有色金属行业深度报告：算力时代，材料先行

有色金属行业深度报告 算力时代，材料先行 2023年10月24日 AI算力提升拉动光模块需求，上游材料有望受益。AI大模型训练刺激算力需求快速增长，拉动配套基础设施（服务器、交换机、光模块）建设需求，同时AI应用主要对应高速率光模块需求，驱动光模块往400G/800G/1.6T的高速率趋势迭代。拆分光模块材料成本结构，光器件成本占比约为73%，电芯片占比约18%，PCB和外壳分别占比5%、4%，其中光芯片（TOSA和ROSA）占光模块材料成本比重超50%。受益AI算力提升拉动光模块需求，上游材料有望受益。砷化镓：VCSEL激光器芯片衬底材料。砷化镓是砷与镓的化合物，是重要的半导体材料，砷化镓衬底半导体器件具有高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、抗辐射、高击穿电压等特性，因此被广泛用于生产LED、射频器件、激光器等器件产品。砷化镓（GaAs）衬底可用于制作VCSEL面发射激光器芯片，主要应用于光通信（数据中心短距离传输）和消费电子（3D感测）等领域。磷化铟：光通信领域关键材料。磷化铟是磷和铟的化合物，是重要的半导体材料，磷化铟衬底半导体器件具有饱和电子漂移速度高、发光波长适宜光纤低损通信、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度较高等特性，因此磷化铟衬底被广泛应用于制造光模块器件、传感器件、高端射频器件等。在光通信领域，磷化铟衬底可用于制备激光器芯片、接收器芯片、电光调制器等。铌酸锂：电光调制器重要材料。铌酸锂晶体是重要的无机材料，经过极化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多种特性，在声学滤波器中和光通信中都有重要应用。铌酸锂晶体可用于制作铌酸锂调制器芯片，包括体材料铌酸锂调制器和薄膜铌酸锂调制器，薄膜铌酸锂调制器克服了体铌酸锂调制器体积大的局限性，更加适用于电光调制器高速化、小型化的需求。金属基复合材料：光芯片基座重要材料。金属基复合材料是重要的电子封装材料，热物理性能优异，具备高热导率和低膨胀性，在电子封装领域有重要应用。400G以上光模块芯片对散热要求大幅提高，需要具有低膨胀更高导热特性的新材料来满足要求，不同成份的钨铜合金可以满足400G、800G、1.6T光模块需求，大于1.6T的光模块则需要往更优异性能的金刚石/铜复合材料升级迭代。投资建议：受益AI算力提升拉动数据中心等基础设施建设需求，同时AI驱动光模块往400G/800G/1.6T的高速率技术方向迭代，光模块产业得到快速发展，上游光芯片等光模块核心重要组件也受拉动。目前主要光芯片采用磷化铟、砷化镓、铌酸锂等材料制备，光芯片基座为钨铜合金材料制备，相关材料有望受益光模块行业需求快速发展带来成长机遇。建议关注：斯瑞新材*（光模块光芯片基座）、东方钽业（铌酸锂原材料氧化铌）、云南锗业*（化合物半导体材料砷化镓和磷化铟）、有研新材*（化合物半导体材料砷化镓）、天通股份*（铌酸锂晶体）。 风险提示：下游需求波动风险，新品研发不及预期。重点公司盈利预测、估值与评级 代码简称股价EPS（元）PE（倍）评级 （元）2022A2023E2024E2022A2023E2024E 688102.SH斯瑞新材*10.910.20.210.31555235- 000962.SZ东方钽业11.550.390.450.49302624推荐002428.SZ云南锗业*12.14-0.10.020.05-607243- 600206.SH有研新材*11.790.320.380.55373121-600330.SH天通股份*8.210.540.360.46152318- 资料来源：Wind，民生证券研究院预测;（注：股价为2023年10月23日收盘价；带*为未覆盖公司，未覆盖公司数据采用wind一致预期） 推荐维持评级分析师邱祖学执业证书：S0100521120001邮箱：qiuzuxue@mszq.com分析师李挺执业证书：S0100523090006邮箱：liting@mszq.com相关研究1.