2020 年为国内 5G 建设元年，新建宏基站 58.8 万座，拉升迅猛但季度间建设节奏不均。2020 年是国内 5G 大规模建设的元年，相比较 2019 年仅新建了 13 万座基站，2020 年共新建了多达 58.8 万座基站，上涨的速度迅猛。然而，如果按照每个季度的新建基站数量来复盘 5G 基站的建设节奏，我们会发现 2020 年全年基站的建设节奏不一，呈现 “头尾慢，中间快”的局面。Q1 受到新冠疫情的影响，再叠加电信淡季的因素，新建 基站数只有 6.8 万座；Q2 疫情开始缓解，5G 建设作为“新基建”的重要发展领域之一， 新建速度开始迅速拉升，共新建 21.2 万座；Q3 基站建设依旧如火如荼，速度达到顶峰， 新建基站数为 28 万座，提前完成 2020 年基站建设目标；Q4 建设速度迅速回落，只新 建了 2.8 万座。
2021年 5G规模化建设尚未完全重启，随着运营商基站及承载网设备集采的陆续启动， 产业链将迎来复苏。步入 2021 年，即 5G 规模建设第二年，上半年基站建设仍然缓慢， 再同时叠加一季度为淡季的因素，上半年仅新建基站 19 万站，按照全年 60 万站的建 设目标，全年基站建设完成进度仅约 31%。此外，一季度运营商基站集采尚未开启， 去年行业产能急拉，使得库存余量较多，今年以来产业链尚处在销库存阶段。从 6 月开 始，运营商基站及承载网设备招标陆续开始启动，基站建设节奏也明显加快，标志着 2021 年基站建设的复苏，这也将给产业链带来新一轮机会。
5G 建设，前传先行，2020 年前传光模块市场空间广阔但竞争非常激烈。2020 年电信光模 块市场主要聚焦于前传光模块。前传光模块采用的主流速率为 25G，封装方式为 SFP。 由于在数通领域，100G 速率的光模块是采用了 4x25G 的架构方式，且早已成为数据中 心市场的一款主力产品，在技术、工艺和供应链上都非常成熟。所以，前传 25G 光模 块的进入门槛相比来说较低，涌入了很多厂商，导致竞争很激烈，价格也呈现较快的下滑 速度。即便如此，前传光模块市场的空间依旧很大，成本控制能力较好以及能自主研发 核心芯片的公司有望从中持续受益。
电信市场的主要厂商受益于 2020 年 5G 基站规模化建设，从疫情的影响中迅速恢复。我们列举出了 A 股中电信市场占比较高的光通信厂商，包括光迅科技、华工科技和博创科技三家公司，从这三家公司近五个季度的情况去看，2020Q1 三家公司均受到了疫情 对整个电信市场带来的较大影响，营收大幅度地下跌，到 Q2 虽疫情逐渐缓解，5G 基站 开始规模化的建设，三家公司应收又出现大幅的提升，并随后保持高基数。而从扣非净 利润的情况去看，与基站建设的节奏相关性较大，三家公司从 Q2 开始业绩得到了大幅 提升，之后 Q3 保持高增长态势，到 2020Q4 随着基站建设数的锐减，出现较大的下滑。 我们大家都认为基站建设放缓之后，公司同样需要承担人力、设备等成本，因此对净利润的相 对影响要更显著。
目前电信光模块主要光电芯片的价格，受到全球芯片产能缺货的影响有限。电信光模块 中使用到的主要芯片包括光芯片和电芯片。光芯片中：主要有激光器，光探测器等；电 芯片中：主要有 CDR、TIA、Driver 等。根据产业链的调研，目前这些关键芯片的价格， 暂时未受到由于全球缺芯带来的影响。而其他无源器件，从目前来看，受到上游大宗商 品涨价的影响相对也比较有限。因此，电信光模块整体的成本承压较小。
海外 5G 建设受疫情影响停滞严重，疫情缓解将带来全球需求提振。根据 2021 年中国 互联网大会上的信息，目前我国共建设 5G 基站 91.6 万座，占全球的 70%。按照这一个 数据推测，海外当期的 5G 基站数量约为 39.2 万座。由于去年新冠疫情的影响，不仅推迟了海外 5G 的建设，也给各国的经济带来了很大的影响，因此目前海外 5G 基站的 数量并不多。然而随着新冠疫苗的接种比例慢慢的升高，疫情有望得到缓解，全球的 5G 等基建将重新拉开帷幕。2021 年初，全球 Top15 的电信服务供应商中有九家给了 2021 年资本开支的导引，其总和同比增长 11%。其中 AT&T 资本开支同比增长 14%，意大 利电信同比增长高达 46%，Verizon 虽然资本开支同比持平，但是在接下来的三年时间 里将花费 100 亿美元用于 5G 的部署，此前他们刚刚以 455 亿美元的竞标价格获得了 61.7%的 3.7-3.98GHz 5G 频谱资源。海外 5G 建设的恢复，也将带来 5G 侧电信光模 块需求的拉动。
