国信通信·光模块专题：AI驱动网络变革，光摩尔定律加速

证券研究报告|2024年3月14日 【国信通信·光模块专题】 AI驱动网络变革，光摩尔定律加速 行业研究·行业专题 通信 投资评级：超配（维持评级） 证券分析师：马成龙 02160933150 machenglong@guosen.com.cnS0980518100002 联系人：钱嘉隆 021-60375445 qianjialong@guosen.com.cn AI推动网络变革，高速光模块受益。历史来看，数据流量的增长驱动光模块发展到当前百亿美元的产值规模。当前阶段，AI成为数据流量增长的弹性来源，大规模AI集群的网络架构和通信能力要求高速光模块加快升级。据Coherent预测，预计未来几年AI相关的800G和1.6T数通光模块将占所有数通光模块市场的近60%，2028年市场规模有望突破90亿美元。 算力集群网络架构变革推动光模块弹性加大。大规模AI集群的网络架构需要满足大带宽、低时延、无损的需求，算力集群网络架构从叶脊架构向胖树架构更迭，无收敛的特性进一步放大高速光模块需求，PCIe5.0下H100:800G光模块=1:2.5，NVLink4.0下GH200:800G光模块=1:9。 光模块迭代周期加速，关注新材料、新技术应用。AI要求光模块的迭代周期加速，从4年一代到2年一代，1.6T光模块有望于2024H2逐步应用。随着光模块单通道速率提升，功耗、成本以及电连接信号的损耗也逐步加大，光进铜退加速，光学I/O接口用于芯片连接有望进一步消除带宽瓶颈。综合降本增效考虑，LPO、CPO等新封装技术以及硅光、薄膜铌酸锂等新材料有望加速应用。 竞争格局：国内厂商领先，龙头厂商核心受益AI。全球光模块市场中，国产厂商已处于领先位置，根据LightCounting数据，2022年前十大光模块厂商中，中国厂商营收已经超过了西方竞争对手。AI时代，由于光模块迭代加速，占据领先地位的龙头厂商在研发能力、规模优势、供应链能力、客户黏性、产能布局等方面具备优势，有望核心受益。同时新技术的变化也对格局变迁产生影响，关注在LPO、硅光等领域具备前瞻布局的厂商。 持续重点推荐国内光器件光模块领先企业如【中际旭创】、【天孚通信】、【新易盛】等，关注硅光、薄膜铌酸锂等新技术方向如【源杰科 技】、【光库科技】等，建议关注【光迅科技】等。 风险提示：AI发展及投资不及预期；行业竞争加剧；全球地缘政治风险；新技术发展引起产业链变迁。 归母净利润（亿元） EPS（元） PE 代码 简称 投资评级 PB 收盘价 总市值 表1：重点公司盈利预测及估值（截至3月12日） 2023E 2024E 2025E 2023E 2024E 2025E 2023E 2024E 2025E （3月12日） （亿元） 300308.SZ 中际旭创 买入 2181 4570 6009 2.81 5.69 7.48 58.7 29.0 22.0 9.7 164.85 1,323 300394.SZ 天孚通信 买入 730 1258 1643 1.85 3.19 4.16 72.7 42.2 32.3 17.3 134.48 531 300502.SZ 新易盛 无评级 691 1258 1701 0.97 1.77 2.40 69.2 37.9 28.0 7.2 67.15 477 300620.SZ 光库科技 增持 73 156 222 0.27 0.64 0.91 184.4 78.1 54.9 6.9 49.78 122 688498.SH 源杰科技 无评级 19 98 145 1.16 1.16 1.71 130.0 130.0 87.7 5.6 150.20 127 002281.SZ 光迅科技 增持 582 737 859 0.73 0.93 1.08 55.6 43.8 37.6 4.6 40.66 323 资料来源：Wind，国信证券经济研究所整理和预测；新易盛、光库科技、源杰科技、光迅科技采用Wind一致预期 01 光模块：数据传输核心器件，受益AI需求爆发 02 AI集群网络架构升级，光模块需求弹性大 03 光摩尔定律加速，关注新材料、新封装 04 竞争格局：国内厂商领先，龙头厂商核心受益AI 05 投资建议 一、光模块：数据传输核心器件，受益AI需求爆发 光模块是用于设备与光纤之间光电转换的接口模块，主要用于实现光电信号的转换，是现代光传输网络中的必要器件。 光模块主要由光学器件和辅料（外壳、插针、PCB与控制芯片）构成。光学器件（包括光芯片和光学元件组件）约占光模块成本70%以上，辅料（外壳、插针、PCB与电路芯片等）占光模块总成本近30%。 光发射组件TOSA一般包含激光二极管、背光监测二极管、耦合部件、TEC以及热敏电阻等元件。一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。光接收组件ROSA一般包含光电探测器、跨阻放大器、耦合部件等元件。一定速率的光信号输入模块后由光探测器转（PD/APD）换为电信号，经前置放大器 （TIA)放到后输出相应速率的电信号。 图1：光模块工作原理 图2：光模块结构示意图（SFP+封装） 图3：光模块成本构成 外壳 4%TOSA PCB 5% 电芯片 18% 其他 73% 35% 结构件 6% ROSA24% 尾纤滤光片 7%1% 资料来源：头豹研究院，国信证券经济研究所整理 资料来源：讯石光通讯，国信证券经济研究所整理 资料来源：飞速，国信证券经济研究所整理 光通信的应用与信息流量爆发式增长密切相关。随着信息爆炸式增长，对通信质量、信息质量要求越来越高，光通信成为必然出路。在目前电光网络的架构中，光模块是承担光电转换功能的核心器件，所以光模块的需求核心来自于数据流量的爆发式增长。 