D感测应用推广，有望成为新增长点);昂纳科技(具备低端光芯片生产能力，25G光芯片有望实现突破，公司业务向上延伸，利润率有望进一步提升);中兴通讯(主设备商，直接受益于5G建设);长飞光纤光缆(5G建设有望提振光纤光缆需求，行业触底回升)。
风险提示：1)行业竞争加剧产品价格下跌;2)5G建设不及预期;3)运营商集采规模不及预期;4)行业技术发展出现重大变革
报告正文
本文针对电信用光模块，介绍了目前的行业状况，并从产品类型、成本拆分、不同应用场景进行详细的介绍;分析了未来硅光技术对行业格局的潜在影响;测算了中国5G建设带来的光模块需求;分析了产业链的整体发展趋势和国产厂商的发展情况。
受5G驱动，电信用光模块行业大概率止跌回升，2019-23年CAGR有望达到11.5%。2019年整体光模块市场规模达到约67亿美元，其中电信产品占比44.9%，数通产品(应用于数据中心和企业网)占比50.2%。此前由于全球4G建设进入末期，电信用光模块出现下滑，2017/18年下滑11.7%/3.3%;5G建设驱动行业有望重回增长，2019年预计为30亿美元，YoY +14%，2023年有望达到46亿美元，4年CAGR 11.5%。光模块的数量和规格取决于应用场景，5G时期二者均有提升。从接入网到骨干网，光模块数量逐渐减少，规格逐步提升。5G时期接入侧从两段式变为三段式，前传光模块数量提升;此外由于5G数据量增加导致传输速率提升，也将带来各层面的产品规格提升。
5G建设将带动电信用光模块需求快速增长，我们预计国内2021年电信用光模块市场规模将达到158亿元人民币，2019-21年CAGR 15.3%，其中5G产品69亿元。联通电信共建共享不会影响前传光模块用量，根据我们此前对于中国5G建设规模及节奏的预测，我们预期5G建设将总共带来284亿元人民币的市场空间，前传25G光模块需求最大，将达到219亿元，占比77.1%;2021年国内电信用光模块市场规模达到巅峰158亿元，2019-21年CAGR 15.3%，其中5G产品69亿元，5G用25G光模块为53亿元。
美、日龙头厂商强强联合提升话语权，CR5达到约50%;剥离组装业务以保证利润率稳定。从产业链来看，光芯片价值量最大占比约50%，目前美、日龙头厂商掌握了大部分光芯片的市场，尤其是25G高端光芯片，从而掌握了产业链的话语权。而龙头厂商近几年通过并购拓展产品线和业务范围，实现强强联合，CR5从2016年40.7%提升至2019年的50%左右，话语权有望进一步增强。此外，龙头公司也在逐步剥离组装业务，希望在产品降价时通过挤压组装环节利润来保证自身利润率的稳定。
国内厂商以组装业务为主，头部厂商通过规模效应有望提升利润空间，运营商集采将为部分厂商带来边际改善。国内厂商多以纯组装业务为主，并且由于电信用光模块多为低速率产品，门槛较低行业竞争激烈，产品价格下降较快。5G时期运营商有望进行25G光模块集采，龙头厂商具有规模效应，有望提升利润空间。此前部分厂商(例如新易盛)仅供应单一主设备商，集采后市场空间显著变大，或迎来边际改善。部分厂商逐步进入高端光芯片生产，盈利能力有望提升。部分厂商(光迅科技、华工正源、昂纳科技)具备低端光芯片的生产能力，高端(25G)光芯片量产在即，随着能力向上突破，公司盈利能力有望进一步改善。
1、5G驱动电信光模块重回增长，2023年有望达到46亿美元，中国市场2021年达到巅峰158亿元人民币1.1、光模块市场规模67亿美元，光芯片占据50%成本2019年光模块市场规模预计为67亿美元，电信用产品占比44.7%，5G驱动下19-23年CAGR 11.5%。光模块作为光电信号转换的重要有源器件，广泛存在于光纤通信系统中。根据LightCounting的数据，全球4G建设速度大幅下降，导致电信用光模块市场2017/18年下滑11.7%/3.3%。此外LightCounting预测，全球光模块市场规模2019年达到67亿美元，其中电信产品占比44.9%，数通产品占比50.2%。伴随5G建设，电信产品有望重回增长，2023年达到46亿美元，2019-23年CAGR 11.5%。
光模块的主要结构为TOSA+ROSA。光模块的主要作用是实现光信号和电信号的互相转换，可以分为接收端和发射端，其中发射端把电信号转换为光信号，由TOSA(transmitter
optical sub-assembly，光发射次模块)和对应的驱动电路构成，核心为激光器;接收端把光信号转换为电信号，由ROSA(receiver
optical sub-assembly，光接收次模块)和放大电路构成，核心为光电探测器。
TOSA+ROSA成本占比约为50%，目前高端芯片主要掌握在美、日厂商手中。通过对光模块的成本的拆解，光器件共占成本的79%，而在光器件中，TOSA和ROSA共占63%，即占总成本的50%。从全球来看，国内企业主要在无源器件(不涉及光电信号转换)、低速光芯片等中低端细分市场有竞争优势，但高端光芯片仍主要掌握在美、日厂商中，包括美国的Finisar、Lumentum、Neophotonics和日本的Sumitomo、Fujitsu。