国外云服务厂商资本开支持续增长，数通需求侧稳定提升。2020 年北美云服务厂商， 包括 Amazon、Microsoft、Facebook 和 Google，云收入总和同比增长 25.6%，资本开 支总和与 2019 年同比增长了 37.3%。分季度来看，全球云巨头 capex 从 2019Q1 以来 从始至终保持增长的态势，需求持续向好。虽然 Amazon 在 2021Q1 环比有一定的下滑， 但是依旧保持同比高增长的情况。分开来看，2020 年 Amazon 云服务的收入为 454 亿 美元，同比增长 29.5%，资本开支为 401 亿美元，同比增长 40.1%；Microsoft 云服务 的收入为 532 亿美元，同比增长 21.7%，资本开支为 176 亿美元，同比增长 29.7%； Google 云的收入为 217 亿美元，同比增长 27.6%，资本开支为 223 亿美元，同比下滑 5.4%；Facebook 的资本开支为 151 亿美元，同比增长 0.09%。2020 年由于新冠疫情 的爆发，加之本身企业上云的需求，使得云服务厂商的收入增长显著，同时为了应对未 来更高的需求，在资本开支方面也在积极投入，包括数据中心在内的云基建相关产业链 受益明显。
2020 年国内云服务厂商资本开支放缓，自 2020Q2 开始连续四个季度环比下滑。国内 的云服务厂商起步稍晚，所需光模块的速率相比北美云服务厂商晚一个代际。从资本开 支来看，我们以 BAT 厂商的资本开支来分析，三家资本支出的总和自 20Q2 开始连续 四个季度持续下滑，20Q4 出现了同比下滑的情况。不过根据 2021Q1 的数据分析来看，三 家资本开支总和环比降幅呈收窄态势。其中，百度 2021Q1 的资本开支为 14.99 亿元，同比增长 175%；阿里巴巴 2021Q1 的资本开支为 60.43 亿元，同比增长 55.7%；腾讯 2021Q1 的资本开支为 77.3 亿元，同比增长 26%，同时在一季报中披露未来将继续增 加投入，主要覆盖客户服务、游戏和短视频三大领域，其中客户服务主要涉及基础设施 建设、效率办公 SaaS 产品、安全软件等。
国内外数通市场的主要参与者，近几个季度营收表现不一。我们最终选择了 A 股数通市场 占比较大的光通信厂商中际旭创和天孚通信，以及国外厂商 AAOI 和 II-VI，从近几个季 度的营收来看，2020Q1 受到疫情带来的影响导致各家的营收呈较大幅度下滑，2020Q2 均实现了大幅的增长。自此以后除了 II-VI 在 2020Q4 实现环比增长以外，其余三家均 环比走低。2021Q1 除中际旭创的营收明显走低以外，其余厂商环比相对来说还是比较稳定。我 们判断主要是受产品结构影响导致各家厂商营收表现不一所致，今年数据中心 DR1、 FR1、DR4、FR4 等新产品持续上量会带来新老产品需求结构发生显著变化，并使得各 家厂商未来收入增速拉开差距。
全球数据中心建设景气度高，未来市场空间广阔。数据中心作为云计算最重要的基础设 施之一，云计算的高景气度以及云服务厂商扩大的资本开支直接带动数据中心的繁荣度。 根据 Synergy 的数据，截止 2020 年底，全球 20 家主要云和互联网服务企业运营的超 大规模数据中心总数已增至 597 个，是 2015 年的两倍。多个方面数据显示，为了应对慢慢的升高 的云服务需求，各大云服务厂商在数据中心的开支也是非常积极，2020 年第三季度数 据中心支出达到创纪录的 370 亿美元。另外，除了近 600 个运营数据中心外，还有另 外 219 个处于不同规划或建设阶段的数据中心。
电信光模块市场直接受到 5G 建设速度的影响，推迟已久的基站三期招标陆续开始启动， 有望提振市场，强势复苏。2021 年前五个月，我国 5G 基站只新建了 12 万站，仅完成 全年 60 万站目标的 20%。然而近期运营商的基站招标陆续启动，中国移动和中国广电 700MHz 基站联合招标 48 万站，中国移动预计后续还将采购 2.6GHz 基站 12 万站。中 国电信和中国联通2.1GHz基站联合招标24万站，超出市场预期，考虑到后续的3.5GHz 基站，我们预计电联今年的新建基站数量将超过预期的 32 万站。同时，从招标的价格 来看，均超过去年同期水平。我们大家都认为，今年的基站建设呈现量价齐升的态势，这将带 来电信光模块市场需求侧的快速拉升，市场将迎来强势复苏机会。同时近期中国移动史 上最大规模的SPN设备集采的落地以及中国电信也公布了其承载网设备STN的集采候 选人，有望带动中回传的光模块市场的需求。而随着双千兆政策的驱动，也使得10GPON 的接入网光模块市场成为了电信市场重要的增量之一。
数通光模块市场需求旺盛，200G/400G 等高速率光模块将逐步起量。回顾 2020 年全 球数通光模块市场，需求侧一直呈现相对稳定增长的局面。我们按照光模块按速率分开 看，100G 速率的各系列光模块仍然是市场的主力产品，占比接近 50%。市场需求非常 旺盛，除了北美云服务厂商的需求一直在稳定增长，国内的阿里、腾讯等云服务厂商也 开始了规模采购，因此我们预测今年 100G光模块需求在数量上仍会有 10~15%的增长。 而 200G和 400G等高速率光模块产品在经过了三年左右的技术储备、产业链积累之后， 也在 2020 年开始慢慢地上量，今年的需求相对于去年均呈现翻倍及翻倍以上的增长。数据中心的叶脊架构升级，以及速率升级在日益强劲的需求面前刻不容缓，将带来数通光 模块数量以及速率提升的强劲需求。
