要有光丨光模块产业链全景科普

汇鼎金融 26-05-13

要站在光里,不要光站在那里。炒股的都听过这个段子吧,最近一个月,持有光芯片、光模块的股民做梦都要笑醒,相比坚守白酒、消费、地产等老登股的,只能光站着羡慕。来,本文就来了解下这一束光。

光模块是数字世界的“光电转换器”,发送端把电信号变成光信号,通过光纤高速传输;接收端再把光信号转回电信号,让数据在服务器、基站和数据中心之间飞速穿梭。光模块产业链呈现典型的“橄榄球型”结构:上游光芯片、电芯片、光器件技术壁垒最高,利润集中;中游光模块制造是产业核心,中国企业全球领先;下游需求高度集中于数通市场和电信市场。

上游:卡脖子的存在,核心是光芯片上游是光模块的核心零部件供应环节,占光模块总成本的70%以上,技术壁垒最高,国产化率最低,是卡脖子的存在。分为光芯片、电芯片、光器件三大板块,其中光芯片是核心。

光芯片:光模块的心脏光芯片是实现光电转换的核心,相当于光模块的心脏。按功能分为激光器芯片(发射光)和探测器芯片(接收光)两类。激光器芯片负责发光,把电信号转化成光信号,往光纤里打出去,从低端到高端,分为FP法布里-珀罗激光器、DFB分布反馈激光器、EML电吸收调制激光器。FP,适用低速短距离光传输,用在家用宽带、普通基站,技术简单,国产成熟。DFB,适配中高速中长距,用在25G/50G 中高速光模块、5G 基站、普通数据中心,目前用量最大的主流光芯片。25G DFB国产率高,50/100G DFB美日主导。EML,专业级激光射灯,速度极快、信号极稳,适合超高带宽。用在800G/1.6T 高速光模块、AI 数据中心,主要有100G EML和200G EML两种,技术壁垒最高,被美日垄断,现在国产正在突破。值得一提到是,以上分类是基于以磷化铟(InP)为材料的主流InP路线,EML芯片是核心,目前行业占比约九成;另外还有以硅光(SiPh)为材料的SiPh路线,用CW连续光激光器和硅光芯片代替EML,短距占优,成本更低,但带宽和长距受限。探测器芯片负责接收光,分为PIN光电探测器、APD雪崩光电二极管两类。PIN低端,适用中短距,国产率高;APD高端,适用长距、高端光模块,美日主导。整体来看,光芯片市场被美日四大巨头把持,Lumentum(美国)、Coherent(美国)、博通(美国)、住友电工(日本)合计占据约七成市场份额。光芯片的国货之光有源杰科技、光迅科技、东山精密(通过收购美国索尔思光电)、长华光芯等。东山精密是目前唯一能量产200G EML的中国公司。上个月,有个霸榜的财经头条,源杰科技股价超过茅台,成为A股股价最高的公司,不过后来被寒王夺走了。巧合的是,今日正逢寒武纪除权/转股,源杰科技又是股王了。

电芯片:光模块的大脑电芯片负责电信号处理,按功能分为DSP数字信号处理器TIA跨阻放大器、Driver激光驱动芯片、CDR/LA时钟数据恢复/线性放大器。简单来说,DSP是大脑总管,负责信号纠错、整形、调速,400G以上光模块必配;TIA把收到的微弱光电流放大成电信号;Driver驱动EML/DFB激光器发光;CDR/LA常用于中低速模块,CDR 负责从信号里提取时钟、对齐数据,LA 负责线性放大。其中,DSP是技术壁垒最高、价值占比最高、国产化最难的种类800G以上高速DSP赛道由博通和Marvell两家美企垄断,合计占据了90%以上的市场份额,国产化率近乎为零。在一个800G光模块中,DSP电芯片和EML光芯片各自成本占比约三成,加起来就占了六成的成本。

光器件:连接光电芯片和光纤简单来说,光器件就是做光芯片、电芯片、光纤三者之间的转接、耦合、光路整理的中间部件。如果把光芯片类别成心脏,电芯片是大脑,那光器件就是血管+骨架+神经通路。按照是否需要电驱动和主动发光,光器件可以分为无源光器件和有源光器件两大类。无源光器件不需要电驱动,不产生光,只对光信号进行传输、分配或隔离,主要决定光的耦合效率和损耗,进而影响系统稳定性和成本。代表产品包括FAU、光纤阵列、光隔离器及光纤连接器有源光器件需要电驱动、能够产生或调制光信号。有源光器件参与电光转换,并决定传输速率和功耗,是带宽升级的核心关键。主要包括光引擎及光源╱激光器。

光器件领域中国占据主导地位,龙头是天孚通信,占全球约12%的市场份额,英伟达为其贡献超六成收入,其他大客户还有Lumentum、Coherent、中际旭创、光讯科技。

中游:光模块,中国主导中游是光模块的封装制造与测试环节,核心任务是把上游的光芯片、电芯片、光器件等零部件组装成完整的光模块,经过测试后供应给下游客户。这一环节技术门槛相对较低,但对规模化生产、成本控制和良率管理要求极高,中国企业凭借产业链配套、成本优势和技术迭代,占据全球主导地位。光模块按速率分为10G、25G、40G、100G、200G、400G、800G、1.6T等,速率越高,带宽越大,价格越贵。当前800G是主流,1.6T加速商用,AI算力爆发直接驱动高速光模块需求激增。按封装形态,光模块分为可插拔和CPO。可插拔光模块是独立零件,插在交换机外面,可单独更换,是目前主流;CPO,将光引擎和交换芯片共同封装在同一基板,不能单独插拔,集成度高、功耗低,面向1.6T/3.2T以上超高速场景,解决传统带宽密度受限的问题,目前处于商用起步期,详见CPO是个啥?。

全球龙头是中际旭创,占约30%的市场份额,第二名是新易盛,A股“易中天”说的就是光模块的的新易盛、中际旭创,以及前述光器件的天孚通信。话说,去年底写CPO时,中际旭创的股价是600多,当时就觉得高攀不起,现在已经涨到800多了,真的是撑死胆大的,饿死胆小的。

下游:数通和电信市场双轮驱动下游是光模块的应用场景与客户群体,核心分为数通市场(数据中心)和电信市场(运营商)两大领域,需求高度集中。数通市场是当前光模块最大需求来源,占比超70%,核心客户是美国科技巨头(英伟达、谷歌、Meta、亚马逊)和国内互联网巨头(字节跳动、阿里巴巴、腾讯)。AI大模型训练需要海量数据高速传输,800G、1.6T高速光模块成为刚需,订单排至2027年,供不应求。电信市场占比约30%,核心客户是国内三大运营商和全球电信设备商(华为、中兴、爱立信、诺基亚)。5G基站建设、骨干网升级和FTTR(光纤到房间)普及,带动25G、50G、100G光模块稳定需求,是光模块市场的“基本盘”。

未来,随着国产化替代持续推进和AI算力需求持续爆发,中国光模块产业链将进一步做强做优,在全球“追光逐电”的浪潮中,持续输出中国力量。