而当数据流量的核心增量从电信网络向数据中心、再向AI集群转移时，光模块不同阶段的主要增长驱动力也发生变化。根据LightCounting数据，光器件光模块市场规模总体超过百亿美元，其中数通市场（包括以太网、FC和AOCs，详见图4）占比已达半数，数通市场在移动互联网、云计算和AI的不断发展推动下，成为光器件光模块产业的主要下游场景。 图4：光模块不同阶段增长动力（亿美元） AI 传统数据中心 FTTH 104.2 远距离通信 300 250 200 150 100 50 0 1998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019202020212022202320242025202620272028 资料来源：LightCounting，国信证券经济研究所整理 电信网络的光通信应用：1980年代光纤诞生以来，光通信应用从骨干网到城域网、接入网、基站。目前国内传输网络基本完成光纤化，但数据在进出网络时仍需要进行光电转换；未来向全光网演进。 数据中心的光通信应用：1990年代开始，光通信应用从中短距 离的园区、企业网络延伸到大型数据中心的系统机架间、板卡间、 模块间、芯片间应用。 数通应用近年来受益于移动互联网、云计算、AI等持续加速，已 图5：光模块下游应用领域（2023） 9% 1% 4% 1%7% 44% 34% FTTx 无线回传无线前传CWDM/DWDMAOCs FibreChannel 以太网 逐步成为光模块最主要的下游场景。 资料来源：LightCounting，Coherent，国信证券经济研究所整理 图6：光通信在电信网络的应用 资料来源：光迅科技，国信证券经济研究所整理 图7：光模块在数通领域的应用 资料来源：光迅科技，国信证券经济研究所整理 电信光模块全球市场规模在50-60亿美元左右。电信市场中，光模块主要包括固网接入（FTTx）、无线接入（无线前传和回传）以及无源波分系统使用的CWDM/DWDM模块（包括DCI/城域网/骨干网）等场景。整体来看，电信市场需求在经历2019年5G迭代升级驱动后达到相对高点，近年来需求有所放缓，整体市场规模约50-60亿美元。其中CWDM和DWDM模块占比最高，目前市场规模在40亿美元左右；无线前传和无线回传模块市场规模约6亿美元；FTTx所使用的PON模块市场规模约10亿美元左右。 电信市场出货结构上，用于光纤接入的PON模块占比较大（近年出货超9000万块）；波分复用（WDM）光模块的单价较高，近年出货量在180万块左右。 图8：电信光模块市场出货量（万块）图9：电信光模块市场规模预测（百万美元） 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 20182019202020212022202320242025202620272028 12000 CWDM/DWDM 无线前传 无线回传 FTTx 10000 8000 6000 4000 2000 0 CWDM/DWDM无线前传无线回传FTTx 20182019202020212022202320242025202620272028 资料来源：LightCounting，国信证券经济研究所整理资料来源：LightCounting，国信证券经济研究所整理 数通光模块市场整体规模目前约50亿美元，AI成为后续核心增长来源。光模块是AI投资中网络端的重要环节，其与训练端GPU出货量强相关，同时推理段流量需求爆发也有望带动需求增长。在算力投资持续背景下，AI成为光模块数通市场的核心增长力。据Coherent数据，预计2023年以太网光模块整体市场规模接近45亿美元（考虑用于存储连接的FC光模块，数通市场规模接近50亿美元），其中800G、1.6T及3.2T的高速数通光模块市场规模将从2023年的6亿美元以超过70%的CAGR增长至2028年的超过90亿美元，预计AI相关的800G以上数通光模块市场规模将占所有数通光模块的近60%。 传统市场需求方面，根据LightConting数据，2023年整体市场有一定承压，有望于2024年修复，整体增长相对平缓。 图10：以太网光模块市场规模预测（百万美元）图11：以太网光模块市场规模（百万美元，按数据中心应用划分） 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 3.2T 1.6T 800G 400G 200G 100G 50G 40G 2018201920202021202220232024E2025E2026E2027E2028E 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 AI集群 通用计算节点 20212022202320242025202620272028 资料来源：Coherent，LightCounting，国信证券经济研究所整理资料来源：Coherent，LightCounting，国信证券经济研究所整理 AI集群中，光模块的用量与GPU数量强相关。AI集群中光模块的用量与网络架构和通信带宽有关（详见第二章分析），但总体来说，训练侧需求光模块数量和GPU数量强相关，考虑到当前阶段英伟达加速卡在AI训练的垄断地位，高速光模块需求与英伟达领先的训练卡出货量高度相关。根据TrendForce数据，预计2024年英伟达训练相关GPU出货量有望突破300万张，以1:2.5的理论测算，对应800G光模块需求有望突破800万块。 Sora等多模态大模型发展之下，推理侧流量有望爆发，有望带动产品升级，相关领域1.6T以上速率光模块有望逐步应用。 图12：英伟达训练卡出货量及预测（千张）图13：800G以上高速率光模块需求量理论测算（万块） 600 5