长期来看，数据流量保持快速地增长的趋势几乎是不可逆的。我们大家都认为，随着 5G 的大规 模建设，万物互联将使得流量爆发式增长，同时 VR/AR、超高清视频和车联网等下游 爆款应用也将带来海量的流量需求，因此长久来看全球数据流量必将呈现快速地增长的态 势。根据IDC的预测数据，全球数据规模将从2018年的33ZB增长至2025年的175ZB， 复合年均增长率达到 27%左右。随着 5G 的商用逐渐普及，移动数据流量将迎来高速增 长期。目前，我国的 5G 基站数量在全球占比达到 70%以上，因此 IDC 预测 2025 年中 国将以 48.6ZB 的数据量成为全世界最大的数据圈，占比达到 28%左右，复合年均增长率 达 30%以上。
短期来看，由于 5G 的下游应用还没有实现大规模普及，因此近期的流量增速还存在一 定的波动。根据 3G/4G 的历史数据来看，一般爆款应用会在牌照发放两年之后才会出 现，3G 牌照发放之后的 2~5 年内，出现了微信、淘宝、qq视频和网易云音乐等爆款 应用，4G 牌照发放的 2~3 年内，出现了王者荣耀、抖音等爆款 app，流量需求进一步 得到拉升。我们以 2020 年作为 5G 建设的元年，据此推测 2022 年将是 5G 应用全面爆 发的时间点，从而将流量的增长带到新的台阶。目前我们主要看好 VR/AR 在 2C 端的 应用，待 5G C 端应用渗透率逐步提升，数据流量将进入新一波快速爆发增长期。
100G 的数通光模块规格种类非常之多，PSM4 和 CWDM4 占比较大。100G 光模块种类繁 多，如果按照通道数来分的线G 架构的四通道光模块，也有 1x100G 的单通 道光模块产品；若按照封装方式来分类的线 等光模块产品；若 按照是否采用波分复用技术方案来分的线 光模块，也有 CWDM4 光模块产 品；若按照 WDM 的类别来分，有 CWDM、LWDM 和 DWDM 等光模块产品；若按照 应用场景的传输距离来分的线 等光模块产品。但是目前来看，根据产 业链调研的结果，100G PSM4 和 CWDM4 光模块在整个 100G 光模块市场中的占比最 大，达到近三分之二的份额。由于 CWDM4 能够显著节省光纤资源，因此更受下游客 户的青睐，占比达到 45%左右。
100G DR1/FR1 光模块市场超预期，未来在数通领域的战略意义更大。100G DR1/FR1 光模块采用单通道 100G 的方式，1310nm 波长的 EML 激光器替代传统的 25G DFB 激 光器以实现 50G 的带宽，同时加入 DSP 以实现高精度的 PAM4 调制，进而达到 100G的传输速率。目前来看，因为 25G DFB 芯片及相对应的 Driver、TIA 等电芯片比较成 熟，成本相对来说还是比较低，而 EML 和 DSP 目前来看成本相对还比较高，因此 100G DR1/FR1 光模块的价格相比 100G CWDM4 还没有竞争优势。根据产业链调研，2021 年 100G DR1/FR1 的市场规模预计将达到 200 万只。虽然成本上暂时还没有优势，但是战略意 义巨大，主要反映在以下三点：
100G DR1/FR1 目前可以取代 2km 以下所有的 100G QSFP28 系列不同方案的光 模块产品，兼容性能很出色，简单升级之后（电方案不变）即可取代 10km 级别 的 100G LR4 光模块产品；
因为 DR1/FR1 只使用了单通道，因此整体成本相比四通道的要低，随着 EML 和 DSP 芯片逐步成熟，价格下降到一定幅度，100G DR1/FR1 将会成为最具性价比 的产品；
DR1/FR1能够最终靠Breakout方案将100G与400G的传输系统直接实现相互连通， 方式简单且成本低。
100G 光模块价格承压较大，未来降本增效意义显著。光模块市场近年来呈现出来的趋 势即：新产品问世之后，能够维持一段时间的高价格，主要包含了很大比例的研发溢价， 且市场上先入的厂商数量较少，能够轻松的享受市场的第一波价格红利。然而随着新入参与者 的数量逐渐变多，竞争开始激烈。且产业链逐渐成熟使得光模块中的元部件价格显著降 低，这些因素使得光模块的价格会呈现较快的速度下滑。100G 光模块自 2016 年开始 规模化出货以来，价格即呈现一路下滑的趋势。根据产业界调研，2020 年 100G 光模 块的均价下滑了约 15%，在 2021 年已经突破了 1 美元/G 的价格，因此我们认为 100G 的光模块的价格未来还是会承受较大的压力。但是，对光模块厂商来说，在版本迭代的 过程中能够有效降低产品的 BOM 成本，工艺也在不断优化以提高良率，因此成本也在 明显降低，得以保证公司的盈利能力。
降本的主要驱动力来源是芯片，国产替代正稳步推进。光模块的核心部件包括光芯片、 电芯片、光无源器件等。100G 的光模块中，光芯片包括发射端的激光器（LD）和监测 探测器（MPD）和接收端的光电探测器（PD）；电芯片包括发射端的时钟同步恢复（CDR）、 驱动器（driver），接收端的 CDR、跨阻放大器（TIA），电源控制芯片和 MCU 等。平 均来看，光电芯片的成本占总成本的比例为 50%左右，对光模块的成本影响较大。25G 的光芯片目前已经能够实现部分国产替代化，电芯片也已经有部分产品研发成功。若后 续芯片能够实现完全国产替代化，100G 的光模块成本将进一步降低。
