光模塊行業現狀與發展趨勢

光模塊介紹光模塊（OpticalModules）作為光纖通信中的重要組成部分，是實現光信號傳輸過程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件。光模塊工作在OSI模型的物理層，是光纖通信系統中的核心器件之一。它主要由光電子器件（光發射器、光接收器）、功能電路和光接口等部分組成，主要作用就是實現光纖通信中的光電轉換和電光轉換功能。發送接口輸入一定碼率的電信號，經過內部的驅動芯片處理后由驅動半導體激光器（LD）或者發光二極管（LED）發射出相應速率的調制光信號，通過光纖傳輸后，接收接口再把光信號由光探測二極管轉換成電信號，并經過前置放大器后輸出相應碼率的電信號。光模塊行業發展現狀隨著數字化時代的到來，互聯網行業的快速發展，網絡通信設備行業的發展也在逐漸加速。光模塊作為網絡設備的重要組成部分，也在不斷創新和發展。1.高速光模塊市場將持續擴大2023年，隨著5G時代的到來和數字化轉型的加速推進，高速光模塊市場將持續擴大。未來，高速率光模塊將成為光模塊市場的一個重要增長點。2.光模塊的集成化發展趨勢將繼續加強未來，光模塊將會朝著更高的集成度方向發展。光模塊的集成化將成為未來光模塊行業的一個重要趨勢。通過提高集成度，可以大幅減小光模塊的體積和功耗，提高光模塊的性能和穩定性。因此，集成光模塊將會成為未來光模塊行業的一個重要發展方向。3.智能光模塊或成為新的發展趨勢智能化是未來技術的重要發展方向，光模塊行業也不例外。未來，光模塊將不僅僅是簡單的數據傳輸設備，而是具備更強大的智能化能力。例如，通過智能化技術實現網絡故障的自動檢測和自動修復，實現更快速、更穩定的網絡連接。未來的光模塊的智能化發展將會進一步提升網絡通信設備的智能化水平，滿足更多的應用需求。4.模塊光纖化和數字化另一個光模塊行業的趨勢是模塊光纖化和數字化。這個趨勢的背景是，現在的光纖網絡日益普及，光模塊與光纖之間的匹配變得越來越重要。光模塊廠商不僅要提供高速率和高容量的光模塊，還要提供與各種光纖類型匹配的光模塊，這也就需要模塊的光纖化和數字化。模塊的光纖化意味著在模塊內部嵌入光纖，使光模塊可以更好地匹配光纖，從而提高傳輸效率和減少損耗。數字化則是指將模塊中的信號數字化，提高信號的穩定性和可靠性，同時也更易于信號的處理和傳輸。5.光模塊市場競爭將進一步加劇隨著光模塊市場的擴大和競爭的加劇，市場將更加多元化和競爭激烈。總之，光模塊行業的發展趨勢涉及到許多方面，包括高速率、高容量、光纖化、數字化和綠色環保等。光模塊行業市場需求及發展趨勢“東數西算”工程擴大光模塊市場需求“東數西算”工程驅動光通信產業鏈的發展，有效改善時延問題，提高數據傳輸質量。光通信器件按照物理形態的不同，產業鏈可以分為光組件、光芯片、光器件（無源和有源）、光模塊、光通信設備。而光模塊作為光通信產業鏈的中游，在“東數西算”工程中承擔信號轉換任務，可實現光信號的產生、信號調制、探測、光路轉換、光電轉換等功能。光通信將賦能千行百業，市場前景較大。根據賽迪顧問數據，產業鏈利潤率方面看，網絡運維等價值量雖然較大，但整體利潤率較低；行業主要利潤集中于光芯片等科技含量較高的環節中。目前我國高端光芯片廠商相對較少，相關國產企業主要集中于光模塊中。根據Yole數據，我國光模塊廠商全球市占率超過40%，其中上市公司中以中際旭創（電信為主）、光迅科技（數通為主）及新易盛（電信+數通市場）份額居前列；根據Lightcounting數據，預計2022年后，100G光模塊雖然仍是需求的主流型號，但隨著海外云廠商資本開支的不斷提升，200G/400G/800G硅光模塊預計將持續進行行業迭代，高速率光模塊出貨量或將大幅提升。“東數西算”工程驅動光模塊需求量增長。此工程具有長距離運輸、數據中心密度提升、算力要求高的特點，帶來光模塊需求放量，同時也提高對光模塊速率的要求。根據信通院數據，預計隨“東數西算”項目的推進，光模塊市場規模有望進一步打開。光模塊行業發展趨勢隨著5G、云計算、大數據、物聯網等新一輪技術的商業化應用，用戶對光通信網絡的帶寬提出了更高的要求，光電子器件行業技術正處于升級革新階段，帶動光模塊行業向高速率化、集成化、智能化方向發展。1）數據中心的發展推動數通光模塊市場迅速發展。數據流量及數據交匯量的增長推動數通光模塊市場的發展，數據中心市場擴容推動數通光模塊市場的發展。2）5G網絡的商業化應用推動電信光模塊市場快速發展。5G技術推動電信光模塊市場的發展，5G市場持續擴容推動電信光模塊市場的發展。3）光纖接入推動光模塊市場快速發展。光纖接入市場持續擴容推動光模塊市場的發展，光纖升級改造推動光模塊新一輪發展。