通信行业专题分析

通信行业专题分析1、800G时代已来，高景气周期开启1.1、光模块：由产品升级驱动的周期成长性行业光模块是光纤通信中的核心组成部分，实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能。光模块工作在OSI模型的物理层，主要由光电子器件（光发射器、光接收器）、功能电路和光接口等部分组成，主要作用是实现光纤通信中的光电转换和电光转换功能。光芯片是光模块的核心元件，基于激光的受激辐射原理完成光电转换功能：处于基态（稳态）的原子在外来辐射光（由电/光泵浦源产生）作用下先受激吸收跃迁到高能级（不稳态），再通过合适的能级系统形成粒子数反转，跃迁到基态，实现受激辐射，发出光子和外来光子的频率、传播方向、偏振、相位等均相同，从而产生窄谱宽、高功率、强定向性的激光。光模块处于产业链中游，上游是光芯片与光器件厂商，下游主要应用于电信市场和数通市场。目前光芯片与光器件国产化程度较低，国内产品多为无源器件、低速率光芯片，根据ICC预测，2021年我国25G光芯片国产化率约20%，25G以上光芯片国产化率仅5%。高速率产品多为国外头部厂商如博通等垄断，因此上游光芯片成本占比较高。根据研究数据，光器件在光模块成本占比超过70%，主要来自TOSA与ROSA组件。下游主要客户包括设备商、运营商以及互联网云厂商，市场份额集中，客户议价能力较强。在上下游的挤压下，光模块行业竞争较为激烈，产品量价随产品升级周期性变动。出货量方面，新产品导入阶段出货量较少，升级中期出货量开始爆发式增长，后期成熟产品的需求逐渐下降。价格方面，产品价格以每年17%-18%的平均幅度下降，尤其是新产品出货量达到高水平后，标准化ASP通常迎来大幅下滑，根据Lightcounting统计，2018年标准化产品的价格同比下跌37%，打破了2011年创下的下跌33%的纪录。因此，我们判断光模块是典型的由产品升级驱动的周期成长性行业，判断行业景气度的关键是产品升级阶段。光模块种类多、升级快，不同应用场景对传输距离、带宽等性能有不同要求，流量高速增长带来的带宽压力驱动高速率光模块率先在数据中心部署，电信市场产品升级压力相对较小。技术成熟周期推动数通市场光模块以5年左右的升级周期迭代：2015年以前，数据中心光模块以10G、40G为主；2016年，25G、100G光模块开始部署，2019年开始大规模放量；2019年光模块进入后100G时代，上层交换机光模块速率开始向200G/400G升级。2022年，200G、400G产品大规模放量，800G光模块进入导入阶段。1.2、800G新产品周期开启，迎来行业新一轮高景气上游交换机芯片已突破：交换机芯片升级是光模块升级的基础条件，800G交换机及芯片市场技术逐渐成熟，51.2Tbps芯片已突破，800G光模块升级确定性强。回顾交换机芯片及光模块部署历程，交换机芯片升级是光模块升级部署的先行条件：2014年首款100G交换芯片（Tomahawk）送样，2016年100G交换机开始规模部署；2017年12月首款400G芯片（Tomahawk3）送样，2019年12月推出Tomahawk4（支持双倍端口和容量），2020年起200G和400G光模块开始上量。目前多款800G交换机芯片已发布，800G光模块有望开始规模部署。交换机芯片分为自研与商用两种，自研芯片中思科的SiliconOneG100交换机芯片支持25.6T交换能力，提供32个800G端口，总交换能力达25.6T，每个端口也可以拆成8×100G或者2×400G应用。商用交换芯片厂商主要包括博通、Mellanox、Barefoot和Innovium，均可提供25.6T交换芯片，其中博通的Tomahawk5和Mellanox的Spectrum-4速率高达51.2Tbps。从交换机来看，思科、新华三与Mellanox均于2022年发布800G交换机，800G光模块部署势在必行。行业标准逐渐落地，主要供应商已发布样品并具备大规模量产能力。