有色金属周报20231021：工业金属震荡，避险需求驱动贵金属价格上行-2023/10/212.有色金属周报20231015：巴以冲突驱动避险需求，贵金属价格大幅上行-2023/10/153.真“锂”探寻系列9：澳洲锂矿23Q2跟踪供给持续放量，资源为王行业再现大并购-2023/10/124.有色金属周报20231008：非农数据大超预期，商品价格短期承压-2023/10/085.有色金属周报20230924：联储态度鹰派压制价格，期待国内需求“银十”来临-2023/09/24 目录 1AI算力提升，光模块产业链深度受益3 1.1光模块是光通信产业链核心3 1.2AI算力需求驱动数据中心需求增长，光模块市场受益快速发展6 1.3海外光芯片技术领先，国内主要占据低端市场份额11 2砷化镓：VCSEL激光器芯片衬底材料14 3磷化铟：光通信领域关键材料19 4铌酸锂：电光调制器重要材料24 5金属基复合材料：光芯片基座重要材料30 6投资建议33 6.1行业投资建议33 6.2重点公司33 7风险提示38 插图目录39 表格目录39 1AI算力提升，光模块产业链深度受益 1.1光模块是光通信产业链核心 光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号进行传输信息的系统。在传统的通信传输领域，早期的信号主要通过电缆传输，但电传输损耗大、中继距离短、承载数据量小、信号频率提升受限；在全球信息互联规模不断扩大的背景下，光通信凭借通信容量大、传输距离远、布设成本低、网络覆盖广、抗电磁干扰等优点已逐步替代电传输方式。光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，以光电子器件实现电光转换，在光通信系统传输信号过程中，发射端通过光发射组件进行电光转换，将电信号转换为光信号，经过光纤传输至接收端，接收端通过光接收组件进行光电转换，将光信号转换为电信号。 图1：光通信系统工作原理 光信号 物理流 光纤光缆 光放 芯片 芯片 探测器 激光器 光发射器 信息源 信息流 电信号输入 光 资料来源：中国电子元件行业协会，民生证券研究院 光模块是光纤通信中实现光电信号互相转换的光电子器件，主要由光收发组件、电芯片、结构件等组成。具体来看光通信产业链，光芯片、电芯片、PCB、结构件等构成光通信产业上游；光通信产业中游为光电子器件，包括光组件与光模块，光无源组件主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等，光有源组件主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等，光模块由光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工而成；光通信产业下游为电信设备制造商、数据通信设备制造商等光通信设备制造商，最终应用于电信市场，如光纤接入、4G/5G移动通信网络、云计算和互联网厂商数据中心等领域。 图2：光通信产业链梳理 资料来源：源杰科技招股说明书，民生证券研究院 图3：光模块结构示意图 资料来源：源杰科技招股说明书，民生证券研究院 光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心。光芯片按功能可以分为激光器芯片、探测器芯片以及调制器芯片，其中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，调制器芯片主要用于光信号的调制。激光器芯片按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB和EML芯片；探测器芯片主要分为PIN和APD两类。光芯片按照材料分类可分为硅（Si）系列、磷化铟（InP）系列、砷化镓（GaAs）系列、铌酸锂 （LiNbO3）系列等。