光通信行业深度报告光电子产业升级，从“芯”开始

敬请阅读末页的重要说明 感谢付东对本次报告的特殊贡献 证券证券研究报告研究报告 | 行业行业专题专题报告报告 通信通信 | 通信通信设备设备 推荐推荐（维持维持） 光电子产业升级，从“芯”开始光电子产业升级，从“芯”开始 2016年年09月月27日日 光通信光通信行业行业深度深度报告报告 上证指数上证指数 2980 行业规模行业规模 占比% 股票家数（只） 70 2.4 总市值（亿元） 8437 1.8 流通市值 （亿元） 6125 1.7 行业指数行业指数 % 1m 6m 12m 绝对表现 0.0 8.8 17.4 相对表现 2.0 7.6 17.0 资料来源：贝格数据、招商证券 相关报告相关报告 1、 烽火通信（600498）从“光通 信专家”到“信息化专家” 2016-09-18 2、 光通信下半年机会深度解析：光 纤量价齐升促景气持续， 云计算及产 业升级现全新机遇通信行业专题 点评2016-08-11 3、 光通信投资机会解析（第一弹） ： 涨价预期带来光纤光缆短期机会， 推 荐细分行业龙头和次新通信行业 市场快评2016-03-10 本报告是业内首篇对光通信上游光芯片、器件、模组进行系统性研究的报告。行业景气受 益光纤到户、数据中心、5G 等诸方需求驱动，我国光通信产业虽整体实力领先，但发展极 不均衡，上游核心器件、高端芯片缺失，成为“阿喀琉斯之踵”。可以预见的是，后续政策 配套和产业基金扶持力度将会加大，带来我国光芯片、核心器件的战略地位提升，未来产 业升级和进口替代将为上游产业带来数倍增长空间。 多因素叠加多因素叠加驱动驱动光通信光通信景气景气持续持续，然我国然我国产业链产业链极极不均衡不均衡。光通信已成现代通信 业支柱，流量爆发、光纤到户、数据中心、4.5G/5G 等多因素叠加，行业景气度 持续。但产业链发展极不均衡，2015 年我国光纤产能占全球 55%，光网络设备 占比 45%，但上游光器件、模组占比不足 10%，且集中在中低端，高端器件和芯 片缺失，暴露我国光通信产业短板。 光模块需求快速增长， 光芯片能力成为制约。光模块需求快速增长， 光芯片能力成为制约。 光模块广泛应用于通信和数通领域， 数据中心和 5G 成为未来 3-5 年需求增长主要驱动力。光芯片占据光模块价值链 中主要部分，高端光模块中芯片占比高达 70%，芯片能力决定产业链地位及盈利 能力。我国高端光芯片受制制备能力，目前短距离 10G 光芯片已成熟，但长距离 10G/25G 光芯片仍待突破。 硅光子技术引发硅光子技术引发光电子行业变革光电子行业变革，是是未来未来集成电路集成电路和光电子和光电子融合方向。融合方向。随着微处 理芯片由单核、单线程向片内多核网络体系发展，光互连替代电互联成为趋势， 硅光子技术能够极大缩减信息在器件之间的传输时间，并大幅提升传输速率。而 光电子芯片则可通过硅光子技术大幅节省成本。近年巨头抢滩布局硅光，包括华 为、思科等系统集成商，Intel 等集成电路企业，以及 Acacia、Luxtera、光迅科 技等光电子企业，我们预计硅光子市场有望在 2018 年迎来爆发。 高端光芯片高端光芯片成我国光通信成我国光通信“阿喀琉斯之踵阿喀琉斯之踵”，产业升级势在必行。，产业升级势在必行。高端芯片缺失使 我国主设备商对外依赖严重，而中兴、华为频遭美国调查使供应链风险浮出水面。 我们判断，后续受益政策及产业基金扶持、设备商纵向一体化布局，以及光器件/ 芯片企业研发加大及外延布局，产业升级和进口替代将带来数倍增长空间。 投资建议：投资建议：重点看好三类企业：1）产业配套完善，综合能力突出，如光迅科技、 海信宽带；2）细分市场卡位，如天孚通信、中际装备；3）打造纵向一体化能力 的光通信主设备商，如烽火通信、中兴通讯。 强烈推荐：强烈推荐：光迅科技、烽火通信、中兴通讯、天孚通信光迅科技、烽火通信、中兴通讯、天孚通信；建议关注：；建议关注：新易盛、中新易盛、中 际装备、际装备、特发信息特发信息。 风险提示：光通信行业景气度下降、数据中心建设放缓、国产芯片研发不及预期风险提示：光通信行业景气度下降、数据中心建设放缓、国产芯片研发不及预期 周炎周炎 S1090513070008 王林王林 S1090514080005 研究助理 余俊余俊 重点公司主要财务指标重点公司主要财务指标 资料来源：公司数据、招商证券 股价股价 15EPS 16EPS 17EPS 16PE 17PE PB 评级评级 光迅科技 83.85 1.16 1.62 2.27 51.8 36.9 6.4 强烈推荐-A 烽火通信 28.80 0.64 0.86 1.16 33.5 24.8 4.3 强烈推荐-A 中兴通讯 14.75 0.77 0.93 1.16 15.9 12.8 2.0 强烈推荐-A 中际装备 12.35 0.03 0.46 0.55 26.7 22.6 6.3 强烈推荐-A 天孚通信 38.80 0.56 0.67 0.88 57.9 44.1 10.2 强烈推荐-A 特发信息 30.59 0.33 0.69 0.90 44.5 34.0 6.0 审慎推荐-A -20 -10 0 10 20 30 40 50 Sep/15Jan/16May/16Aug/16 (%) 通信设备 沪深300 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 2 正文目录 有别于市场的观点 . 