国内外多个标准化组织竞相开展800Gbit/s的标准化工作，IEEE802.3工作组、OIF、IPEC（国际光电委员会）等组织已对800Gb/s直调直检和相干方案进行立项，启动800Gbit/s相关规范的制订工作，对800Gbit/s光模块的应用场景、接口规格等进行了定义；800GPluggableMSA已先后发布面向低成本、100m传输距离需求的8×100Gbit/sPSM8以及面向2km传输距离需求的4×200Gbit/sFR4规范；由Cisco、Broadcom、Juniper、Intel等组成的光模块MSA工作组制定了第一个800GQDFP双重密度可插拔光模块的标准，定义了800G光模块的尺寸QSFP-DD800。主要供应商已具备800G量产能力：2020年，华为即发布业界首个800G可调超高速光模块；中际旭创保持行业领先，推出800GOSFP和QSFP-DD800光模块产品线，可实现100m–2km的传输距离，2023年批量出货；新易盛等厂商也具备800G规模量产能力。800G新产品周期增长弹性大（升级路径统一）、确定性强（已批量出货）。后100G时代，全球云厂商光模块200G/400G升级路径显著分化，驱动数通市场产品周期熨平；800G产品升级路径统一，部署速度有望超过400G，光模块市场未来具有更强的升级弹性与更大的增长空间。根据MSA发布的800G光模块白皮书，TORServer层采用200GAOC时，上层需要部署800G光模块。可用性、系统成本方面，800G产品同样优于400G，可以在1U的外形尺寸中使用25.6Tbps的芯片，对外32个800Gbps端口，每比特成本将优于同等的400Gbps。根据Dell'Oro预测，800G光模块渗透速率有望高于400G，到2025年在数据中心交换机端口中将超过25%。AI需求爆发加速800G光模块布局，北美大客户已开始批量采购，新增AI大客户英伟达带来业绩新驱动，800G升级确定性强；且行业竞争格局稳定，头部厂商继续引领行业发展，光模块龙头中际旭创已率先拿到英伟达、谷歌等海外客户800G批量订单，开启量产第一年。2、AI算力底座，迎云需求共振2.1、AI浪潮催化算力需求爆发，800G光模块显著受益ChatGPT掀起AI浪潮催化算力基础设施建设，数通光模块市场迎来新一轮行业高景气。2022年11月30日，OpenAI发布ChatGPT，5天内用户突破百万大关，月访问量达2100万人次，截至2023年1月末，其月活用户已经突破1亿，远远快于其他消费级应用程序。根据SensorTower的数据，TikTok达到1亿用户用时9个月，Instagram用时30个月。WorldofEngineering的报告显示，Meta（Facebook）、Twitter、iTunes达到1亿用户的时间分别为54个月、60个月、78个月。目前AIGC仍然以文字为主，随着图片、音视频等形式的加入，将带来流量的爆发式增长。AI需要数字基础设施提供算力支持进行训练与模型优化，大模型及其应用的发展与推广进一步提升流量带宽需求，双轮驱动数通光模块市场迎来行业高景气。英伟达、谷歌、微软、亚马逊等海外巨头纷纷加码AI建设，带动配套高速光模块需求提升。随着ChatGPT在全球掀起新一轮AI大模型浪潮，以微软、Google、亚马逊为代表的科技巨头纷纷加码AI建设。①微软：2023年2月初，微软宣布旗下所有产品将全线整合ChatGPT，包括Bing搜索引擎、Office全家桶、Azure云服务、Teams聊天程序等，并于3月16日发布AI办公助手Microsoft365Copilot，搭载了目前功能最强大的AI大模型GPT-4的AI助手将接入微软全家桶产品。②谷歌：由谷歌和柏林工业大学共同打造的多模态大模型PaLM-E目前拥有5620亿参数，是全球最大的视觉语言模型；谷歌旗下两大顶级AI团队谷歌大脑与DeepMind合二为一设立GoogleDeepMind，专攻AI相关的战略级技术。③亚马逊：推出Bedrock生成式人工智能服务以及自有大型语言模型泰坦。④英伟达：AI计算领域的领导者，A100芯片仍然是唯一能够在云端实际执行任务的GPU芯片；H100已经全面投产，并部署在多家客户的云计算服务中，包括微软Azure、谷歌、甲骨文等客户的数据中心，H100配有Transformer引擎，可以专门用作处理类似ChatGPT的AI大模型，由其构建的服务器效率是A100的十倍。产业链上下游公司上调收入指引彰显信心，800G景气周期再印证。