1.2、5G建设将拉动国内电信用光模块需求，2021年有望达到158亿元人民币2019年国内电信侧光模块市场将达到17亿美元。根据LightCounting的数据，经历了2014-16年4G建设以及中移动FTTH建设的高峰期后，国内电信侧光模块市场规模出现下滑，2017年下滑29%。2018年伴随4G扩容建设光模块市场出现回暖，LightCounting预计2019年国内电信侧光模块市场规模将达到17亿美元。
2019-28年，移动建设190万座5G基站，联通和电信共建235万座5G基站，共建共享不影响光模块数量。如果十年建设一个与目前4G同等覆盖程度的5G网络，我们估算移动需要建设190万座基站。而对于联通和电信，采用3.5GHz频段，我们估算两者共需建设235万座5G基站。而对于中国移动160MHz的频谱带宽，如果采用光纤直连，一个宏基站对应12支光模块，如果采用Open-WDM，对应24支光模块。对于中国联通和电信，由于两家共享200MHz的频谱，所需光模块数量较100MHz翻倍，一个宏站对应12支光模块，因此共建共享不会减少光模块数量。
巅峰时期2021年，国内5G所需光模块市场规模有望达到69亿元人民币，25G光模块占比76.2%。根据《5G技术发展白皮书》的网络架构，CU(central unit，集中单元)与DU与宏基站的比例为1：6：48。其中一个DU与CU连接需要4支光模块，为50G/100G。CU与汇聚层以及核心网相连需要200G/400G光模块。根据预测的宏基站数量以及单基站用量，我们预计国内5G建设带来的整体光模块需求(2019-28年)为284亿元人民币，其中25G光模块占比77.1%;有望于2021年达到巅峰69亿元人民币，2019-21年CAGR 132.6%;其中25G光模块需求为1766万支，规模为52.6亿元，占比76.2%。
5G驱动，2021年国内电信用光模块市场规模达到158亿元人民币，2019-21年CAGR
15.3%。结合LightCounting的数据，我们假设2021年国内固网以及骨干网光模块市场规模为12.8亿美元，则2021年国内电信用光模块市场规模为22.7亿美元，即158亿元人民币，2019-21年CAGR
15.3%。
2、光模块的规格和数量取决于应用场景
2.1、不同场景下，TOSA/ROSA种类不同
FP激光器多用于FTTx，DFB多用于无线侧和数据中心，EML多用于骨干网和数据中心互联，VCSEL多用于数据中心。TOSA将电信号转换为光信号，主要由LD(激光二极管)、封焊管体、陶瓷插芯、陶瓷套管、适配器等组成。其中激光器主要为FP(Fabry-Perot)激光器、直调式DFB(distributed feedback laser，分布式反馈激光器)、EML(electro-absorption modulated laser，电吸收调制激光器)和VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser，垂直腔面发射激光器)，采用的材料为InP或AlGaAs/GaAs;LD的封装一般采用TO-CAN(transmitter outliner can)封装、蝶形封装、COB封装、BOX封装以及Flip Clip封装。
其中FP激光器利用FP谐振腔进行模式选择，产生多纵模的光源，主要利用电信号对驱动电流的调制实现对光信号的调制。由于光源为多纵模，传输距离较短，最大传输速率较低多为1.25Gb/s以内。
DFB激光器内置布拉格光栅，产生单纵模的光源，而直调式DFB则将电信号直接加载到激光器的驱动电流上，从而对产生的光信号进行调制，由于直接对驱动电流进行调制会导致波长漂移(啁啾)，从而会产生色散，影响最大传输距离。此外，传输信号的带宽也会因激光器线宽受到限制。而由于激光器有增益饱和效应，线性工作区有限，难以实现较高的消光比，增加了系统误码率。
EML激光器中包含一个电吸收调制器，基于Franz-Keldysh效应(即施加电场引起晶体吸收光谱的变化)或QCSE(Quantum-confined Stark effect，量子限制Stark效应)，将电信号加载在调制器上，改变光吸收大小，从而实现对光信号的调制，利用这种调制方式，波长漂移(啁啾)小，线性工作区较大，信号传输质量高，最大传输速率较高，但是价格较为昂贵。
VCSEL主要是利用面发射，对驱动电流进行直接调制。同时由于VCSEL激光器的体积较小，其产生激光的阈值电流较小;输出光束质量较高，发散角较小，光斑呈圆形对称分布，因此与光纤的耦合效率较高，尤其是与多模光纤的耦合效率可以高于90%。因此多模光模块多采用VCSEL，但是传输距离较短，多为几十米至几百米。
ROSA按光探测器的种类可以分为APD和PIN两种类型。ROSA将光信号转换为电信号，主要由PD(光电二极管)、塑封配适器、金属配适器、闭口套管等组成。其中PD主要分为PIN(移相开关二极管)和APD(avalanche