6 一、多因素叠加，推动光通信景气持续增长 7 1、光通信是现代通信的支柱产业 7 2、多因素推动光通信行业持续增长 9 3、中兴、华为频遭审查，凸显我国上游薄弱，产业亟待升级 17 二、产业链成熟度不一，布局上游，产业升级成趋势 . 18 1、全球光通信产业链梳理 . 18 2、光通信上下游产业链成熟度不一 19 3、光通信上游并购重组频发，垂直一体化整合是趋势 . 22 三、光芯片是冠上明珠，受益光模块需求景气 25 1、光芯片是光通信皇冠上的明珠，高端器件体现核心竞争力 25 2、光模块景气向上，带动上游芯片、核心器件需求 . 31 四、硅光子技术带来光电子行业变革 39 1、硅光子代表光电子和集成电路的融合趋势 39 2、硅光子技术快速发展，巨头抢滩布局 . 41 3、典型企业分析：美国新兴硅光子企业Acacia 43 五、布局光芯片，我国产业升级势在必行 . 46 1、中国光通信产业总体发展迅速，受益政策推动 46 2、国内光通信快速发展难掩产业链发展不均衡的事实 . 47 3、高端光芯片已成为我国光通信产业发展的“阿喀琉斯之踵” . 50 4、产业基金、政策推动，利好光芯片产业向中高端发展 . 52 六、投资建议 . 53 烽火通信 600498.SH 56 光迅科技 002281.SZ 57 中兴通讯 000063.SZ 58 天孚通信 300394.SZ 59 中际装备 300308.SZ 59 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 3 图表目录 图 1：电磁波谱及光纤通信的工作波长 7 图 2：非波分复用系统和波分复用系统对比图 . 8 图 3：光通信系统构成 . 9 图 4：光通信系统实现电路 9 图 5：光缆线路长度每年增量以及总量的同比增长率 10 图 6：中国手机网民规模 . 11 图 7：移动互联网接入流量计同比增长率 11 图 8：OTN 在城域传输网中的应用 . 11 图 9：全球宽带用户总数（单位：百万） 13 图 10：不同宽带接入技术占比 13 图 11：全球 IDC 市场规模（亿美元） . 13 图 12：中国 IDC 市场规模（亿元） 13 图 13：2019 年全球通信网络流量分布 . 14 图 14：交换机-交换机，服务器-交换机速率不断提升 . 14 图 15：数据中心光互联链路框图 15 图 16：全球数据中心内部光模块需求（百万个） . 15 图 17：三大运营商 4G 基站总数（万个）. 16 图 18：不同技术下单基站光模块的需求 17 图 19：光通信产业链. 18 图 20：2013 年全球光通信各细分行业占比 18 图 21：2011-2015 年全球光纤需求量（百万芯公里） 19 图 22：光纤光缆产业链不同环节利润占比 20 图 23：我国进口光棒和国产光棒用量对比图（吨） . 20 图 24：中国光传输设备行业销售收入（亿元） . 20 图 25：中国光传输设备行业利润规模（亿元） . 20 图 26：20142015 年全球光网络设备供应商市场市场份额占比 21 图 27：全球光器件市场规模及同比增长率（百万美元） 21 图 28：2015 年全球前十大器件厂商市场份额 . 22 图 29：近年来全球光通信行业主要并购重组事件时间轴 23 图 30：光通信设备厂商自研发核心芯片，向行业上游延伸. 24 图 31：光器件在光通信设备的成本占比 26 图 32：光芯片占光器件/模块的主要成本，越高端占比越高 26 图 33：光芯片产业链图 . 26 图 34：激光器芯片外延结构示意图 . 27 图 35：光发射芯片制备工艺简图 27 图 36：FB 激光器芯片的典型制备工艺简图 28 图 37：TO 型激光器外形及其封装结构 . 28 图 38：带制冷器的蝶形发光器件外形及封装结构 . 28 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 4 图 39：100G 光背入光式方案示意图 29 图 40：100G 侧入光式方案示意图 29 图 41：VCSEL 结构示意图 . 29 图 42：多通道 VCSEL 阵列实物图 29 图 43：DFB 激光器芯片结构示意图及实物图 . 30 图 44：远距离 100G 光模块的 10 x 10G 方案示意图 30 图 45：远距离 100G 光模块的 4 x 25G 方案示意图 . 30 图 46：SFP/SFP+模块基本功能框图 32 图 47：光模块结构图. 32 图 48：100G CFP 光模块构成 32 图 49：插拔式 TOSA、ROSA 丝印图 . 33 图 50：TOSA 制造流程 . 33 图 51：通信网络各环节对不同速率光模块的需求 . 34 图 52：不同场景下对应的光模块技术和产品 34 图 53：接入网中光模块主要应用节点 . 35 图 54：ONU 收发一体光模块结构框图 . 35 图 55：无线通信基站中使用光模块实现 BBU 和 RRU 的连接 35 图 56：光模块在数据中心中应用于不同层次的光互联 36 图 57：不同应用场景的下光模块从芯片到模块的集成图 36 图 58：2015 年全球光模块市场规模（百万美元） . 37 图 59：40G/100G/200G 光模块需求（百万美元） . 