由于大型云计算公司采用ChatGPT等AI需要相关网络基础设备，博通预计将受益于AI聊天机器人热潮，公司用于AI应用的以太网设备销售额有望从去年的2亿美元上升到今年的超过8亿美元，并预测这一趋势将继续加速。Marvell公布2024财年Q1财报，一季度净营收13.2亿美元，高于此前市场预期的13.0亿元；预计二季度净营收13.30亿美元（±5%），再超市场预期，其中AI成为公司关键增长动力，2024财年AI收入预计翻番，并认为未来几年AI产业仍将带动公司继续快速增长。英伟达发布2024财年Q2财务指引，营收预期达110亿美元，较市场预期（71.8亿美元）增加53%，主要系生成式AI大语言模型驱动数据中心业务相关产品需求激增，公司“显著”增加相关产品供应并为下半年进行大量采购，数据中心需求可见度较高，预计下半年业绩维持高速增长。光模块上下游公司持续高增长，再次强化印证AI推动下的800G高景气周期。东西向流量增长驱动网络架构向叶脊结构升级，大幅提升光模块需求量及传输速率。根据思科公司预测，2021年东西向流量将占85%，其中数据中心内部的流量占71.5%，数据中心之间的流量占13.6%。叶脊架构以更低成本支持大规模网络部署，在数据中心中得到广泛应用。从光模块需求量来看，传统数据中心架构所需光模块对机柜数倍数仅8.8倍，叶脊架构下该倍数增长至44/48倍，光模块配置需求爆发式增长。从光模块速率来看，扁平化的结构利于数据中心增加机柜和服务器数量，大型化、复杂化的发展趋势催化交换机和光模块提升传输速率满足内部海量流量的互通。AI高性能计算带来算力缺口，高速率、低延时的要求推动胖树（Fat-tree）架构在数据中心网络中部署，800G光模块作为高性能计算网络核心部件，率先引领算力需求爆发。AI服务器普遍采用CPU+GPU的形式，GPU的单卡核心数能达到近千个，如配置16颗NVIDIATeslaV100TensorCore32GBGPUs的核心数可过10240个，计算性能高达每秒2千万亿次，因此对底层数据的传输速率和时延有较高要求。胖树架构上下行端口一致，每个节点上行带宽与下行带宽相等，带宽收敛比为1:1，从而有效降低数据传输时延并提高计算稳定性，在超算中心大规模部署，驱动光模块向更高速率升级。以英伟达16KGPU训练集群为例，测算单个模型对800G光模块需求弹性：服务器到TOR层分200G（A100）和400G（H100）AOC/DAC两种情况，叶交换机下行和上行均为800G光模块，脊交换机下行和上行均为800G光模块；且AI服务器整体算力负荷高于传统数据中心，带宽需求高，我们以收敛比1：1进行测算。根据我们的详细测算，800G光模块：A100GPU约为1.25：1，800G光模块：H100GPU约为2.5：1。基于下游应用角度，谷歌搜索一天访问次数35亿次，考虑谷歌访问量分布，假设35%集中在欧洲地区晚上8-9点，峰值访问量为每秒340278次访问量，平均找1000字/次，需要约17万台服务器。假设全球范围内有2个谷歌测算体量相当的大模型，使用A100芯片的系统对应光模块（含DAC）用量约613万个，传输距离为500m的DR8光模块和2km的FR8光模块（用于Leaf-Spine）用量为340万；使用H100芯片的系统对应光模块（含DAC）用量约953万个，传输距离为500m的DR8光模块和2km的FR8光模块（用于LeafSpine）用量为681万。伴随视频类交互模式出现，AI服务器需求量较文字类交互大幅提升，驱动配套高速光模块需求爆发增长，800G光模块产业链企业有望显著受益。2.2、北美云需求与AI共振，驱动数通需求高增长从资本开支来看，北美云需求仍处于下滑期，但800G升级叠加AI算力投入带动云计算基础设施产业链景气度持续提升。2022Q4，海外三大云厂商、Meta资本开支合计396.84亿美元，同比增长15.83%，环比增长4.11%，维持增长态势但增速有所放缓。2023年，宏观经济压力叠加前期云计算投入的提前释放，北美云厂商资本开支短期承压，AI算力缺口为云计算注入新动力，全年资本开支存在超预期可能：Meta全年资本开支指引下调至300-330亿美元；谷歌预计全年资本开支和2022年相比略有增长；微软预计加大支出力度，加强云数据中心建设，以满足客户对新型人工智能工具的需求；亚马逊大力投资大型语言模型和生成式人工智能，预计将长期投资从建设新仓库和配送中心，转向将更多资金投入云计算业务的基础设施。