4）新興產業的發展帶來光通信市場的發展潛力。以第五代通信網絡、物聯網、云計算、大數據、智能電網等為代表的新一代信息技術，正成為下一輪經濟發展的重要推動力量，消費電子、自動駕駛、工業自動化等領域會伴隨著技術革新而全面爆發。在消費電子領域，伴隨著超高速率、超大容量、海量連接的新一代技術的發展，音頻視頻、在線游戲、3D感應、虛擬現實、智能穿戴產業將快速發展，消費電子時代有望全面爆發。在自動駕駛、工業自動化領域，5G技術的超低時延、海量連接的特點，為實現4G技術無法實現的自動駕駛、工業自動化提供了可能。目前，消費電子、自動駕駛、工業自動化等新興產業還處于早期發展階段，隨著新一代信息技術的加速演進及應用，有望迎來全面爆發。光模塊作為通信領域的基本構成單元，有望同步迎來爆發式增長。據FROST&SULLIVAN統計，全球光模塊市場規模從2015年的75.1億美元增長到2020年的105.4億美元，年復合增長率約為7.0%，預計至2024年有望達到138.2億美元。其中數通市場的增速高于電信市場，數通市場光模塊市場規模由2015年的31.5億美元增長到了2020年的54.2億美元，年復合增長率為14.5%，占比由2015年的41.9%提高至2020年的51.4%。由于下游5G網絡和數據中心的建設需求將持續增加，電信市場和數通市場的光模塊將繼續增長，數通市場受益于數據中心建設，增速更快，電信市場受制于電信運營商本身的發展戰略，對光模塊的需求相對穩定。預計至2024年全球光模塊在數通市場、電信市場的應用比例分別為61%、39%。預計至2026年全球光模塊市場規模達209億美元。據Yole統計，2020年全球光模塊市場規模達96億美元，其中電信市場43億美元，占比45%，數通市場53億美元，占比55%。隨著5G商用時代的來臨，在高數據速率模塊應用、大型云服務和國家電信運營商推動的驅動下，光模塊市場將進入新的增長周期，據Yole預測2026年光模塊市場產生的收入有望達到209億美元，2020-2026年的整體復合年增長率預計為14%；其中電信市場收入規模為58億美元，2020-2026年復合年增長率為5%，數通市場收入規模為151億美元，2020-2026年復合年增長率為19%。光模塊行業產業鏈光通信產業鏈光通信通常指光纖通信，即以光作為信息載體的通信方式，是現代通信的支柱之一，主要應用為電信網絡領域和數據通信/云計算領域。光通信(OpticalCommunication)是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。相比于傳統的電通信，光通信具有巨大傳輸帶寬、極低傳輸損耗、較低成本和高保真等優勢，光通信系統作為信息基礎設施，在世界上得到了充分發展和大量應用。光通信產業鏈可以分為上游光學材料與器件、中游光模塊與設備、下游業務應用。整個光通信產業鏈從材料及元器件制造開始，由光通信材料與基礎元器件廠商制造晶體、芯片等元件，再通過激光器、探測器等制造商將各類基礎元器件與芯片整合為光模塊；繼而由通信設備廠商將各種光器件與模塊集成為通信設備；最后電信運營商等采購通信設備進行組網工作，為終端用戶提供通信服務。光模塊行業產業鏈光模塊的功能是進行光電和電光的轉換，是光通信設備最重要的組成部分，光模塊是光通信的核心環節，也是光世界與電世界的互連通道。光模塊由發送單元、傳輸單元和接收單元三部分組成。發送單元輸入一定功率的電信號，經過內部驅動芯片處理后由驅動激光器或者發光二極管發射出相應功率的調制光信號，并通過光纖進行傳輸，接收端再把光信號由光探測二極管轉換成電信號，并經過前置放大器后輸出相應功率的電信號。光模塊行業的上游包括光芯片、光器件、電芯片等構成。光器件行業的供應商較多，但高端光器件目前仍主要由國外供應商提供。光模塊行業下游主要是包括電信運營商、互聯網及云計算企業等，光模塊產品的運用領域涵蓋了互聯網服務、電信市場等行業。隨著數字經濟、光纖入戶場景的不斷拓展，光通信器件產品下游需求越來越高。另外，隨著流量增長和技術升級，各類場景對中游成品光模塊的速率要求不斷增加，光模塊產品速率提升趨勢顯著，迭代也不斷加速，為滿足日益增長的光通信器件需求，我國已逐步形成了完善的光模塊產業鏈體系。光模塊的結構分析光模塊遵循芯片—組件(OSA)—模塊的封裝順序。激光器芯片和探測器芯片通過傳統的TO封裝形成TOSA及ROSA，同時將配套電芯片貼裝在PCB，再通過精密耦合連接光通道和光纖，最終封裝成為一個完整的光模塊。新興的主要應用于短距多模的COB采用混合集成方法，通過特殊的鍵合焊接工藝將芯片貼裝在PCB上，采用非氣密性封裝。光模塊的上游主要為光芯片和無源光器件，下游客戶主要為電信主設備商、運營商以及互聯網&云計算企業。