机械行业光模块设备报告：AI带动光模块需求高增，设备市场空间广阔
1中泰证券研究所 专业｜领先｜深度｜诚信2023.07.03光模块设备报告——AI带动光模块需求高增，设备市场空间广阔中泰机械首席分析师：王可执业证书编号：S0740519080001｜ 证 券 研 究 报 告 ｜ 2核心观点：光模块是光纤通信系统中核心器件之一，它的功能是实现光电信号的相互转化。因为人工智能、大数据、区块链、云计算、物联网、5G的兴起,使得光模块需求迅猛增长。光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场，其中数通市场增速最快。AI算力需求爆发带动光模块产业发展加速。随着电信市场、数据中心领域扩张需求增强、以及光通信技术的成熟和成本下降，全球光模块市场快速增长。根据Lightcounting预计，光模块市场2021-2025年的复合年增长率为11%，预测 2025年全球光模块市场将达到113亿美元。其中2021年全球数据中心光模块市场规模为 43.8亿美元，2025年全球数据中心光模块市场规模预计将增长至73.3亿美元，2021-2025年的复合年增长率达14%。光模块国内供应链健全，可出口海外，相对光通信其他领域，光模块业绩弹性更大。光模块朝着高速、高集成度的方向发展。光模块在近20多年技术进步迅速，支持的速率也从最初的不到10Gbps发展到目前最高的800Gbps，并且随着对数据交换需求的提升，光模块将来会进一步提速。光模块的集成度的提升，会带来系统的可靠性和稳定性的增强和能耗降低。数据中心光模块大多采用COB封装技术，高速光模块对设备精度要求更高。光模块生产工艺主要环节包括贴片、打线、光学耦合、测试，其中贴片机是价值量最高的环节。400G、800G等高速光模块快速发展会拉动高精度贴片机需求。硅光子技术和CPO等方案具备高速、高密度、低功耗的优势，有望成为下一阶段的封装工艺。受益标的：贴片机：罗博特科、易天股份、博众精工、凯格精机；焊接：联赢激光风险提示：高速光模块技术进展不及预期；数通领域需求不及预期；相关上市公司技术进展、扩产速度不及预期；研报使用信息更新不及时的风险。 aXqVqVqRoPpO7NaOaQoMoOsQtQiNrRqPfQqQmQaQrQpPuOoMqMNZrNsQ3CONTENTS目录CCONTENTS专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所1光模块市场空间广阔 4图表1：光模块结构图表2：光模块工作原理来源：源杰科技招股书，中泰证券研究所来源：搜狐新闻，中泰证券研究所1.1 光模块是光纤通信系统中核心器件之一光模块是光纤通信中的重要组成部分：是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。光模块由光器件、功能电路和光接口组件等组成，其中核心构成器件是光收发器件，主要包括TOSA，ROSA。光模块的是完成光电转换的器件，在光模块的发送端电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光模块市场空间广阔 5图表3：光模块用于电信市场图表4：光模块用于数通市场来源：finisar，中泰证券研究所来源：finisar,中泰证券研究所1.1 光模块是光纤通信系统中核心器件之一光模块市场空间广阔数通市场是光模块增速最快的市场：光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场，其中数通市场增速最快，已超越电信市场成为第一大市场，是光模块产业未来的主流增长点。 6图表5：全球光模块市场规模预测（百万美元）图表6：2021年全球光模块市场份额占比来源：源杰股份招股说明书，LightCounting，中泰证券研究所来源：前瞻产业研究院，中泰证券研究所1.2 光模块市场广阔，相对其他环节业绩弹性更高多因素促进光模块市场持续高增。随着通信技术的发展需求、数据中心的扩张需求、光通信技术的成熟和成本下降，使得全球光模块市场快速增长。