photodiode，雪崩光电二极管)。其中，PIN光电二极管通过P型和N型半导体之间的I型区域，吸收光并产生光电流，具有线性工作区大，噪声小，功耗低等特点;而APD在PIN的基础上采用雪崩倍增效应，将接收到的光电流放大，提升探测灵敏度，但是放大的同时也会引入较大的噪声，降低信号质量，误码率升高。
光模块的封装主要包括：SFP/SFP+封装、XFP封装、QSFP+/QSFP28封装、CFP封装等。SFP(Small form-factor pluggable)为小型可插拔型封装，支持LC光纤连接，速率最高为4Gbps，SFP+在SFP的基础上速率有所提升，最高速率可达10Gbps。XFP(10GB small form-factor pluggable)指一种10GE小型可插拔光模块，尺寸比SFP+大。QSFP+(Quad small form-factor pluggable)指四通道小型可热插拔光模块，通信速率为40Gbps，尺寸比SFP+大;QSFP28封装大小与QSFP+相同，支持100Gbps的速率。CFP(Centum form-factor pluggable)是一种基于密集波分复用的新型光模块标准，同时支持数通和电信传输两大应用，速率可达100Gbps。
2.2、电信网络：从接入网到骨干网，所需光模块数量逐步减少，速率逐步提升电信网络主要分为接入网，城域网以及骨干网，速率和传输距离不同。其中，接入网(Access Network)是与业务和应用无关的传送网，主要完成交叉连接、复用和传输功能，将企业、个人用户、数据中心等接入网络，包括固网接入以及无线接入;城域网(Metropolitan Area Network)主要是一个城市区域内的信息通信基础设施，主要是以光纤作为传输媒介，是接入网与骨干网的中间环节;骨干网是用于连接多个区域以及地区的高速网络。传输距离上看，接入网的传输距离一般小于100km，城域网的传输距离一般为100-800km，骨干网的传输距离一般为800-2000km。
接入层光模块数量取决于终端设备数，城域网和骨干网取决于数据流量。在接入层由于设备数量较多，以满足连接需求为主，因此光模块的数量与终端设备数挂钩，数据流量方面冗余较大，所用光模块速率较低但数量最大。而在城域网和骨干网，网络结构比较精简，因此光模块的数量与数据流量挂钩，所用光模块速率较高，数量少于接入层。
接入网：固网和移动网均需要大量低速光模块
固网接入一般采用PON，光模块消耗量较大。PON(Passive Optical Network，无源光网络)是指利用无源设备搭建而成的光网络，其中无源设备指不需额外电源的电子设备，不涉及到信号的转换以及放大;相较于有源设备，无源设备的故障率低，可靠性高，一般使用寿命较长，维护成本较低。PON网络主要由光线路终端OLT(Optical Line Terminal)，光分配网络ODN(Optical Distribution Network)和光网络单元/终端ONU/ONT(Optical Network Unit/Optical Network Terminal)构成。
其中OLT主要是将多种业务的信号在局端汇聚，并以一定的格式向下传输给终端用户(下行)，另一方面将来自终端用户的信号按照业务类型分别送入不同的业务网络中(上行)。ODN主要完成信号的上下行传输，主要采用分光器。ONU/ONT是用户侧的设备，其中ONT直接应用于最终用户，适用于FTTH的场景，ONU则与用户直接仍有一定距离，可以再通过网线、光纤等连接最终用户，适用于FTTB、FTTO等场景。OLT、ODN和ONU/ONT设备之间的连接需求较大，终端设备数量较多，光模块用量较大。
OLT和ONU一台设备消耗上百个光模块，速率较低一般为1.5Gb/s。由于网络的特点，PON光模块往往为一对多的模式，模块不成对使用。以华为OLT平台MA5800-X17为例，共有17个业务槽板，每个业务槽板支持16个PON端口，则单台设备共支持272个PON端口。由于PON一般应用于小区域内，传输距离较短，一般为20km以内，传输速率较低一般为1.5Gb/s，此外，上行波长为1310nm，下行波长为1490nm。目前运营商主要采用传输协议为EPON和GPON，其封装形式包括SFF，SFP/SFP+。
在无线侧接入网，光模块主要用于RRU和BBU相连，和BBU接入城域网，4G时期接入速率多为10Gb/s。4G BBU(baseband unit，基带单元)与RRU(remote radio unit，射频拉远单元)之间采用高速CPRI协议(Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口)，一般为点对点双纤直连，传输距离也往往在200m以内;4G BBU接入城域网速率以10Gb/s为主，封装多为SFPSFP+和QSFP28，传输距离10km/40km。室分基站往往采用了多个RRU级联，共享一个CPRI接口的组网模式，目前典型配置是2-3级RRU级联实现频点覆盖。
城域网：根据数据量大小，采用40G/100G光模块