整体看来，光模块增速短期内承压，随着800G产品逐渐上量，有望开启新一轮景气周期。云需求与AI共振，算力底层基础设施持续受益。根据800GPluggableMSA组织发布的800G光模块白皮书，2017年-2021年，全球互联网带宽容量以48%的年复合增长率增长。思科的全球云指数预测，全球数据中心到2021年达到628个，其中亚太地区占比最高，从2016年的30%升至39%，北美地区从2016年的48%降至35%，位居第二。云计算是流量增长的主要驱动力，2016-2021年，全球数据中心IP流量CAGR为25%，云数据中心流量CAGR为27%，增速高于整体增速。3、LPOvsCPO：更低功耗AI高算力背景催生低功耗、低延时光模块需求，LPO(Linear-drivePluggableOptics)与CPO（Co-packagedOptics）是目前主要探讨的降低功耗方案。Meta认为，数据中心网络流量高速增长，尤其是数据中心内部流量显著的增加，导致网络耗能占比不断提升，并提出随着带宽需求扩大单带宽耗能不断下降的要求；微软数据显示，服务器带宽增至800G时数据传输功耗占比可达20%。AI高性能计算对数据中心光模块速率和数量提出更高要求，催化网络功耗高速增长，“功耗墙”挑战凸显，保证性能的同时降低功耗成为光模块技术发展的重点，LPO和CPO作为降低光模块功耗的两种主流技术路径受到广泛关注。3.1、LPO：深度契合AI短距互联诉求，延续传统可插拔光模块优势LPO深度契合AI短距互联低功耗、低延时需求，且技术更新迭代相对较小，有望成为800G时代重要补充方案。传统光模块通过DSP芯片对高速信号进行信号处理达到低误码率，但功耗较大，以400G光模块为例，用到的7nmDSP功耗约为4W，占整个模块功耗的50%。LPO将DSP功能集成到交换芯片中,只留下driver和TIA，并分别集成CTLE和Equalization功能，用于对高速信号进行一定程度的补偿。相较DSP方案，LPO可大幅度减少系统功耗和时延，保证一定传输性能的同时降低成本，并保持可插拔特性便于后续维护。①低功耗：Arista针对不同光学方案进行功耗对比，采用Linear-drive方案后，硅光、VCSEL、TFLN薄膜铌酸锂光模块的功耗均下降50%左右。2023OFC上MACOM展示单通道100G的单模800GDR8、多模800GSR8线性直驱方案，在功耗方面多模省70%，单模省50%；Arista展出800G-DR8线性直驱方案，较5nmDSP方案可节省30%功耗至7W。②低延时：不采用DSP进行信号复原后系统时延大幅降低，根据MACOM的方案可降低75%。③低成本：DSP芯片价格在光模块成本中占比较大，LPO采用更复杂Driver和TIA芯片增加的成本低于DSP成本，光模块整体成本下降。④可插拔：LPO技术沿用可插拔形式，具有便于后续维护的优势，催化可插拔光模块新一轮升级周期迎来行业高景气。头部光模块厂商在LPO产品研发方面有望步入快车道，云厂商、设备商积极布局线性直驱方案。从上游芯片、交换机到下游终端用户均重视LPO技术发展与应用，实现商用确定性较强：在OFC2023上，Macom、Broadcom等多家厂商展示了Linear-drive方案；Arista重点展示的Linear方案得到博创、NVIDIA等多家交换机厂家的认可；头部光模块公司加速LPO方案布局，新易盛、剑桥等公司陆续发布相关产品。3.2、CPO：降低功耗优势显著，技术尚未成熟仍待改进CPO是一种全新的高速率产品形态，可有效降低系统功耗。区别于传统可插拔光模块，CPO技术将光学组件与芯片封装在一个模块中，将光引擎移至交换芯片附近，降低传输距离、提高高速电信号传输质量的同时极大降低系统功耗，且集成度高大大缩小体积，在高性能计算集群中优势显著，在AI集群和HPC渗透率有望逐步提升。根据Meta数据，交换机芯片速率达到51.2T时CPO方案可减低20%功耗。龙头云厂商、芯片公司推进CPO技术不断演进，但正式商用时间尚未明确。