200G 光模块性价比出色，是数据中心速率升级路径上重要的产品。200G 光模块的传 输速率居于 100G 和 400G 之间，因此被认为是过渡期的光模块产品。目前，市场上有 一部分的客户采用 100G---200G 光模块的升级方案，虽然错过了 100G---400G 直接升 级的最短路径，但是 200G 的产业链更成熟，在 100G 光模块的基础上的设计变更也更 小，是一款极具性价比的产品。根据产业链调查，目前国外云服务厂商 Facebook，国 内厂商阿里腾讯等客户都在采用 200G 光模块的升级路径，主要还是综合考虑了成本、 功耗等因素之后的决定。
200G 光模块的主流方案。实现 200G 传输速率的技术方案有多种，主要分为三种，目 前光模块厂商主要采取的是后两种方案。
200G QSFP56 封装方式，即采用 4x50G 的结构，激光器采用 25G 带宽的 DML 激光器，加入数字信号处理器 DSP，调制方案为 PAM4 方式。
200G光模块全系列可以广泛应用到各种场景中，市场空间广阔。除了不同的技术方案， 200G 光模块按照传输距离还分为 SR，DR，FR，LR 等。应用在数据中心内部，主要 是 SR 和 FR 两种光模块产品。虽然 400G 光模块目前已经开始大规模出货，但是 200G 光模块的市场依旧广阔。根据产业链调研，200G 光模块今年的总需求量为 100~150 万之间，超出市场预期，且明年的需求量将超过 200 万只。在 200G 光模块市场上的主 要参与者包括 II-VI，中际旭创，英特尔等等，同时也有剑桥科技、博创科技和 AOI 等 正在市场突破中。
400G 光模块是数据中心速率升级的重要光互连产品之一。随着 5G 建设逐步落地，云 计算的需求日益强劲，物联网设备指数级增长，都将带来数据传输、计算等需求迅猛的 提升。数据中心作为新一代的数字地产，是重要的数字基建设施之一。为了应对如此爆 发式增长的数据处理需求，数据中心也正处在速率代际升级的过程中。机柜内部的服务 器与 TOR 交换机主要以 10G/25G 为主，正向 50G/100G 阶段过渡。而 Leaf 交换机与 Spine 交换之间的互联、数据中心之间的互联目前主要以 40G/100G 为主，正向 400G 过渡。
400G 光模块的种类多，应用场景多，广泛应用于数据中心中。与 100G 光模块一样， 400G 按照距离、是否采用 WDM 也可以分为多种光模块产品。同时，400G 按照封装 方式可以分为 QSFP DD 和 OSFP 方案，QSFP DD 封装方案尺寸相对更小，OSFP 的 封装方案虽然尺寸更大，但散热相对更好。在电口侧，目前 400G 光模块都是采用 8x50G 的电信号传输方案；而在光口侧，则主要分为 8x50G 和 4x100G 两种方案，对应的产 品分别是 SR8/DR8/FR8 和 SR4/DR4/FR4 系列光模块。8x50G 的光口方案，光口侧的 信号速度和电口侧的一致，均为 8x50G PAM4 信号，因此，光模块内部只需要 CDR 进 行时钟恢复即可；4x100G 的方案，光口侧信号速度是电口侧的两倍，为 4x100G PAM4 信号，因此需要 Gearbox 来使得两路电信号复用到一路再调制到光上进行光电转换， 成为一路光信号。
EML 激光器是 400G 光模块重要的光芯片，目前主要是海外厂商占主导。相比较 100G光模块中使用的 DML 激光器芯片，400G 采用了 EML 激光器芯片。DML 激光器和 EML 激光器之间的主要区别在于，DML为直接调制激光器，本质上只是DFB激光器，由driver 对激光器进行直接调制实现 1、0 光信号。高速率的调制、长时间的工作对 DML 激光 器的要求也非常高，因此激光器的异常是导致模块失效的最主要原因之一；EML 激光 器则是在 DFB 激光器后面加上 EAM（电吸收调制器），这样 DFB 只要负责保持稳定功 率的发光即可，由 EAM 来进行调制实现 1、0 光信号传输。目前，高速率的 EML 激光 器的市场份额主要还是在海外企业手中，包括 Lumentum、博通、三菱等，国内厂商尚 处在布局阶段。值得一提的是，近年来 Lumentum 和 II-VI 等相继推出了 100G DML 激 光器，相比较 EML 具有低成本、低功耗等优势，将广泛应用于 400G 和 800G 的光模 块中。根据目前的研发进度以及其配套驱动器 driver 的供应时间，我们预计将在 2023 年实现大规模量产。