城域网起承上启下作用，对成本较为敏感，可采用以太网直连或CWDM降低成本。城域网业务类型复杂，需要承载传统的语音业务、互联网业务以及未来的各类新兴业务。此外，由于业务复杂度提升，用户需求提升，城域网需要足够的灵活性、可扩展性以及快速反映能力来适应需求的变化。同时由于业务的带宽和用户数量都呈现高速增长的趋势，也给城域网造成了巨大的带宽压力以及业务管理压力，城域网需要及时的扩容以及升级。另外，与骨干网相比，由于城域网所需的连接距离更短，对于成本较为敏感，因此目前可以通过以太网直连或者CWDM(Coarse wavelength-division multiplexing，粗波分复用)等传输技术降低成本。
城域网汇聚层多采用40GE/100GE光模块，用量与数据流量挂钩。目前中国移动的城域网采用PTN结构，PTN组网结构以华为的PTN
7900-32和PTN960为例，其中PTN
7900-32用于城域网的汇聚层，最大支持12.8Tbps的交换容量，共有32个处理板，每个板卡有1-4个光模块接口，所使用的光模块多为CFP/CFP2以及QSFP28封装，速率为40GE/100GE，传输距离为10km/40km/80km，光模块数量取决于数据流量。联通和电信的城域网采用IP
RAN结构，其光模块规格以及用量与PTN设备类似。
骨干网：数量少速率高，采用高速彩光模块
骨干网主要采用支持高速大容量长距传输的OTN技术，采用光模块多为WDM/DWDM光模块(即彩光模块)，速率多为100G，但总体数量较少。OTN(光传送网)技术实际上是基于WDM(波分复用)的全光网络，将传送网推进到了真正的多波长光网络阶段。OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接，以及电信级的保护，并加强子波长汇聚、疏导能力。OTN配置、复用以及交叉的颗粒明显大于前代网络技术，从而大大提升了高带宽数据业务的传送效率和适配能力。此外，OTN可以最大限度利用现有设备资源，并可以提供跟灵活的基于电层和光层的业务保护功能。
运营商自2010年开始进行OTN网络的部署，目前采购的OTN设备多采用WDM/DWDM 100G光模块。以华为OptiX OSN 8800为例，该系列单设备最多具有64个业务卡槽，每个业务板有2-8个光模块接口，多采用DWDM光模块，封装为eSFP，XFP和SFP+三种模式。
2.3、5G将带来规格和数量的提升
5G时期，无线网络增加中传环节，光模块规格以及数量同步提升。5G时期，无线接入侧将发生较大的改变，原有RRU以及BBU部分物理层处理功能上移与天线合并成为AAU(active antenna units，有源天线)，以此进一步减少馈线的长度，从而减少信号的损耗。原有的BBU的非实时部分分割出来，重新定义成为CU(centralized unit)，来负责处理非实时的协议和服务;BBU剩余的物理层功能以及实时功能重新定义为DU(distributed unit)。因此网络结构从此前的两段连接变为三段连接，所需光模块数量相应增加。
此外，根据IMT-2020(5G)推进组给出的技术方案，光模块要求如下：在无线接入侧采用10G/25G/100Gb/s灰光或Nx25G/50Gb/s WDM彩光;城域网汇聚层采用100G/200Gb/s灰光或Nx100Gb/s WDM彩光;在城域网核心层以及骨干网采用200G/400Gb/s灰光或Nx100G/200G/400Gb/s WDM彩光。光模块的规格较此前的4G网络(接入侧10Gb/s，汇聚层40Gb/s，核心网及骨干网100Gb/s)均有提升。
5G前传：连接数量最大，速率多为25Gb/s
5G前传四种技术方案中，有源/无源WDM和SPN方案消耗光模块数量为光纤直连的一倍。5G前传的技术方案包括：光纤直连、无源WDM、有源WDM/OTN、切片分组网络(SPN)等。其中光纤直连方式最简单，成本最低，但是无法满足网络保护、监控等管理功能，因此无法给uRLLC业务提供高可靠性，且消耗光纤资源最多;无源WDM方案采用彩光模块，消耗光纤资源较少，无源设备便于维护，但是依旧无法实现网络监控、保护、管理等功能;有源WDM/OTN节省光纤资源，可以实现性能架空、故障检测等OAM功能，且提供网络保护，该技术天然具有大带宽低时延的特性，缺点是建网成本较高;SPN方案同样可以实现OAM功能，并提供网络保护，具备大带宽低延时的特点，同时可以通过网络切片化满足不同应用场景的要求，缺点是建网成本较高。其中有源/无源WDM方案和SPN方案所需光模块为光纤直连方案的一倍。
中国移动提出Open-WDM/MWDM技术方案，前传光模块数量较4G翻倍。2019年9月3日，中国移动李晗首次公布了中国移动的5G前传Open-WDM/MWDM技术方案，将在前传中使用低成本的25G CWDM光模块实现12波长系统。由于传统的BBU仅与3个RRU相连，只需要3对(共6只)光模块。但是5G时期，一个DU(distributed unit，分布单元)可能与需要与30站以上的站点相连，此外由于中国移动在2.6GHz共有160MHz的带宽资源，每个AAU(active antenna unit，有源天线)需要两对(四只)光模块，一个CU可能需要连接180对光模块，需要360芯光纤，对光纤消耗极大。因此中国移动针对以上规模集中场景引入了WDM技术。相应的每个基站对应24支25G光模块，为4G时期的四倍，较光纤直连方案翻一倍，每个CU只需一根光纤。