37 图 60：光模块进口与出口额（亿美元） 38 图 61：40G/100G/200G 光模块需求（百万美元） . 38 图 62：180nm 工艺下集成电路中功耗分布 . 39 图 63：传统电互连与光互连对比 39 图 64：从电互连到光互连转变的速率要求 40 图 65：硅光子技术实现芯片之间光互联 40 图 66：硅光市场 2013-2024 年市场规模及增长率（百万美元） 40 图 67：IBM 研制出的第一个完整的单片硅光子芯片 . 42 图 68：Intel 利用混合集成技术制造硅基光源 42 图 69：越来越多的企业进入硅光子领域 42 图 70：Acacia 的产品布局 43 图 71：Acacia 营收及净利 44 图 72：Acacia 毛利率及净利率变化 44 图 73：ACACIA COMMUNICATIONS 走势图 . 44 图 74：全球光通信发展主要集中区域 . 46 图 75：我国光通信产业集群分布 47 图 76：全球主要光网络设备收入及增速（亿元） . 49 图 77：全球主要光纤光缆厂商收入及增速（亿元） . 49 图 78：全球主要光器件/模块厂商收入及增速（亿元） . 49 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 5 图 79：我国在全球主设备市场占据较高份额 50 图 80：10G/40G/100G 全球光模块市场（亿美元） . 51 图 81：100G 光模块成本不断降低 51 图 82：光通信产业链不同环节研发费率（2015 年） 52 图 83：光芯片/器件供应商研发费率（2015 年） 52 图 84：光通信产业链及投资图谱 52 图 85：通信行业历史PEBand . 55 图 86：通信行业历史PBBand . 55 表 1：三大运营商 100G 设备集采一览表 . 12 表 2：近年来全球光通信行业主要并购重组事件 23 表 3：常见半导体光有源器件（含发射和接收） 25 表 4：主要的半导体激光器芯片 . 31 表 5：关键光芯片国内外差距 . 31 表 6：几种不同材料光芯片对比 . 41 表 7：近年来硅光子领域相关事件汇总 . 43 表 8：几大光通信公司动态估值（2016 年 9 月 25 日） . 45 表 9：2013 年以来我国关于光通信行业发展的政策 . 46 表 10：我国光通信产业梳理 . 48 表 11：上游公司主营及主要客户举例 50 表 12：光通信推荐关注公司 . 54 表 13：光通信行业公司估值对比表（9 月 25 日，Wind 数据） . 55 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 6 有别于市场的观点 1、对光通信上游模组、器件、芯片的景气持续性预期不足 光纤光缆印证光通信行业景气，需求拉动中游、上游增长，但我们认为，市场还是低估 了光通信的行业景气周期， 并且光通信上游光器件、 模组、 芯片的景气周期持续性更强。 当前运营商骨干网、城域网全面向 100G OTN 升级，光纤入户全面普及，近三年数据 中心的大规模建设， 以及 2018 年即将启动的 4.5G/5G 建设将拉动新一轮运营商投资周 期，多因素叠加共振，将推动上游器件、光模块、光芯片的需求增长，并且无论从数量 还是速率上都会有充分体现。 2、对产业升级带来的成长空间估计不足 市场对我国光电子产业升级的空间估计不足。在光通信产业链中，光器件模组是国产市 占率最低的领域，对比光纤光缆 55%的市占率、光设备 45%以上的市占率，上游光器 件/模块的市占率尚不足 10%，并且主要集中在中低端，与我国在光通信领域的领先地 位严重不符。因此，若国内上游企业能够实现产业升级，则必然会带来供应链向国内转 移，并实现进口替代，由此给光器件/模组企业带来至少 4-5 倍的市场空间。 3、对硅光子技术升级对产业链带来的影响预计不足 市场对于硅光子技术带来的颠覆性影响估计不足。硅光子技术将引发光电子行业变革， 是未来集成电路和光电子融合方向，随着微处理芯片由单核、单线程向片内多核网络体 系发展，光互连替代电互联成为趋势，硅光子技术能够极大缩减信息在器件之间的传输 时间，并大幅提升传输速率。同时，硅光子技术将帮助光电子行业沿着摩尔定律不断发 展， 实现成本的大幅节省。 近年来进入硅光子行业的公司明显增加， 巨头抢滩布局明显， 包括华为、思科、Intel、IBM 等行业巨头，以及 Acacia、Luxtera、光迅科技等光电子 企业，我们预计硅光子市场有望在 2018 年迎来爆发。 4、对我国政策支持力度以及未来光电子产业地位预期不足 市场对于我国光电子产业的市场地位估计不足，从而会影响到对政策扶持力度的预判。 光电子芯片是整个光通信产业中皇冠上的明珠，高端芯片缺失使我国主设备商对外依赖严 重，并且，中兴被美国商务部禁止进口事件更是使我国光通信供应链的风险浮出水面。我 们判断，在国家大力推动自主创新的背景下，未来对光电子产业的扶持力度将会加大， 各类产业基金配套有望落地，对光电子产业将会产生类似半导体集成电路的行业影响。 5、对未来光电子领域的并购整合预期不足 相比下游设备集成，上游光器件、模块、芯片的市场集中度较低，为产业整合提供可能 性， 且光芯片、 核心器件的战略意义为产业整合提供必要性。 