DSP 芯片是高速率光模块重要的电芯片。100G 及以下低速率光模块一般采用 NRZ 调 制可以达到 25G 及以下的调制速率，一般采用模拟信号处理即可，因此电芯片一般是 CDR 等模拟芯片。而 400G 光模块，信号调制速率更快，对信号的信噪比、非线性干 扰等参数要求也更高。DSP 即数字信号处理芯片，不仅能提供 CDR 的时钟同步恢复功 能，还能够对信号进行去噪声，色散补偿等一系列的操作，功能强大，能够实现 PAM4 信号调制。DSP 芯片因为集成了很多功能，因此功耗相比 CDR 要大得多，为了降低功 耗，采用线宽更低的制程能够显著降低功耗，目前市场上主流的 DSP 芯片都是采用 7nm 制程。DSP 主要的供应商是 Inphi 和博通，国内厂商在这块领域还处在初期阶段。
400G 光模块技术门槛更高，国内厂商处于领先地位。100G 光模块无论从技术方案、 工艺积累还是产业链完备度都已经非常成熟，因此准入门槛也比较低，涌入了很多光模 块厂商，使得产品的价格也受到了较大的冲击。而 400G 光模块无论是从电路、光路、 Firmware、生产良率和可靠性上都有更高的门槛，因此目前市场上能够大批量供货的光 模块厂商并不多。另一方面，400G 光模块是数据中心下一代产品，正处在代际升级的 初期，未来市场空间广阔。我们预测 2021 年全球 400G 光模块需求为 200 万只左右， 主要客户是亚马逊和谷歌。中际旭创、新易盛等国内厂商在 400G 光模块时代处在全球 领先的位置，先发优势将有助于公司提高盈利质量，并在此基础上进行 800G 等更高速 率产品的研发。
多家厂商已推出 800G 光模块，将成下一主战场。近期 2021 年 OFC 会议上，多家光 模块厂商推出了其 800G 光模块产品，目前已经发布 800G 光模块产品的厂商包括英特 尔、II-VI、中际旭创、新易盛、光迅科技、索尔思、剑桥科技和亨通光电等公司。可以 看到其中的中国光模块厂商数量较多，他们有望凭借 400G 良好的基础维持在 800G 光 模块市场的领先地位。由于光模块市场卡位新窗口带来的先发优势即意味着能够享受更 长时间的价格红利和份额优势，因此在下一代新产品的研发进度上也尤为重要。
相干光模块规模化效应降低成本，下沉至多个应用场景，OpenZR+标准优势明显。相 干光模块一开始适用于传输距离大于 1000km 的骨干网，后来逐步下沉至传输距离为 100 至 1000km 的城域网，小于 100 公里距离的边缘接入网，以及 80~120km 的数据 中心互联领域（DCI）。随着相干光模块开始规模化量产，成本不断下降，未来将广泛 应用于 5G 接入网等需求量更大的市场。目前 400G 相干光模块有三种标准，分别为 400GZR、OpenROADM 和 OpenZR+。其中 OpenZR+综合了 400GZR 和 OpenROADM 两种标准的优点，应用范围更为广阔，面向城域、骨干、DCI 和电信运营商，且可支持 多供应商的互相操作性。
多厂商逐鹿相干光模块市场，市场空间广阔。传统的相干光模块厂商包括华为、Infinera、 思科、中兴和新飞通等，随着相干技术的迅速发展，以及应用场景的不断下沉，近几年 来中际旭创，II-VI 和 Inphi 等公司也开始加入这个市场。根据 lightcounting 的预测，采 用相干技术的 DWDM 光模块市场未来五年将保持约 20%的复合年均增长率，而 2021 年下半年 400G ZR、400G ZR+以及 400G Open Roadm 相干光模块将开始第一次规模 化出货。同样，近年来相干光模块的热门应用领域 DCI 市场未来的增速也很乐观，根 据 Dell’oro 的预测数据，到 2022 年 DCI 网络市场总量达到 50 亿美元，而其中包含光 模块的光传输网络部分占据最大的市场份额。
2021 年基站新建数量整体上微增，前传光模块市场预计小幅下滑。根据三大运营商及 中国广电关于今年的资本开支，2021 年预计三家资本开支总和为 3406 亿元，同比增 长 2.3%。近期中国移动和中国广电 48 万站 700MHz 基站联合招标启动，中国电信和 中国联通 24 万站 2.1GHz 基站也已开始，再看运营商对基站新建数量的指引，中国移 动还将新建 2.6GHz 宏基站 12 万座，考虑到 3.5GHz 基站，中国联通和中国电信 2021 年共建共享宏基站的数量预计将超过 32 万座。相比去年 58 万座左右的新建基站来说， 今年的新建基站在数量上将有微幅增长。考虑到 700MHz 基站用到的光模块数量会更 少一些，速率上也会采用速率更低的 10G 前传光模块，加之价格也会进一步下滑，因 此整体来看，今年前传光模块的市场规模将呈小幅下滑的情况。
前传光模块产品成熟度高，市场准入门槛较低。25G SFP 封装的光模块是目前市场上 最主流的前传光模块产品。一般采用 TO-CAN 的封装，工艺非常成熟，产业链完备， 因此成本非常低，市场上具备批量出货能力的厂商非常多。同时光模块中成本占比最高 的光电芯片，随着规模化量产和部分国产替代化，价格迅速降低，使得 25G SFP 光模 块的成本显著降低。综上两个因素，2020 年前传光模块市场竞争非常激烈，价格下滑 的速度也大大超出产业界的预期。