前传光模块需求占比最大，25G产品市场空间较大。从连接数量上看，前传光模块数量最大，在5G承载网络中需求最高，同时由于应用场景通常为室外，需要工业级的光模块，速率为25Gb/s，同时正常工作温度范围要求较大，为-40度至+85度。采用的激光器/探测器组合方案取决于传输距离，对于较短传输距离(100m/300m，往往用在DU与AAU距离较近的情况)可以采用多模光纤，波长为850nm，采用激光器/探测器类型为VCSEL/PIN组合，而对于中长距离传输(10km/20km，DU与AAU距离较远)采用单模光纤，波长为1310nm/1550nm，采用激光器/探测器类型多为DFB/PIN或EML/PIN组合。因此，这几种类型的光模块在5G规模建设时期有望大批量出货，市场空间较大。
5G中回传：多为50G/100G灰光或WDM彩光模块
5G接入网中回传所采用光模块多为50G/100Gb/s灰光或者WDM彩光。由于5G接入侧中回传网络的核心功能主要包括多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等要求，还需支持L0~L3层的综合传送能力，主要技术方案包括SPN、面向移动承载优化的OTN(M-OTN)、IP RAN增强+光层，所采用的光模块以50G/100Gb/s灰光或WDM彩光模块为主。
由于中传和回传场景下，光模块往往应用于散热条件较好的机房内，因此可以采用商业级光模块。目前80km以下的传输距离，主要应用25Gb/s NRZ或50/100/200/400/Gb/s的PAM4光模块，80km以上的长距传输将主要采用相干光模块(单载波100/400Gb/s)。
3、行业技术格局尚且稳定，中国即将开启运营商集采
3.1、硅光技术尚未成熟，无法大规模应用，行业技术格局尚且稳定
硅光技术尚未成熟，未来仅在高速产品中有所应用，短期内行业技术格局稳定。目前市场担心硅光技术将会带来较大的技术变革，改变现有的行业格局。诚然硅光技术可以与后续电芯片进行深度耦合，从而提升效率，并且兼容CMOS工艺，可以实现规模效应，但硅光技术存在一定缺陷，短时间内难以解决，无法达到规模效应并有效降低成本。我们认为硅光技术未来仅在高速产品中有所应用，行业技术格局仍将保持稳定。
硅光产品良率较低，传输损耗较大，成本优势不明显。由于InP和GaAs(III-V族材料)晶圆尺寸较小，材料成本高，加工成本较高，业内人士希望通过大尺寸、加工技术成熟的硅晶圆替代InP和GaAs。但是由于硅是间接带隙材料，发生非直接跃迁的概率极小，因此硅发光效率极低，若采用硅光技术来制作光模块，光源成为一个难点。目前主要采用III-V族材料与硅结合(即III/V-Si异质集成系统)的方法实现，但是由于两者晶格不匹配，导致二者只能通过分子间的范德华力结合，相互作用较弱，因此产品良率较低，目前Intel，III-V labs等大公司主要采用这种方法。
此外，硅光波导传输损耗较大，目前加工厂最小损耗为1dB/cm@1550nm，硅基光学器件效率较低。以及由于双光子吸收效应，当输入功率超过一定阈值后，硅光波导传输损耗明显增加，因此硅光模块难以用于长距离传输。此外硅光波导跟光纤耦合效率较低，损耗较大。多种因素影响下，目前硅光模块的成本优势不明显，Intel 100G PSM4 QSFP28硅光模块价格为3990欧元，而Cisco的同类产品价格仅为300欧元。并且这些问题主要源于硅材料本身的问题，难以解决。
光模块行业格局不会因为硅光技术发生重大变革。从生产成本以及材料本身特性考虑，我们认为硅光难以取代现有III-V族技术，尤其是在长距传输中，因此行业技术格局仍将保持稳定。目前主要从事硅光模块研发的公司也为Intel等半导体公司，主要是因为这些公司现有的CMOS工艺较为成熟，成本较低，而传统光器件大厂对待硅光的态度仍比较谨慎。
硅光未来可能仅在短距超高速传输中有部分应用，2020年出货量占比预计为5%。由于未来高速传输往往采用更加复杂的调制格式(PAM4，PAM8等)，后续的数字信号处理(DSP)芯片难度增加，通过光模块与DSP芯片更加深度的集成可以提高效率。我们认为未来硅光在短距超高速传输(例如数据中心内)中，可能会有部分应用。但目前集成度的提升并不能弥补材料本身带来的缺陷，并且市场规模不及传统芯片，尚未达到规模效应，因此高速传输目前仍以传统光模块为主，我们预期2020年硅光产品出货量占比仅为5%左右。
3.2、运营商集采有望开启，部分厂商或有边际改善
运营商单独采购光模块，减少中间环节，帮助运营商节省CAPEX。传统的采购模式下，运营商往往直接面向设备商采购整套设备，设备商再向光模块厂商采购。而2019年6月，中国电信首次开启集团层面的光模块集采，直接向光模块厂商采购，减少了交易环节，有望减少资本开支。