目前， 国外并购整合频发， 但国内企业的整合还处于初级阶段，我们预计，随着产业基金的进入，主设备商纵向一 体化能力的打造，以及国内光器件上市公司产业升级的需求，将会带来行业并购整合的 加剧，并且，上游核心光器件和光芯片以及硅光子技术将是产业整合的重点方向。 风险提示：风险提示：光通信行业景气度下降、数据中心建设放缓、国产芯片研发不及预期光通信行业景气度下降、数据中心建设放缓、国产芯片研发不及预期。 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 7 一、多因素叠加，推动光通信景气持续增长 1、光通信是现代通信的支柱产业 光通信广义上的分类包括大气激光通信、蓝绿光通信、红外线通信、紫外线通信和光纤 通信，我们常常提到的光通信的概念多指光纤通信。光纤通信是指以石英光纤作为传输 媒介，以光作为信息载体的通信方式，工作范围在近红外区域，对应波长区域是 800nm1800nm。经过几十年的发展，光纤通信已经成为现代通信的主要支柱之一， 在现代通信网中起着举足轻重的作用（为了便于描述，后文中如未做特殊说明，我们所 知的光通信都是指光纤通信） 。 图图 1：电磁波谱及光纤通信的工作波长：电磁波谱及光纤通信的工作波长 资料来源： 光纤通信系统 、招商证券整理 光通信系统的发展缘起于光纤的发明和激光光源的诞生， 之后随着光纤损耗不断降低和 光源体积不断减小，全球范围了掀起了发展光纤通信的高潮，光纤通信系统的技术在这 其中也经历着多次更新换代，通信容量不断提升。 其中，波分复用（WDM）技术的应用在光通信行业的发展中具有里程碑式的意义。波 分复用简称 WDM，是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光 纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术 可以同时在一根光纤传输多路信号，进而大大提升了光纤的使用效率，充分释放了光纤 带宽的潜能。 波分复用系统的优势可以简单的通过一个例子来说明：以 16 路的波分复用系统为例， 波分复用系统是将 16 个不同波长的单纤单信道系统，按照波分复用的方式复用成一个 单纤多信道系统。 具有相同功能的传统光纤传输系统， 即每个单波长的单纤单信道系统， 信号传输 360km。对于 16 个信道的传统系统而言，共需要 16 x 40km =640km 光纤； 而具有相同功能的波分复用系统，由于多束光波共用一条光纤，其使用的光纤数量将是 传统系统的 1/16，因此在系统设备维护、管理及成本方面极大的简化和节省。 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 8 图图 2：非波分复用系统：非波分复用系统和波分复用系统对比图和波分复用系统对比图 资料来源：招商证券整理 目前，光通信已经形成整体产业链布局，并伴随着信息时代的不断发展而逐渐壮大。与 以同轴电缆、双绞线为传输媒介的通信方式相比，光通信主要具有以下 3 大特点： 频带宽、通信容量大频带宽、通信容量大：光通信使用的光波的频率为 10141015Hz 数量级，比常用的 微波频率高 104105倍。从理论上来讲，一根仅有头发丝粗细的光纤就可以同时传 输话路数 100 亿路，比传统的明显、同轴电缆、微波高出几十万甚至数百万倍。 低损耗、中继距离长低损耗、中继距离长：由于光纤具有极低的损耗系数，若配以适当的光发送、光接 收设备以及光放大器，可使其再生中继距离达数百千米以上甚至数千千米。 这是传 统的电缆（1.5km） 、微波（50km）所难以达到的。 抗电磁干扰抗电磁干扰： 自然界中对通信的各种干扰源比比皆是， 现有电通信尽管采用了各种 措施， 但是都难以满意的解决电磁干扰的问题。 由于光纤由电绝缘的石英材料制成， 所以光通信线路不受电磁干扰的影响， 从根本上解决了电通信系统多年来困扰人们 的问题。 以上原因使得光通信技术在通信、交通、工业、医疗、教育等领域得到广泛应用，并逐 步向更深层次发展。 在通信领域，光通信网络可以分为三个层次，一是远距离的长途干线网；二是城域网； 三是接入网。目前，长途干线网和城域网已经实现了光纤化，并逐步向接入网下沉。 一个典型的光通信系统由电端机、光发送机、光纤光缆、中继站和光接收机电端机、光发送机、光纤光缆、中继站和光接收机五大部分组 成： 电端机电端机：作用是对来自信号源的信号进行处理，如模/数变化、多路复用处理，其 一般是电通信设备。 光发送机光发送机： 作用是把输入信号转换为光信号， 并用耦合技术把光信号注入光纤线路。 光发射机光发射机：由光源、驱动器和调制器组成，光源是其核心。光纤光缆作为光信号传 输线路， 其作用是把来自发送机的光信号以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。 中继器中继器：经过长距离光纤衰减和畸变的微弱光信号经放大、整形、再生成一定强度 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 9 的光信号，继续送向前方以保证良好的通信质量。 光接收机光接收机： 作用是把从光纤线路输出、 产生畸变和衰减的微弱光信号转化为电信号， 并经过放大和后处理后恢复成发射前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相 关电路组成，光检测器是核心。 