前传光模块芯片国产替代比例稳步提升。数通光模块产品相对于电信光模块产品，一般 都会领先 1~2 个代际，因此国内产业链经过了上一代 100G 数通光模块的时代之后，芯 片方面的布局及技术储备都有了一定的基础。目前在光芯片方面，10G DFB 已经实现 了完全国产化替代，可以实现规模化量产，且 10G 超频替代 25G DFB 的技术路线G 前传光模块产品上也实现了成功。25G DFB 光芯片已经研发成功，达到部分国产 替代，量产良率及后续市场开拓有待突破。25G PD 芯片因研发难度相对较低，多家厂商已经能够实现批量出货。而 CDR、Driver、TIA 等电芯片也相继取得了一定的进展。 我们大家都认为，随着产业界在这些关键芯片产品上不断的投入和攻关，加上 5G 建设带来的 海量需求，未来两年内有望能够陆续实现突破，进而完成 100%国产替代化。
今年 3 月，中国移动史上规模最大 SPN 设备集采落地，有望带动中回传光模块市场需 求。运营商的 5G 承载网主要分成骨干网、省网和城域网。其中，骨干网和省网负责高 速大容量的传输，会采用 OTN 等大颗粒远距传输的网络架构。城域网分为核心层、汇 聚层和接入层，这三层分别对接不同的中回传服务，对应不同的端口速率，从而所需的 中回传光模块速率也是逐层递增的。接入层一般采用 50G/100G 速率的光模块，汇聚层 采用 100G/200G，核心层则采用 400G 的高速光模块。本次 SPN 设备采购是中国移动 2021-2022 年大规模 SPN 设备采购，分为新建和扩容两部分，合计共采购将近 21.3 万 端，为中国移动迄今为止最大规模的采购，超过了 2019 年、2020 年一期和二期的采 购总额。加上近期中国电信也公布了其承载网设备 STN 的集采候选人，我们认为运营 商的承载网将开始规模建设，释放中回传光模块需求。
5G 建设进入第二年，光模块市场规模重新测算。5G 光模块主要分为前传、中传和回传 光模块，对应的主流速率分别是 25G、50G 和 100G。一般来说，无论是宏基站还是小 基站，都具有三个扇面，根据实际带宽的需求，每个扇面对应一对或两对前传光模块， 因此一个基站需要 6 个或 12 个前传光模块。三个宏基站或十个小基站收敛至一个 DU， DU 与 CU 连接需要 1 对中传光模块，1 个 CU 对应 12 个 DU，CU 连接至核心网需要 1 对回传光模块。目前我国已经建成 4G 基站 575 万个，假设 5G 新建基站的数量与 4G 基 站持平，按照平均每个基站 10 个前传光模块，根据产业链调研，前传光模块平均单价 为 25 美金，50G PAM4 中传光模块单价为 120 美金，100G 回传光模块为 200 美金，那 么 5G 前传光模块的总需求数为 5750 万只，总市场规模约为 95 亿元；中传光模块总需 求约为 380 万只，市场规模约为 37 亿元；回传光模块约为 65 万只，市场规模约为 21 亿元。由于前期主要部署前传光模块，我们认为未来几年中回传光模块的需求将逐步提升。
2021 年，工信部发布了《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023 年）》，目标用 三年时间，基本建成全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施，实现 固定和移动网络普遍具备“千兆到户”能力。“双千兆”计划无疑将大力推进 10G PON 在电信接入网侧的大规模普及，以确保 2023 年底千兆光纤网络到 2023 年底覆盖 4 亿 户家庭，10G PON 及以上端口规模超过 1000 万个，千兆宽带用户突破 3000 万户。同 时，海外疫情的爆发使得居家办公、社交越来越成为主流方式之一，因此人们对家庭网 络带宽的需求越来越高。
10GPON 成主流技术方案，未来市场空间广阔。PON 是一种点到多点结构的无源光网 络，主要由光线路终端 OLT、光网络单元 ONU 和无源光分路器 POS 组成，是宽带接 入网承载业务的重要方式。目前 PON 技术主要包括 APON/BPON、EPON、GPON 和 10GPON，分别对应不同的标准，APON/BPON、GPON 和 10GPON 对应 ITU 创建的 标准，EPON 则对应 IEEE 创建的标准。10GPON 是现在规模铺设的主流技术方案，未 来的升级路线GPON 也在积极布局中。根据 Omdia 的预测，10G PON 设备的全球市场规模在 2021 年将达到 30 亿美元，到 2025 年将超 65 亿美元，CAGR 达到 20%以上，届时大部分 OLT/ONU 都将具备 10G 的能力。
10GPON 光模块产业链成熟，国内厂商是市场主力。10GPON 光模块按照应用场景， 主要分为局端 OLT 光模块和终端 ONU 光模块。相比较 GPON 光模块，10GPON 光模 块在传输速率、分路比例和传输距离等指标上都具有明显的优势。由于数通光模块近年 来呈“东进西退”的趋势，国内光模块产业链高速发展，目前主流的数通光模块速率为 100G，因此 10GPON 光模块的产业链相对来说已经非常成熟，成本也迅速降低，达到 了规模化铺设的条件。10GPON 光模块市场的参与者主要是国内光模块厂商，包括中 际旭创（成都储翰）、海信宽带、博创科技和光迅科技等。