根据Lightcounting预计，光模块市场2021-2025年的复合年增长率为11%，预测 2025年全球光模块市场将达到113亿美元。国产厂商光模块竞争力增强，份额不断提升。得益于国内光模块企业的技术进步和产业链集成能力增强，光模块逐步实现国产替代。2021年，光迅科技、中际旭创、海信宽带、昂纳信息进入全球前十，合计占据全球26%的市场份额。国内光模块供应链健全，可以出口海外，相对于光通信其他领域，光模块业绩弹性更大。光模块市场空间广阔 7图表7：光模块的发展趋势图表8：不同路线的100G光模块尺寸来源：ITPUB，中泰证券研究所来源：矽力杰，中泰证券研究所1.3 光模块发展趋势：增强传输能力，提升器件集成化数据需求增加+高速网络需求，推动高速光模块快速发展。①数据量增加：随着云计算、大数据、物联网和人工智能等技术的快速发展，数据量呈指数级增长。为满足这些应用的需求，光模块需要提供更高的带宽来传输大量的数据。②传输速度增加：高清视频、虚拟现实、在线游戏等应用对网络带宽有较高要求，因此光模块需要提供更高的带宽。现有光模块带宽主要有40G、100G、200G、400G，目前正朝着800G、1.6T甚至更高的带宽发展。光模块集成化程度越来越高。①集成化设计可以减小模块的尺寸，满足紧凑型设备和高密度布局的需求。②现代通信系统越来越复杂，需要处理更多的信号和数据，简化系统的结构，提高系统的可靠性和稳定性。CPO（光电共封装技术）和硅光子技术等先进方案凭借高速、高密度、低功耗的优势备受关注。光模块市场空间广阔 8图表9：光模块产业链图表10：光模块成本构成来源：源杰科技招股书，中泰证券研究所来源：联特科技招股书，中泰证券研究所1.4 光模块产业链光模块处于光通信产业链中游。光通信产业链包括光通信器件（含芯片）、光纤光缆和光整机设备。光模块厂商从上游企业采购光芯片及电芯片、光组件等原材料，经过集成、封装、测试合格后供给设备集成商整合为有对应需求的光通信设备，应用于电信及数据中心市场。光器件和光芯片是光模块的两大核心部件，成本占比最高。以联特科技的成本构成为例，其中光器件占比36.5%，集成电路芯片占比22.4%，光芯片占比18.5%。 光器件是光模块的重要组成部分，在成本中占比最高。光模块市场空间广阔 9图表11：光模块产业链相关标的来源：ofweek，IT BANK，前瞻产业研究院，中泰证券研究所1.4 光模块产业链标的光模块市场空间广阔 10CONTENTS目录CCONTENTS专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所2AI高算力推动，光模块需求高增 11图表12：光模块发展历程来源：前瞻产业研究院，中泰证券研究所2.1 光模块发展历程：技术更迭速度快AI带动光模块需求高增光模块最早出现在1999年，光模块在20多年的时间里取得了显著的技术进步，支持的速率也从最初的不到10Gbps发展到目前最高的800Gbps。光模块的发展经历了从固定化到小型化和可热插拔的演进过程。最初的1X9封装逐渐转向小型化和可热插拔的方向，随后出现了GBIC模块作为独立模块使用，但体积较大限制了光口密度。为了满足高密度需求，SFP光模块诞生，体积更小且具备可热插拔功能，成为广泛应用的标准接口。随后出现了更多小型化、高速率、低成本的封装方式，如XENPARK、XPARK、XFP、CFP、SFP+等，不断提升速率和降低成本。 12图表13：2024 年全球超大规模数据中心数量（个）图表14：2025年全球数据中心光模块市场（百万美元）来源：SynergyResearch Group，中泰证券研究所来源：源杰股份招股说明书，LightCounting，中泰证券研究所2.2 行业为何近年发展迅速：AI发展加持数通市场：光通信技术在数据中心内可提高计算和数据交换能力，光模块成为数据中心互连的核心部件。 人工智能的发展将重塑基础设施，海量数据的处理需求将带来算力和网络的迭代升级。大模型训练与推理在云数据中心完成，推动数据中心与网络基础的加速建设。