图图 3：光通信光通信系统构成系统构成 资料来源：招商证券整理 图图 4：光通信光通信系统系统实现电路实现电路 资料来源：招商证券整理 2、多因素推动光通信行业持续增长 过去 1020 年， 光通信行业经历了多个发展阶段， 每一个阶段的驱动因素都有所不同。 以我国为例，从 2000 年至今，光通信行业历经了两次大的发展时期，目前正处于第三 个发展阶段。 第一个发展时期（2001 年2004 年） ：2001 年原电信拆分带来了多元竞争局面， 各运营商为了在竞争中处于有利地位， 纷纷加快了以 10G DWDM 技术为主的骨干 网建设，并由此带动了光通信细分子领域光纤光缆市场的增长。 第二个发展时期（2007 年2011 年） ：这段时期光通信行业的发展主要受益于运营 商 3G 移动网络的建设，以及电信、联通的骨干网络向 40G DWDM/OTN 升级。 第三个发展时期（2012 年至今） ：现阶段光通信行业的发展主要受 3 大因素的推 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 10 动，分别是运营商骨干网、城域网向 100G OTN 升级，4G 移动网络建设，数据中 心建设，未来还将受益 4.5G/5G 升级。 图图 5：光缆线路长度每年增量以及总量的同比增长率：光缆线路长度每年增量以及总量的同比增长率 资料来源：国家统计局、招商证券整理 1）流量爆发推动骨干网和城域网向 100G OTN 升级 纵观通信行业的发展历史，带宽增加、传输速率提高似乎是行业发展永恒的主题。以光 纤网络为代表的基础网络支撑了以互联网为代表的应用层的发展， 而后者在快速迭代下 产生的庞大网络流量又促使原有网络的不断升级，两者相辅相成，犹如 DNA 分子一样 呈现双螺旋结构，推动彼此不断前行。 目前，网络流量的迅猛增长使得光纤网络面临再次升级，并带来光通信行业的发展。移 动宽带方面，手机网民规模的不断扩大，4G 技术的大力推广使得移动互联网的流量迎 来了快速的增长。2015 年底，我国移动互联网接入流量消费达 41.87 亿 GHz，同比增 长 103%，增速比前一年提高 40 个百分点。在固定宽带方面，互联网转向以内容为中 心发展，而内容的呈现方式由过去的以文字和图片为主，升级为以视频为主。此外，以 乐视为代表的互联网 OTT 内容提供商为提高用户体验开始大力推进超清 4K 内容的制 作。 以上因素带来的流量激增，使得我国原有网络的带宽难以满足要求，并且易产生网络拥 堵。在此背景下，原有光纤网络亟需向 100G 甚至更高速率的光网络的升级。 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 11 图图 6：中国手机网民规模：中国手机网民规模 图图 7：移动互联网接入流量计同比增长率：移动互联网接入流量计同比增长率 资料来源：CNNIC、招商证券整理 资料来源：工信部、招商证券整理 在骨干网、 城域网建设中， OTN 正在成为运营商建网的主流设备。 OTN 全称光传输网， 是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，其主要优点是完全向后兼容，并 可以建立在现有的 SONET/SDH 管理功能基础上，不仅提供了存在的通信协议的完全 透明，而且还为 WDM 提供端到端的连接和组网能力，为 ROADM 提供光层互联的规 范，并补充了子波长汇聚和疏导能力。 OTN 的应用场景包括国家干线光传送网、省内/区域干线光传送网、城域/本地光传送网 以及专有网络的建设。以城域网为例，在城域网核心层，OTN 光传送网可以实现城域 汇聚路由器、本地网 C4（区/县中心）汇聚路由器与城域核心路由器之间大颗粒宽带业 务的传送。 图图 8：OTN 在城域传输网中的应用在城域传输网中的应用 资料来源：招商证券整理 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 2012.06 2012.12 2013.06 2013.12 2014.06 2014.12 2015.06 2015.12 2016.06 手机网民规模（万人）手机网民规模（万人） 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 0 10 20 30 40 50 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 移动互联网接入流量（亿移动互联网接入流量（亿G) 同比增长率同比增长率 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 12 自 2013 年以来，三大运营商开始了大规模 100G 系统的集采，正式拉开了网络升级的 序幕。中国电信一次采购了 3000 块 100G 板卡，而中国移动在年底的第三次采购规模 则是中国电信集采规模的近 3 倍。运营商借助此次大规模采购，将陆续实现原有 10G/40G 网络向 100G 网络的全面升级，如今，骨干网和城域网建设已经以 100G 设 备为主。 