硅光技术从 1960 年即诞生，已经应用到多个领域中。硅光技术，是以硅或者硅基材料 （Si, SiGe）作为衬底材料，利用与集成电路兼容的 CMOS 工艺制造对应的光子器件和 光电器件，以实现对光的激发，调制，响应等功能，从而广泛应用于光通信，光传感， 高性能计算等领域。硅光技术的发展阶段主要分为技术探索阶段，技术突破阶段，集成 应用阶段，以及应用拓展阶段。
技术探索阶段 1960s-2000s：从 S.E.Miller 首次提出集成光学的概念以来，很多学 者和研究机构在波导，调制器，探测器，光源等领域都做出了很多奠定扎实基础的 探索工作；
技术突破阶段 2000-2008：产业界也开始了商业化的研究工作并实现了突破性的 进展，比如 GHz 的调制器，混合集成激光器，以及硅基探测器；
应用拓展阶段 2014-至今：Ayar Labs 将硅光技术带到了光互连领域；Lightmatter 等公司将硅光技术带到了量子计算领域；Voyant 将硅光子技术带到了激光雷达领 域。
光通信是硅光技术目前最广泛应用的领域，未来增速可期。根据 Yole 的数据，硅光技 术在各大市场的应用统计数据中，在 2019 年有超过四分之三的收入来源于数据中心光 模块。而从预测结果来看，到了 2025 年，数据中心收入占比更是达到了 90%以上。原 因基本是由于价格较高的高速率硅光模块，比如 400G，800G 模块的迅速上量带来了 市场规模高速增长。结合 Yole 对于整个光模块市场的预测，到 2025 年，在数通领域， 硅光模块的份额会占到三分之一左右。
100G 硅光模块是硅光技术在光通信领域落地的主要产品形态，为更高速率硅光模块的 发展奠定了基础。硅光模块的市场规模在 2018 年出现了明显拐点，主要系两个原因： 英特尔的硅光子技术在经过多年发展之后，在 2018 年开始迅速上量，从传统光模块厂 商手中抢占了一定的市场份额，其主要产品是 100G CWDM4 硅光模块和 100G PSM4 硅光模块；华为和中兴在2018年开始大量采购Acacia的100G硅光相干DWDM模块。 因此 100G 硅光模块已经开始大量使用，也预示着硅光技术在云服务厂商侧获得了认可。 后续随着光模块速率越来越高，硅光模块以其高集成度、低成本、低功耗等优点将取得 更大应用，从而打开更广阔的市场。
硅光模块目前市场占有率为 25%，400G 时代已错过最佳窗口，有望在 800G 迅速切入 市场。经过了长达 20 年左右的铺垫，市场开始逐渐意识到 InP 及 GaAs 等材料技术的 局限性，并开始逐渐认可硅光技术的优势，尤其是与 CMOS 工艺的高度兼容性。目前 以 100G 为主的硅光模块产品，包括 100G CWDM4、PSM4 和相干 DWDM 硅光模块， 已经占据了光模块市场 25%的份额。根据 LightCounting 最新的预测，到 2026 年硅光 模块有望占据 50%份额，与传统可插拔光模块平分市场。2021~2026 年，硅光技术的市场累计总规模将达到 300 亿美元，增速相当迅猛。其中 200G、400G 和 800G 等高 速硅光模块无疑将是未来高速增长的主要驱动力。我们认为，目前 400G 光模块采用传 统分立式方案已经日趋成熟，且产业链也在逐步改善降低成本，竞争力较强。因此硅光 模块有望在 800G 时代迅速切入，成为第一批领先的厂商。
目前硅光模块市场领先厂商是英特尔、思科等国外厂商，但是国内厂商开始纷纷布局， 有望在未来也能形成足够的竞争力。市场上具备硅光模块大批量出货能力的主要是英特 尔、思科等国外厂商，国内厂商还处在待突破阶段。但是我们看国内厂商在传统光模块 领域的成长历程来看，大部分厂商经过十年的技术积累和产品打磨，从电信光模块领域 拓展至数通光模块领域，从低速光模块领域逐步拓展至高速光模块领域，市占率提升显 著。如今全球 Top10 光模块厂商中有超过一半都是国内厂商，他们在传统可插拔光模 块领域已经具备了较强的竞争力。而硅光模块已经被公认为将是传统光模块未来最强劲 的对手，国内厂商也在积极尝试抓住这个技术革新的机遇，进一步提高市场竞争力。然 而，国内光模块厂商大部分采用 Fabless 的方式进行硅光模块的研发，因此与大型 fab 厂商之间合作关系的不确定性以及相对并不高的产品附加值都给国内厂商未来在硅光 模块领域的竞争力带来了挑战。
硅光模块的技术壁垒在于硅光芯片，硅光芯片的壁垒在于激光器、一致性和良率。硅光 芯片中集成了光模块中大部分元器件，因此是硅光模块中最核心的器件。由于硅是间接 带隙的材料，因此做成激光器很困难。目前硅光模块中光源的方案有英特尔的 III-V 族 异质键合激光器、外置激光器和 III-V 族倒装焊激光器等，目前大部分厂商都采用外置 大功率连续激光器方案，而大功率激光器带来的功耗、散热和可靠性等问题也是需要攻 克的难题。同时，硅光芯片中的分光、WDM 等结构也会引入更高的插损，对高速率光 模块影响较大。此外，硅光芯片的壁垒还包括一致性和生产良率，由于 CMOS 工艺存 在一定的波动，因此不同批次的硅光芯片在性能会存在一定的差异。且硅光芯片上包含 很多功能的元部件，因此整体的良率也存在一定的挑战。