集采价格承压但数量大幅提升，带来规模效应，头部厂商利润空间有望增加。光模块的封装属于劳动密集型行业，技术壁垒较低，产品价格竞争激烈，2018年每Gbps的价格约为3美元，同比下降37.5%。目前由于25G电信用光模块技术较为成熟，国内产能充足，集采价格可能较低但是数量将大幅提升，带来规模效应。头部厂商市场占比较高、出货量较大，生产成本较低，毛利率高于普通厂商，利润空间有望增加。
部分厂商市场空间变大，或迎边际改善。此外由于之前光模块采购由主设备商进行，部分厂商此前只进入了单一主设备商的采购名录，运营商集采后有望进一步打开市场空间，例如新易盛一直是中兴的主力供应商，无法获得华为的订单，集采开启后，公司市场空间变大，或迎来边际改善。
4、全球龙头频繁整合与剥离，暂时掌控光芯片环节
4.1、龙头加速整合提升能力，剥离组装业务以求利润率稳定
从全球来看，光通信行业处于加速整合期。近年来，光通信行业呈现加速整合的趋势，行业龙头通过收购细分领域的领头羊丰富产品线，拓展业务范围，例如2018年3月II-VI通过收购CoAdna(WSS(波长选择开关)的全球领导者)，强化了自身ROADM(Reconfigurable optical add-drop multiplexer，可重构光分插复用器，核心器件为WSS单元)产品的垂直整合能力。
龙头企业选择强强联合从而巩固自身地位，CR5或将提升至50%。例如Lumentum收购Oclaro，以及II-VI收购Finisar。其中根据OVUM给出的收购前(2017年)的市场份额，Lumentum和Oclaro分别在全球占比7.5%和6.5%，位居第二、第三，Lumentum为全球领先的VCSEL供应商，同时还提供光纤激光器、光模块等其他产品，而Oclaro拥有世界领先的InP(磷化铟)激光器的生产能力以及集成光路和相干光器件的研发能力，二者结合将补全产品线，实现强强联合，进一步巩固自身地位。而II-VI和Finisar全球市场份额分别占比4.8%和14.4%，位居第六和第一，II-VI主要产品为无源光器件，而Finisar则是有源光器件的龙头，二者联合互补效应大于Lumentum和Oclaro。根据OVUM提供的数据，考虑合并后的市场份额，我们预计2019年光器件行业CR5将达到50%左右，比2016年提升10pcts。
头部公司剥离组装业务，聚焦光芯片生产，以求利润率稳定。近年光通信行业除了产线整合外，头部行业纷纷剥离劳动密集以及重资本的光模块组装业务，包括Avago把光模块组装业务出售给鸿腾精密(后又卖回给Avago)，Macom和Oclaro
Japan把相关业务出售给剑桥科技。此前新产品(2014年的40G，2017年的100G产品)上市仅一年就发生价格跳水，如今，器件厂商不希望在400G量产时发生同样的事情。由于高速光芯片(25G)技术含量较高，门槛较高，仅掌握在头部厂商手中，因此在产业链上具有较强的议价能力，他们选择保留光芯片设计生产能力，剥离组装业务，未来通过挤压组装的利润来稳定自身利润水平。
4.2、产业链话语权由光芯片厂商掌握，高速芯片国产化迫在眉睫
光芯片厂商具有产业链话语权，国内厂商有望进入该领域，改善盈利能力。根据之前的成本分析，我们可以看出来光芯片占光模块成本的50%，电芯片占14%，无源光器件占成本的30%，PCB和外壳占比7%。光芯片的技术门槛较高，因此毛利水平较高，产业链的话语权主要集中在这一环节。目前光芯片的主要供应商包括：美国厂商Avago，Oclaro(已跟Lumentum合并)和Finisar，以及日本厂商Sumitomo和Fujitsu。国内厂商光迅科技、华工正源、海信宽带实现了10G及以下光芯片的量产，并部分应用于现有产品中。但是25G光芯片尚不能规模量产，但目前光迅科技、华工正源、昂纳科技、敏芯科技(未上市)部分25G光芯片已经送样测试或小规模量产，随着未来光芯片国产化比例提升，该类厂商话语权有望提升，盈利能力有望逐步改善。
电芯片国产化率较低，国产化比例低于2%，国产替代任重道远。此外，光模块中使用的电芯片包括MCU(microcontroller
unit，微控制单元)、DSP(digital signal
processing，数字信号处理)以及放大器目前主要是欧美厂商(Maxim、TI、ADI、Acacia等)提供。根据行业数据，整体MCU目前国产芯片占有率仅为2%，由于光模块中的MCU又属于细分行业应用，市场规模较小，厂家的初始投资较大，鲜有国产厂商进入该领域，因此我们估算国产化率比行业整体水平(2%)更低。
无源器件国产化程度较高，行业竞争激烈，毛利提升依赖规模效应。在光模块的器件中，国产化程度最高的为无源光器件以及部分组件，包括波分复用器(WDM)、光开关、衰减器、隔离器以及套管、插芯、适配器等。这些器件行业门槛较低，龙头厂商包括II-VI、Lumentum、昂纳科技、光迅科技等公司，龙头厂商主要通过规模效应来提升毛利率。
4.3、回溯历史，头部厂商利润或将稳步提升，尾部厂商面临压力