表表 1：三大运营商：三大运营商 100G 设备集采一览表设备集采一览表 中国移动中国移动 中国电信中国电信 中国联通中国联通 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段 第三阶段第三阶段 集采规模 超过 1500 块板卡 各类端口 1338 个 8500 块板卡 近 3000 块板卡 / 系统类型 100G OTN 系 统 10G OTN 系统 40G OTN 系统 / /100G OTN 系 统 100G DWDM/OTN 系 统 100G WDM 系统 100G OTN 系统 资料来源：C114、招商证券整理 2）接入网光进铜退为光通信行业发展添加新动力 接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里，因而 被形象地成为“最后一公里” 。由于骨干网一般采用光纤网络，传输速度快，随着流量 的爆发，接入网逐渐成为了整个网络系统的瓶颈。 宽带有线接入网技术主要包括： 基于双绞线的 ADSL 技术、 基于 HFC 的 Cable Modem 技术和光纤接入技术。光纤接入技术与其他技术相比，最大的优势在于可用带宽大，以 Google Fiber 为例，其采用光纤接入方式，能够为用户提供高达 1Gbps 的上网服务。 与此相比，ADSL 接入方式理论上的上行速率为 1Mbps，下行速率为 8Mbps。 正是基于以上优势，光纤接入成为运营商解决“最后一公里”问题的技术手段。目前， 我国三大运营商、民营运营商鹏博士，以及全球领先运行商如 Verizon、NTT DoCoMo 都已采用光纤接入的方式建设接入网。根据 Point Topic 调查统计，截至 2015 年底，全 球固定宽带接入用户数已达到 7.51 亿，并且，使用铜线接入技术用户的占比正逐步下 降，相比之下，使用光接入技术（FTTH 和 FTTx）的用户呈现快速增长。 此外，当前正处于 10G PON 规模部署前夜。运营商 2016 年加速开展 4K 视频业务， 4K 视频的接入带宽为 30M-100M，平均为 45M，而中国平均接入带宽仅为 10M。受 4K 视频等高带宽业务的驱动，2016 年中国联通开始加快超宽光网建设与 10G PON 的 规模部署，联通表示在接入网领域，FTTB 场景将一律采用 10G PON 技术，FTTH 场 景下，原则上以 1G PON 为主，针对推广百兆、千兆接入以及 4K 业务发展迅猛区域， 试点 10G PON 的 FTTH 建设。 据我们了解， 明年三大运营商对10G PON的集采规模将会有大幅度的提升， 尤其联通、 电信预计会占到接入网集采的 20%左右。 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 13 图图 9：全球：全球宽带用户总数宽带用户总数（百万百万户户） 图图 10：不同宽带接入技术占比：不同宽带接入技术占比 资料来源：Point Topic、招商证券 资料来源：Point Topic、招商证券 3）数据中心建设是推动光通信产业新的增长极 计算技术创新驱动带动数据存储规模、计算能力以及网络流量的大幅增加，极大地推动 了以高速路由器、超级计算和存储为核心的高性能超算中心（HPC）和数据中心市场的 发展。全球范围内，尤其是亚太地区云计算的发展，拉动新一代基础设施建设进入加速 期。 2015 年，全球数据中心市场规模达到 384.6 亿美元，同比增长 17.3%。在我国，互联 网市场快速增长带来的刚性需求直接带动了 IDC 市场的快速增长，其中以视频、手游 为代表的大流量应用的迅速发展又进一步的刺激了 IDC 市场规模的扩展。2015 年至 2018 年， 数据中心将会保持 35%左右的建成面积增长。 根据中国 IDC 圈预测， 到 2017 年，中国 IDC 市场规模将超过 900 亿元。 图图 11：全球：全球 IDC 市场规模（亿美元）市场规模（亿美元） 图图 12：中国：中国 IDC 市场规模（亿元）市场规模（亿元） 资料来源：中国 IDC 圈、招商证券整理 资料来源：中国 IDC 圈、招商证券整理 在数据中心内部，成千上万台服务器通过网络连接起来，像一台巨大的超级计算机一样 协同一致地工作。根据Cisco 全球云计算指数白皮书 ，到 2019 年，全球通信网络流 量的 99%是和数据中心相关的，其中，数据中心内部的网络流量占到全部流量的 70% 以上。 680 690 700 710 720 730 740 750 760 2014Q3 2014Q4 2015Q1 2015Q2 2015Q3 2015Q4 全球宽带用户总数全球宽带用户总数 0% 20% 40% 60% 80% 100% 2014Q42015Q12015Q22015Q32015Q4 CableCopperFTTHFTTx 0% 5% 10% 15% 20% 25% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 市场规模市场规模 同比增长率同比增长率 0% 10% 20% 30% 40% 50% 0 200 400 600 800 1000 201220122014201520162017 市场规模市场规模 增长率增长率 2011 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 14 图图 13：2019 年全球通信网络流量分布年全球通信网络流量分布 资料来源：互联网资料、招商证券整理 云计算的实体就是数据中心的集群，相比传统的通信网络，数据中心更加扁平化，更加 强调应用。应用的大发展正带来流量高速增长，并且，随着网络速率的不断提高，光通 信技术在数据中心得到大量的使用。