AI算力需求爆发，带动光模块向需求高增，同时也给促进了光模块技术的快速更迭。根据 LightCounting的数据，2021 年全球数据中心光模块市场规模为 43.77 亿美元，预测至 2025 年，将增长至 73.33 亿美元，年均复合增长率为 14%。AI带动光模块需求高增 13全球数据量需求持续增长带动光模块需求增长，据根据 Omdia的预测，在2018-2024年期间，来自蜂窝网络和消费者固定宽带网络的总数据流量将以28.7%的复合年增长率(CAGR)增长。2024年，576万PB数据将被传输，远远高于2018年的130万PB数据。这意味着市场扩大了4.5倍。流量需求的增长+光通信技术的升级，光模块器件保持持续增长。光电子、云计算技术等不断成熟，将促进更多终端应用需求出现，并对通信技术提出更高的要求。受益于信息应用流量需求的增长 和光通信技术的升级，光模块作为光通信产业链最为重要的器件保持持续增长。2.2 行业为何近年发展迅速：全球数据量高增AI带动光模块需求高增图表15：全球网络流量预测来源：Omdia，中泰证券研究所 14CONTENTS目录CCONTENTS专业｜领先｜深度｜诚信中泰证券研究所3光模块工艺与设备 15图表16：数据中心不同规格光模块比较图表17：BOX封装光模块和COB封装光模块实物图来源：光迅科技公司公告，中泰证券研究所来源：光电汇OESHOW，中泰证券研究所3.1 光模块封装方式数据中心光模块大多采用COB封装技术。光模块大致可以分为电信级和数据中心光模块。前者应用的环境条件恶劣，更换维护困难；后者相对环境温和，维护便利。电信级光模块多采用气密性的To-can或BOX（盒式）封装技术；数据中心光模块多采用非气密性COB（板上芯片封装）封装技术。COB封装优势：连接性能更好，体积更小、成本更低。性能方面：采用气密性封装的电信级光模块，激光器与PCB的连接需要通过FPC（软排线）和高频陶瓷，后才通过金线与激光器连接。在多个连接点上阻抗连续性以及信号完整性难以保障。而在COB封装中，激光器能够直接与PCB通过金线键合连接，大大减少了阻抗不连续点，能更好保障高速信号从PCB到LD的连接。体积方面：COB封装由于节省了高频陶瓷盒、软缆等部件，节约了空间。而使用COB封装，节约的空间能够给电学提高更多冗余设计，比如增加更多滤波电容、更大的高频信号隔离布局，从而提升模块性能。成本方面：COB封装节省了高频陶瓷盒和软缆等部件，工艺步骤上节省了充氮焊接密封、BOX检漏、FPC焊接、光器件单独检测等，减少物料成本和生产成本。光模块工艺与设备 16图表18：光模块工艺主要流程步骤以及对应标的图表19：数通光模块主要购置设备（以光迅科技为例）来源：Wind,同花顺，光电汇OESHOW，开玖自动化，联赢激光，中泰证券研究所来源：光迅科技公司公告，中泰证券研究所3.2 光模块工艺流程COB封装光模块的主要工艺步骤包括贴片（die bonding）、打线（wire bonding）、光学耦合、测试。其中贴片机是价值量最高的环节。光模块工艺与设备 17图表20：贴片机关键要素图表21：贴片固定方式来源：今日光电，中泰证券研究所来源：今日光电，中泰证券研究所3.3 核心工艺环节1、贴片（Die Bonding ）✓传统贴片工艺采用胶水贴装的方式将各类芯片固定在PCB上。例如数据中心光模块内的时钟恢复芯片、激光器驱动芯片、跨阻放大器芯片、激光器芯片、探测器芯片等，常用银胶直接贴装在PCB上。✓光模块 PCB板通常尺寸较小，为完成芯片的贴装，需在 PCB板前端预留一部 分空间形成“裸板”（无任何 IC元器件）。贴装时先将导电粘合剂印刷在 PCB“裸 板”处，然后将 IC芯片和半导体芯片贴装在各自的位置，再将粘合剂固化。✓高精度贴片机是高速光模块核心设备，800G光模块的贴片精度高于400G，大部分的高端光模块内部核心激光器芯片贴装精度控制仅允许±3μm之间，为后面的器件耦合工艺提供足够、稳定的对准误差空间。高精度贴片机市场主要依赖进口，国产替代空间广阔。光模块工艺与设备 182、引线键合（Wir