整体光模块行业过去10年出现3次高增速时期，2019年行业有望重回增长。回溯过去10年全球光模块行业的发展，整体市场在2011年、2014年和2016年增速较快。其中2014年电信和数通市场均保持较快增速，分别由于中国4G网络进入大规模建设，以及数据中心升级至40G;2016年电信市场萎靡，数通市场增速较高，主要是由于产品升级至100G带来的大量需求。预期2019年下半年数据中心逐步升级至400G，叠加5G网络规模建设，整体光模块行业有望重回增长。
上游光芯片厂商过去毛利率波动较大，我们预期未来毛利将稳步提升，利润增长有望高于行业整体增速。从各个产业链环节来看，上游厂商掌握光芯片的生产能力，具有一定的话语权，光芯片生产环节毛利率较高。但部分厂商例如Finisar仍保有下游模组组装业务，导致整体毛利水平受产品价格影响波动较大。另一部分厂商例如Lumentum逐步剥离组装业务以及部分低毛利产品，毛利水平稳步提升。我们预计龙头厂商剥离低毛利环节为行业整体趋势，未来毛利水平有望逐步提升，因此整体利润增长有望高于行业整体增速。
下游组装业务以及低端光芯片生产厂商毛利率逐步下滑，我们预计未来将通过规模效应或向高端光芯片延伸提升毛利率，长期头部公司将逐步受益。国内光模块厂商多从事组装业务，部分公司例如光迅和华工正源具备低端光芯片的生产能力。从过去10年的盈利情况来看，毛利率逐年下滑，主要是由于光模块价格下滑，上游光芯片厂商挤压下游厂商利润导致，部分年份受益于行业产品升级，盈利能力暂时性改善。2019年5G和数据中心升级有望带来产品升级，盈利能力或改善。但长期来看，头部企业或通过规模效应降低生产成本，或通过向高端光芯片延伸，提升毛利水平，从而获得超额回报。
无源光器件毛利水平逐步下降，我们预计未来毛利率将逐步趋于稳定。此外对于无源光器件生产厂商，过去十年毛利水平逐步下降，主要是由于无源器件门槛较低，行业竞争激烈。我们预计未来毛利水平将逐步趋于稳定，头部厂商具有一定规模效应，利润水平优于小厂商。
4.4、海外龙头毛利有望逐步提升，国内厂商仍需积极研发高速光芯片
Finisar(菲尼萨，现被II-VI(贰陆半导体)收购)：光通信行业龙头，垂直整合带来效率提升Finisar成立于1988年，是全球最大的光通信器件产品制造商，公司具有完善的产品线覆盖数通和电信市场。公司的主要产品包括：光模块、光放大器、激光器、光电探测器、无源光器件、ROADM、WSS(wavelength selective switches，波长选择开关)以及其他高速光器件，也逐步进入3D感测市场。此外公司具备垂直一体化生产能力，具备从光芯片到光模块的设计生产能力，因此产品的成本优势较为明显。2018年11月，II-VI提出以32亿美元收购Finisar，此提案2019年9月20日获得了中国国家市场监督总局的反垄断许可，公司9月25日，从纳斯达克退市。前期主要通过收购扩张业务范围，获得光有源/无源器件制造能力。Finisar上市后适逢2001年互联网泡沫破裂，大量光通信/光器件厂商经营陷入困难，公司随后频繁并购，从而先后获得了PIN探测器和激光器的生产能力(收购Genoa和Honeywell)、光模块生产能力(马来西亚Ipoh工厂)、光无源器件的设计制造能力(Transwave和New Focus)，并逐步进入欧洲市场。2008年通过与Optium的合并，公司超过JDSU成为了世界第一大光器件提供商。
公司目前在马来西亚Ipoh的工厂主要生产光学子系统，中国无锡工厂主要生产光模块，中国上海的工厂主要生产光无源器件包括ROADM，澳大利亚滑铁卢的工厂主要生产WSS，美国宾夕法尼亚州霍舍姆的工厂主要生产CATV和电信产品，美国德克萨斯艾伦的工厂生产VCSEL，美国加州费里蒙特的工厂生产长波长FP和DFB激光器。
光模块行业龙头，长期位居全球第一，垂直化商业模式提升效率。公司自2008年起一直为光器件行业(包含无源、有源器件)龙头，截至2017年全球市场份额占比为14.4%。Finisar具备多种有源、无源光器件的生产能力，产品组合较为全面，同时由于其垂直一体化的产业模式，可以有效的降低成本，提高整体效率。
数通市场收入占比近80%，VCSEL业务发展迅速。数通市场(主要用于大型互联网数据中心)所用多为高速光模块(100G/200G/400G)，产品价值较高，具有一定的技术门槛，通过下游客户认证需要一定的实力，因此该细分领域的玩家主要是大型厂商，而电信用光模块速率较低，技术门槛略低，产品价格下滑较快，有较多小厂商参与其中。因此，公司倾向于生产高附加值产品，其收入近80%来自于数通市场。此外，随着3D感测应用的兴起，公司逐步进入该市场，未来VCSEL业务增速可观。
Lumentum：积极探索VCSEL在3D感测的应用，产品结构改善带来利润提升