在数据中心网络中，几乎每个连接都采用了光通信 技术， 比如， 数据中心内部距离几米的服务器和交换机之间的连接就用到了光互连技术， 并且，光模块已经成为数据中心中应用最广的一类产品，一个中型数据中心里的服务器 设备成千上万台，要实现这些设备的全部互联，至少要耗费数以千计的光模块，同时， 服务器接口正在从 1G 向 10G 升级，而汇聚交换机则从 10G 到 40G/100G 升级。 并且，Heavy Reading 近期报告指出，随着数据中心中 100G 连接成本的下滑、每个 机架输入/ 输出带宽需求的增长， 及新一代器件技术的面世， 明后两年 （2017-2018 年） 400G 光通信有望实现商用。现阶段有大约 20 家厂商已经推出的 400G 产品包括，光 器件、光模块、相干和 PAM4/NRZ 收发器组件、OTN 处理器和 FPGA 等。Heavy Reading 还认为，在新一代相干和 PAM4/NRZ 光收发器、光传输网络处理器和 FPGA 的驱动下，数据中心应用将成为 400G 需求显著上升的催化剂，并且，预测未来每机 架服务器输入输出带宽将接近 5 Tbps。 图图 14：交换机：交换机-交换机，服务器交换机，服务器-交换机速率不断提升交换机速率不断提升 资料来源：互联网资料、招商证券整理 72.40% 18.10% 8.50% 1.00% 数据中心内部数据中心内部 数据中心数据中心用户用户 数据中心数据中心-数据中心数据中心 非数据中心非数据中心 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 15 技术上，数据中心内部一般采用平行链路来提高互联速率。例如，对于 40Gbit/s 和 100Gbit/s，采用 4 条平行通道，即 4 x 10Gbit/s 和 4 x 25 Gbit/s。这 4 条平行通道可以 是 4 根光纤或 4 个波长。在发射端，信号被分成平行的几路通道，经驱动电路放大后， 驱动激光器阵列 （对于采用外调制器的方案， 信号驱动调制器阵列） ， 信号经过 “电-光” 转换后， 耦合进光纤， 再传送到接收端。 在接收端， 光信号经探测器阵列转换成电信号， 再经接收机电路处理后送到信号目的地。 图图 15：数据中心光互联链路框图：数据中心光互联链路框图 资料来源：互联网资料、招商证券整理 根据 Light Counting 预测，数据中心对应的光模块市场需求快速增长，其增速未来达到 30%-50%，2014 年市场规模 16 亿美元，至 2021 年预计达到 49 亿美元。数量上，过 去 5 年，10GbE SFP+（封装-热插拔小封装模块，目前最高速率可达 10.3G，接口为 LC）光模块全球销量超过 4000 万只，而至 2019 年，销量会超过 5000 万只，大型数 据中心的采购会占到 30%，到 2021 年更占到 50%。并且，随着大规模数据中心集群 的建设和流量爆发， 传输速率快速迭代升级， 逐渐由 10G/25G 向 40G/100G 过渡， 100G 正在成为主流。 图图 16：全球数据中心内部光模块需求（百万个）：全球数据中心内部光模块需求（百万个） 料来源：OVUM、招商证券整理 4）4G 建设步入中后期，4.5G/5G 发展有望成为新引擎 近年来在“宽带中国”战略的推动下，中国三大运营商大力建设 4G 网络，4G 基站多 采用 BBU+RRU 的模式，两者通过光纤相连并借助光模块进行光电信号的转换，因此 4G 网络建设成为光模块需求增长的快速驱动因素。 目前，从整体来看中国移动 4G 建设的高峰期已经过去，2015 年中国移动基站建设较 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 16 2014 年同比增长 52.7%，建设进入中后期，开始着重发展 4G 用户。与此相比，中国 电信和中国联通开始发力 4G 建设，2015 年中国电信 4G 基站总数达 51 万个，同比增 长 325%；中国联通 4G 基站总数达 39.9 万个，同比增长 329%。进入 2016 年，根据 运营商公布的中报数据，移动 4G 基站数已达 132 万个，电信 61 万个，联通 59 万个， 4G 基站建设速度有所放缓。 图图 17：三大运营商：三大运营商 4G 基站总数（万个）基站总数（万个） 资料来源：公司年报、招商证券整理 虽然 4G 基站建设的高峰期已经过去，但是无线通信技术的快速发展使得 5G 离我们越 来越近。与 4G 基站相比，5G 基站的信号覆盖范围进一步减小，这将使得 5G 基站的 总数超过 4G 基站总数，达到同样覆盖效果的密度更高。截止今年截止今年 8 月，国内三大运营月，国内三大运营 商商 4G 基站总数达基站总数达 250 万个，预计未来万个，预计未来 5G 基站数将超过基站数将超过 1000 万个，这将从数量上带万个，这将从数量上带 来光模块需求的激增。来光模块需求的激增。此外，与 4G 技术相比，5G 的数据传输速率是 4G 的 10100 倍，这意味着假设在光模块速率保持不变的情况下（目前 4G 基站回传网中主要采用的 是 6G 和 10G 速率的光模块） ，单个基站使用单个基站使用的光模块的个数将的光模块的个数将大幅大幅提升提升。并且，未来 5G 基站建设的高密度、 小型化是趋势， 可以预想采用 FTTx 的网络支持回传， 带动 10G PON/WDM-PON 在 5G 回传网的需求。