CPO 是业界公认的未来更高速率光通信的主流产品形态之一。CPO，Co-packaging optics 的简称，中文名为共封装光学，即光学引擎 PIC 与电学引擎 EIC 合封在一起的封装技术。其中光学引擎包括有源光学器件和无源光学器件，电学引擎则包括各种电学 芯片及电路部分。共封装光学具有以下优点：
降低功耗。电学引擎与光学引擎的电路距离大大缩短，电信号损耗降低，简化后的 SerDes 去掉 DFE、FFE 和 CTLE 之后功耗降低，最高可节省 30%的功耗。
降低成本。封装工艺成本更低，高集成度的光引擎成本更低，同时省去部分电学芯 片成本更低，可降低 25%-30%的成本。
减小尺寸。借助硅光技术和 CMOS 工艺，共封装的方式显著减小光电引擎各自独 立封装方式的尺寸，同时可以在一定程度上完成更高密度的 I/O 集成。
传统交换机的封装方式在未来高速率传输时代会遇到瓶颈，更高集成的封装方式才是更 优解。针对交换机的封装方式，目前比较清晰的演进路径如下：现有的封装方式：传统 的可插拔光模块插在交换机前端面板上，与交换机芯片之间通过较长的电路来连接； COBO 封装方式：将光模块从前端面板移到交换机内部，与交换机处于同一衬底之上， 电路长度变短；共封装光学方式：将光模块中的光引擎移动到与交换机芯片同一 Interposer 衬底上，电路长度进一步变短。对于共封装光学方式，也同样存在外置光源 /内置光源的 2.5D 封装到最终实现 3D 封装的演化路径。
什么是 CPO 封装方式的交换机？多个光模块的光引擎与交换机 ASIC 芯片处在同一个 衬底上，大大缩短了交换机和光模块之间电信号需要传输的距离，这样不仅降低了 Serdes 芯片的要求，降低了电信号的发射功率，同时对光模块中本来需要的 DSP 芯片 要求也更低，从而实现降低光模块和交换机整个系统功耗的目的。交换机 ASIC 芯片中 包括了 CPU、内存控制器等核心芯片和以 Serdes 芯片为主的 I/O 模组。光引擎可以是 硅光引擎，也可以是由传统的分立式元器件组成的光引擎，主要包括激光器、光电探测 器等有源光器件，波分复用/解复用和光连接器等无源光器件，还有 driver、TIA 和电源 控制等电芯片。
51.2T/s 的交换机时代是 CPO 切入市场的绝佳机会。为何会是在 51.2T/s 时代?以业界 目前的规划，对于 51.2T 的交换机，在光口侧，由 64x800G 光模块组成来实现 51.2T 的光信号传输速率，800G 光模块对于传统分立式的封装方案来说已经非常具有挑战性， 且降功耗的任务繁重；电口侧则由 512x112Gb/s 的 Serdes 组成以实现 51.2T 的电信号 传输速率，Serdes 在交换机中的功耗占比非常大，根据 Cisco 的测算，交换机速率从 640G 升级到 51.2T，Serdes 速率升级叠加数量的增加，总功耗将增加至 22.7 倍之多。 再加上核心芯片的功耗也在增加，整个 51.2T 交换机的功耗将制约其大规模商用的进程。 而CPO则提供了一个有效的解决方案，可以大大降低Serdes带来的功耗。未来102.4T， 甚至 204.8T 交换机，则更需要降功耗的方案。因此我们认为 51.2T 是 CPO 切入市场 的良机，也是未来更高速率 CPO 交换机的基础。
CPO 市场前景广阔，数据中心为其主战场。CPO 可大范围的应用于各个领域，包括数据中 心，高速工业互连和高性能计算等领域。因其成本低、功耗低和尺寸小等优势，正逐渐 被整个行业接受。根据 CIR 的报告，CPO 在 2026 年的市场规模将达到 3.44 亿美元， 而到 2030 年将迅速增长至 23 亿美元。其中，63%将来自于云服务商数据中心业务。 数据中心是 CPO 的主战场。交换机若要达到 51.2Tbps 及以上的速率，CPO 在成本效 益和方案可行性上都要远远优于传统可插拔方案和 COBO 方案。同时各大设备商和云 服务巨头都在积极开发，推动 CPO 交换机的快速地发展。
多方背景的大型厂商加入 CPO 市场，将进一步加速 CPO 的发展。从业界来看，未来 能解决高速光电子的热和功耗问题的解决方案中，CPO 将是最优解之一。近年来，拥 有着不同背景的厂商都逐渐加入到 CPO 市场当中。云服务厂商 Facebook 和 Microsoft 创建了 CPO 联盟，旨在打造一个平台，吸引各细分行业龙头加入联盟，推动 CPO 标 准的建立和产品的发展；设备厂商思科和 Juniper 未来都将推出 51.2T/s 的 CPO 交换 机；芯片厂商英特尔和博通则在推出各自相应的交换机芯片的基础上，再研发 CPO 交 换机。国内厂商也在布局这样的领域，其中亨通光电联合英国 Rockley 推出了 3.2T 的 CPO交换机样机，中际旭创和新易盛等厂商也都在布局该领域。