Lumentum拆分自JDSU的商业光学产品业务，2015年8月在纳斯达克交易所上市。回溯其历史，原公司JDSU是Uniphase和JDS Fitel合并而成。其中Uniphase公司成立于1979年，并于1992年上市，Uniphase最早是商业激光器的供应商，之后开始进入光传输领域。而JDS Fitel成立与1981年，最早供应光纤网络产品，1999年JDS Fitel和Uniphase合并，两家在技术、产品、客户群体方面都实现了互补。合并后的JDSU又先后收购了Agility(2005年)，Picolight(2007年)，完善了自身在城域网以及长距传输和数据中心企业网的能力。JDSU也具备了全方位的产品生产能力。2015年JDSU拆分为Viavi Solution(网络和服务支持以及光学安全与性能部分)和Lumentum(光通信和光学业务部分)。
2018年并购Oclaro，Lumentum获得先进InP激光器和集成光路生产能力，产品组合进一步完善。合并前，Lumentum在GaAs基的VCSEL方面能力较强，而Oclaro更专注于InP激光器，在未来5G长距传输、相干传输以及数据中心的大容量传输中将拥有一定优势，因此并购Oclaro将拓展Lumentum在光通信行业的产品布局。
3D感测渗透率增加，VCSEL将成为公司未来业绩的主要驱动力。自2018年起，随着3D感测技术在手机中逐渐普及，VCSEL市场有望迎来高速发展，根据YOLE的预测手机以及消费电子的VCSEL市场规模有望从2018年的7.38亿美元增长至2024年的37.75亿美元，2018-24年CAGR
31.3%，在整体VCSEL市场的份额占比从74.9%上升至89.6%。此外，随着公司把组装业务逐步剥离，我们预计光模块业务的毛利率有望进一步稳定，公司盈利能力有望逐步改善。
华工正源：依仗华中科大光电专业能力，高速光芯片在研
华工正源光子技术有限公司成立于2001年，是华工科技(000988.SZ)的核心子公司。公司主要从事电信用光模块的研发和生产，在4G时期就是华为的金牌供应商，2019年6月公司获华为国内首个5G光模块订单，并成功交付;在华为近期5G光模块招标中获得较高的份额。
公司旗下云岭光电主要从事光芯片研发，低端产品已经实现批量供应，高端产品正在研发中。此外，公司参股的云岭光电，目前已经可以批量供应2.5G以下的光芯片，小批量供应10G的DFB芯片，25G的光芯片目前正在做可靠性试验，国产化率有望进一步提升。若光芯片研发顺利，量产芯片可以顺利替代进口产品，则公司毛利率有望进一步提升。
昂纳科技：从无源到有源，未来能力有望进一步向光芯片延伸
昂纳科技（00877）成立于2000年，一开始以生产无源光器件为主，之后逐步向有源器件延伸，目前主要产品包括光隔离器、WDM(波分复用器)、EDFA光纤放大器、可变光衰减器、光模块，无源器件在多个领域出货量位居全球前五，具有规模效应，毛利率水平较高。此外公司也在光纤激光器、激光雷达(LiDAR)和机器视觉方面有所发展。2019年公司完成对3SP的收购，获得了InP和GaAs晶圆厂，光芯片研发生产能力有望进一步提升。随着公司能力向上延伸，公司利润水平有望进一步提升。
4.5、其他通信产业链公司
中兴通讯：主设备商，直接受益于5G建设
作为光模块行业的下游，中兴通讯（00763）为全球四大主设备商之一，全球接入网设备份额约为11%，公司目前已有35个5G合同。目前国内三大运营已经先后开始了5G承载网的建设，2019年12月中国移动开启了SPN设备的集采，2020年1月中国电信开启了STN设备的集采。“5G建设，承载先行”这也标志着中国5G网络建设有望加速。我们认为公司未来在国内运营商采购的市场份额有望逐步提升，公司也将伴随5G重回快速增长，建议投资者关注。
长飞光纤光缆：光模块带动光纤光缆需求提升
作为光模块行业的上游，长飞光纤光缆（06869）为光纤光缆行业龙头，具有光棒、光纤、光缆全产业链的生产能力，光棒份额约占国内31%，位居国内第一。2019年光纤光缆行业经过两年扩产后，出现了供大于求的局面导致产品价格腰斩，部分仅具备光纤光缆生产能力的公司毛利率严重承压。但目前光棒行业格局较好，处于供需平衡状态，2019年价格微降。公司具有自主的光棒生产能力，产品结构向光棒倾斜。2020年运营商将开启5G SA组网建设，拉动光纤光缆需求，产品价格有望逐步回暖。我们认为行业上行时，公司业绩改善有望优于行业，随着产品价格的回升，公司估值有望逐步提升，建议投资者关注。
4.6、投资建议
根据我们的测算5G建设将提振光模块的需求，中国电信用光模块市场规模将从2019年的118亿元人民币，增长至2021年的158亿元，CAGR 15.3%，其中5G用光模块69亿元，占比43.7%。5G建设全周期(2019-28年)电信用光模块市场空间为284亿元人民币;其中25G前传光模块占比最高为219亿元，占比77.1%。
我们建议关注Lumentum(剥离组装业务，专注光芯片，光模块业务毛利率有望保持稳定，此外公司VCSEL产品随着3D感测应用推广，有望成为新增长点);昂纳科技(具备低端光芯片生产能力，25G光芯片有望实现突破，公司业务向上延伸，利润率有望进一步提升);中兴通讯(主设备商，直接受益于5G建设);长飞光纤光缆(5G建设有望提振光纤光缆需求，行业触底回升)。
5、风险提示
1)行业竞争加剧产品价格下跌;2)5G建设不及预期;3)运营商集采规模不及预期;4)行业技术发展出现重大变革。
还未登录