因此，我们预计未来 5G 商用化将为光通信产 业添加新的增长动力。 我们简单用一个公式表示我们简单用一个公式表示 5G 下光模块的需求：光模块需求（下光模块的需求：光模块需求（F）=基站数（基站数（m）*单基单基 站模块需求（站模块需求（n） 。） 。在 5G 时代，相比 4G，m 和 n 都会有显著的提升，因此，我们认为， 5G 建设周期下，光模块会成为 5G 产业链中弹性最大的细分行业之一。 我们做个直观的比较：一个 3G 基站，需要 2 个光模块，分别负责收发，LTE 基站需要 6 个模块，并且主要是 6G、10G 光模块为主，5G 基站，如果是以 10G 光模块测算， 单站需要 20 个以上光模块，如果按 25G 测算，对应 8-10 个光模块，成数倍增长。早 在 2014 年 LTE 规模建设期间，Light Counting 预计，2014 年 LTE 光模块销量达 1400 万只，总值达 5.3 亿美元，与接入网 FTTX 的市场持平，未来三年，4.5G/5G 建设将会 带来光模块需求新一轮激增。 72 110 140 12 51 80 9.3 39.9 60 0 50 100 150 200 250 300 2014年年 2015年年 2016年计划年计划 中国移动中国移动 中国电信中国电信 中国联通中国联通 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 17 图图 18：不同技：不同技术下单基站光模块的需求术下单基站光模块的需求 资料来源：招商证券整理 3、中兴、华为频遭审查，凸显我国上游薄弱，产业亟待升级 2016 年 3 月 8 日，美国商务部计划对国产电信设备制造商中兴通讯实施出口限制，原 因是兴涉嫌违反美国对伊朗的出口管制政策， 未来美国供应商在向中兴通讯出口任何货 物前，均需向美商务部申请许可。同年 6 月 2 日，美国商务部传唤华为公司，要求其提 交与伊朗、朝鲜，以及其他禁运国有关的全部出口数据。此次传唤是华盛顿方面调查华 为是否违反美国出口法律行动中的一部分。美国一直规定，若公司产品中美国技术的占 比超过一定比例，则不得向伊朗、朝鲜、叙利亚、苏丹以及古巴等禁运国出口。此次调 查中如果发现华为对上述几国的出口违反了美国的政策， 美国有可能限制华为获得关键 的美制零部件的途径。 中兴、华为事件凸显国内光通信产业上游核心芯片和关键器件的缺失，以及我国通信设 备产业大而不强，底子不厚的真实现状。以基站为例，虽然华为、中兴已位居全球通信 主设备市场前四，但是除了几颗数字基带芯片是自产，通信链路上的 RF、PLL、 ADC/DAC 乃至外围测量电源电压的西片都是来自国外。虽然整机厂，通过自产基带芯 片掌握核心算法，但是无法解决被国外芯片和器件商“卡脖子”的问题。光传输、数据 通信的领域的高端产品同样受到国外掣肘，此次针对中兴的贸易禁令，光器件特别是 40G、 100G 等中高端产品的供应商均来自国外， 包括 Finisar、 JDSU、 Oclaro、 Avago、 Fujitsu 等，国内企业只有光迅科技、华工科技、华为海思等少数企业处于追赶的角色。 从大国科技博弈的角度，这无疑将提升我国上游芯片、核心器件的战略地位，提高国产 器件的供应比例，加速进口替代进程。 2 6 24 0 5 10 15 20 25 30 3G4G5G 单基站光模块需求 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 18 二、产业链成熟度不一，布局上游，产业升级成趋势 1、全球光通信产业链梳理 全球光通信产业链中，光芯片厂商和光纤预制棒生产厂位于行业上游，他们将产品分别 卖给同样位于行业上游的光器件与模块厂商和光纤光缆制造商。 光通信系统设备集成厂 商集成从上游购买的光模块，最终将通信设备卖给电信运营商，从而由其搭建完整的通 信网络为消费者提供各种电信服务。 终端消费者的电信需求是光通信产业发展的根本动 力，整个产业链目前主要由下游电信运营商来主导，但是未来以数据中心为代表的数据 通信业务将在光通信产业中占据越来越重要的位置。 图图 19：光通信产业链：光通信产业链 资料来源：招商证券整理 数据显示， 2013 年全球光通信市场产值达到近 352 亿美元的规模。 其中， 光器件占 19%、 光纤光缆占 39%、光通信设备占 42%。光模块器件无论在接入网、骨干网还是城域网 的光通信设备中的成本占比都超过 30%。 图图 20：2013 年全球光通信各细分行业占比年全球光通信各细分行业占比 资料来源：产业信息网、招商证券整理 42% 19% 39% 光通信设备 光模块器件 光纤光缆 行业研究行业研究 敬请阅读末页的重要说明 Page 19 2、光通信上下游产业链成熟度不一 1）光纤光缆国产化程度高 光纤光缆生产商同样处于行业上游，他们接受电信运营商的订单，将光纤预制棒拉制成 光纤铺设光纤通信网络。2015 年，全球光纤光缆需求量在中国市场的强力驱动下涨幅 超过 10%，达到了约 3.52 亿芯公里。市场规模也由 2010 年的 60 亿美元增长至 2015 年的 100 亿美元。未来，随着宽带网络光纤化在全球范围内持续推进，光纤光缆市场仍 将持续稳定的增长。 图图 21：2011-2015 年全球光纤需求量年全球光纤需求量（百万芯公里）（百万芯公