因此，光模塊具有廣泛和不斷增長的市場空間。光模塊封裝技術路徑光模塊按封裝方式可分為QSFP、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、CXP、SFP、CSFP、SFP+、GBIC、XFP、XENPAK、X2、SFF等多個類型。其中SFP、QSFP具有高性能低功耗優勢，成為目前大規模使用的產品。光模塊速率可分為1Gbps、2.5Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、50Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps等型號。按速率市場分層，低速率光模塊需求量最大，可用于寬帶用戶、服務器、企業網絡接入；越高速率光模塊需求量越小，主要用于運營商、數據中心的長距離通信。目前100G/400G高數據速率光模塊需求的不斷增長將協同帶動QSFP、QSFP-DD、OSFP光模塊市場的增長。按光纖接入類型光模塊可分為單模光模塊和多模光模塊。多模光模塊的傳輸距離較短，通常在500米至2000米，單模光模塊的傳輸距離較遠，通常在10千米至160千米。隨著信息技術產業的快速發展，數據流量的快速增長，對光模塊的性能指標要求越來越高，數據速率、傳輸距離、功耗、體積成為重要的考量指標。目前光電元器件朝著高速率、寬頻譜、小損耗、低功耗、高靈敏度、短時延、弱非線性、高集成度、小尺寸、低價格、硅光子的方向不斷完善。光模塊的應用領域光模塊目前主要應用市場包括數通市場、電信市場和新興市場，其中數通市場是光模塊增速最快的市場，目前已超越電信市場成為第一大市場，是光模塊產業未來的主流增長點。電信市場是光模塊最先發力的市場，5G建設將大幅拉動電信用光模塊需求，新興市場包括消費電子、自動駕駛、工業自動化等市場，是未來發展潛力最大的市場。光模塊下游主要應用于電信承載網、接入網、數據中心及以太網三大場景。電信承載網和接入網同屬于電信運營商市場，其中波分復用(xWDM)光模塊主要用于中長距電信承載網，光互聯(Opitcalinterconnects)主要用于骨干網核心網長距大容量傳輸，而接入網市場是運營商到用戶的“最后一公里”，包括光纖到戶無源光網絡(FTTHPON)、無線前傳(Wireless)等應用場景。數據中心及以太網市場主要包括數據中心內部互聯、數據中心互聯(DCI)、企業以太網(Ethernet)等場景。根據LightCounting預測，2018年全球光模塊市場規模約60億美元，其中電信承載網市場規模17億美元，每年以15%的速度增長，接入網市場規模約12億美元，年增長率約11%，而數據中心和以太網市場規模已達30億美元，未來5年復合增長率達19%。?電信市場：主要應用于基站/PON/WDM/OTN/交換機/路由器等設備，根據Yole預測，2020~2025年CAGR大約為5.3%。?數據中心市場（數通市場）：主要應用服務器/架頂交換機/核心交換機等設備，根據Yole預測，2020~2025年CAGR將超過25%。光芯片和電芯片是光模塊的核心部件光芯片是光模塊中完成光電信號轉換的直接芯片，又分為激光器芯片和探測器芯片。激光器芯片發光基于激光的受激輻射原理，按發光類型，分為面發射與邊發射:面發射類型主要為VCSEL（垂直腔面發射激光器），適用于短距多模場景；邊發射類型主要為FP(法布里-珀羅激光器)、DFB(分布式反饋激光器)以及EML(電吸收調制激光器)，FP適用于10G以下中短距場景，DFB及EML適用于中長距高速率場景。EML通過在DFB的基礎上增加電吸收片(EAM)作為外調制器，目前是實現50G及以上單通道速率的主要光源。探測器芯片主要有PIN(PN二極管探測器)和APD(雪崩二極管探測器)兩種類型，前者靈敏度相對較低，應用于中短距，后者靈敏度高，應用于中長距。電芯片一方面實現對光芯片工作的配套支撐，如LD(激光驅動器)、TIA(跨阻放大器)、CDR(時鐘和數據恢復電路)，一方面實現電信號的功率調節，如MA(主放)，另一方面實現一些復雜的數字信號處理，如調制、相干信號控制、串并/并串轉換等。還有一些光模塊擁有DDM(數字診斷功能)，相應的帶有MCU和EEPROM。電芯片通常配套使用，主流芯片廠商一般都會推出針對某種型號光模塊的套片產品。發射端，電信號通過CDR、LD等信號處理芯片完成信號內調制或外調制，驅動激光器芯片完成電光轉換;接收端，光信號通過探測器芯片轉化為電脈沖，然后通過TIA、MA等功率處理芯片調幅，最終輸出終端可以處理的連續電信號。光芯片和電芯片配合工作實現了對傳輸速率、消光比、發射光功率等