磷化铟（InP）衬底用于制作FP、DFB、EML边发射激光器芯片和PIN、APD探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬底用于制作VCSEL面发射激光器芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D感测等领域，铌酸锂（LiNbO3）主要用于制作调制器芯片。 面发射 图4：光芯片分类 激光器芯片 VCSEL GaAs材料体系 FPDFB 边发射 光芯片 探测 资料来源：源杰科技招股说明书，民生证券研究院 表1：光芯片产品介绍 产品 类别 工作波长 产品特性 应用场景 VCSEL 激光器芯片 800-900nm 线宽窄，功耗低，调制速率高，耦合效率高，传输距离短，线性度差 500米以内的短距离传输，如数据中心机柜内部传输、消费电子领域（3D感应面部识别） FP 激光器芯片 1310-1550nm 调制速率高，成本低，耦合效率低，线性度差 主要应用于中低速无线接入短距离市场，由于存在损耗大、 传输距离短的问题，部分应用场景逐步被DFB激光器芯片取代 DFB 激光器芯片 1270-1610nm 谱线窄，调制速率高，波长稳定，耦合效率低 中长距离的传输，如FTTx接入网、传输网、无线基站、数据中心内部互联等 EML 激光器芯片 1270-1610nm 调制频率高，稳定性好，传输距离长，成本高 长距离传输，如高速率、远距离的电信骨干网、城域网和数据中心互联 PIN 探测器芯片 830-860/1100- 1600nm 噪声小，工作电压低，成本低，灵敏度 低 中长距离传输 APD 探测器芯片 1270-1610nm 灵敏度高，成本高 长距离单模光纤 资料来源：源杰科技招股说明书、民生证券研究院 光芯片为光模块成本最主要的构成部分，占比超50%。拆分光模块成本结构，光器件成本占比约为73%，电芯片占比约18%，PCB和外壳分别占比5%、4%。对光器件成本进一步分拆可知，在光器件成本中TOSA（光发射机）和ROSA（光接收机）占比分别为48%、32%，由此可推算光芯片（TOSA和ROSA）占光模块的成本比重约超50%。 图5：光模块成本结构分拆（2022）图6：光模块光器件成本结构分拆（2022） 光器件电芯片PCB外壳成本 5%4% TOSAROSA结构件尾纤滤光片 8% 32% 9%3% 73% 18% 48% 资料来源：观研报告网，民生证券研究院资料来源：观研报告网，民生证券研究院 1.2AI算力需求驱动数据中心需求增长，光模块市场受益快速发展 AI算力需求快速增长，全球光模块市场规模有望持续攀升。AI正引领新一轮科技革命，AI大模型的训练大幅拉动了算力需求，AI产业化的落地需要云厂商庞大的算力支持，而光通信网络是算力网络的重要基础和坚实底座，预计AI将进一步推动海外云巨头对于数据中心硬件设备的需求增长与技术升级；同时超高清视频、AR/VR应用以及云服务等应用也将继续推动数据中心需求增长，光模块市场有望快速发展。Lightcounting预测，全球光模块的市场规模2023-2028年复合增速约11%，2027年将突破200亿美元。 图7：全球光模块市场规模及预测 资料来源：LightCounting，中际旭创2023年半年报，民生证券研究院 国内数据中心建设驱动中国光模块市场快速发展。数字经济成为推动经济增 长的重要引擎，数字中国顶层设计的落地将带来算力提升能耗增长。伴随着“东数西算”战略的逐步落地，国内数据中心也同步加快新建、扩容步伐，而光模块作为数据中心内部设备互联的载体，在加大AI投入的背景下，光模块市场有望持续扩张。国家统计局数据显示，2023年上半年，新型基础设施建设投资同比增长16.2%，其中5G、数据中心等信息类新型基础设施投资增长13.10%，工业互联网、智慧交通等融合类新型基础设施投资增长34.10%。Lightcounting预计2028年中国光模块市场规模有望达35亿美元。 图8：中国光模块市场规模及预测 资料来源：LightCounting，中际旭创2023年半年报，民生证券研究院 光模块市场前十大厂商中，国产厂商占据七席。2022年全球光模块市场中，中际旭创与Coherent并列第一，Acacia排名第三，华为海思排名第四，光迅科技排名第五，海信宽带排名第六，新易盛排名第七，华工正源排名第八，I