2020年底，COBO和OIF成立相关工作组开始制定标准；CPO的发起者Facebook和微软在2021年2月发布其3.2TCPO产品需求方案；博通在2021年年初发布将ASIC电芯片和光器件合封的产品；2021OFC，Intel与AyarLabs合作实现8Tbps的共封装FPGA，II-VI展示了3.2T速率的ROSA；2023OFC，博通的最新交换机产品TomahawkStrataXGS5中的Tomahawk5采用光电共封技术，该交换机仅需5.5W的功率为800Gbps的流量供电；思科也演示了CPO技术实现的可行性具体步骤，预计试验部署与51.2Tb交换机周期同时进行，在101.2Tb交换机周期内更大规模地采用；国内光模块厂商也在CPO领域布局，但正式商用时间尚未明确。CPO技术路径仍待成熟且需求尚未迫切，传统可插拔方案凭借顽强生命力有望继续主导。①可维护性：CPO技术非可插拔，后续可维护性较差；LPO延续可插拔技术方案优势。②可靠性：因交换机尺寸受限，CPO时代光引擎基于芯片级的硅光集成，即使是过渡方案NPO技术同样基于硅光，但目前没有硅光集成的样机，硅光长距传输问题仍未解决；交换芯片散热影响激光器性能，光源模组外置方案或成为主流。LPO因去除DSP芯片影响信号恢复性能，但在AI短距互联应用场景下得以弥补。③商业模式挑战：CPO对硅光技术储备有较高要求，且由于工艺无法分离大概率由交换机芯片厂商主导，产业链变动或影响CPO技术应用进程推进。LPO依赖交换机芯片性能，但对产业格局影响较低。④紧迫性：3.2T光模块时代对CPO产品形态诉求相对较高，1.6T时代可插拔光模块已有较为成熟的8*200G主流方案满足行业需求。⑤确定性：2023OFC中际旭创、新易盛、光迅科技等光模块头部厂商都已推出1.6T光模块，量产时间较为确定，预计在800G、1.6T时代传统可插拔光模块方案仍为主流，CPO技术仍待成熟。4、龙头地位稳固，800G全产业链受益4.1、800G竞争格局稳定，AI催化全产业链受益光模块行业强者恒强，市场份额向头部集中，国内厂商逐渐崛起。100G时代，中短距离应用场景（10km以下），以中际旭创、AOI、Intel等龙头厂商占据主要市场份额，长距离应用场景（10km以上）市场中，Oclaro、Lumentum、Source，超长距离（40km以上）相干光模块市场中，Acacia、Oclaro、Lumentum、华为海思等厂商占据主要市场份额。从2018年开始，大部分日本和美国供应商退出市场，以旭创为首的中国供应商排名逐渐提高。根据LightCounting公布的2022年全球光模块TOP10榜单，中国光模块厂商共7家入围，中际旭创和Coherent（并购Finisar）排名并列第1，华为、光迅科技、海信宽带、新易盛、华工正源、索尔思光电分别位居第4、第5、第6、第7、第8和第10名。800G时代，可插拔仍是主导方案，技术更迭小，考虑北美大客户高验证壁垒，以中际旭创为代表的行业龙头厂商凭借诸多优势有望维持竞争格局平稳，受益弹性和确定性强：①技术升级迭代速度快：高带宽压力驱动产品以4-5年为周期升级，光模块厂商需要持续进行研发投入保证技术升级；②产品线扩充能力强：光模块种类繁多，单个细分产品市场空间有限，只有扩充产线才能突破增长瓶颈，然而单个产品升级快导致光模块厂商难以在全部细分市场占据主导地位，一定程度上抑制市场集中度提升；③成本控制能力强：产品线的不断扩充及产品技术迭代升级需要较多研发投入，同时产品生命周期短，良率提升空间小，成本与费用相对高企，成本控制能力保障公司盈利能力。④交付能力要求高：光模块下游行业市场集中度高，头部企业议价能力强，行业内部竞争激烈，需要通过规模优势、可靠的交付能力建立相对稳定的上下游合作关系。800G升级叠加AI带来长期想象空间，光模块、光器件、光芯片、陶瓷外壳等800G产业链均有望显著受益。4.2、重点公司分析400G时代，光模块产品升级周期性得到验证，产品升级初期是投资最好阶段。光模块升级初期，老产品增速下降，新产品尚未放量，不足以拉动整个行业的高增长，行业进入青黄不接的阶段，板块估值和业绩预期都较低，随着新产品升级带来新一轮景气周期预期来临，板块估值有望迎来巨大提升；产品升级中期，业绩逐渐兑现，新产品放量带动行业爆发式增长，仍有一定上涨空间；产品升级周期尾声，行业进入景气下行阶段。以光模块龙头中际旭创为例，2019年，400G光模块开始进入升级初期，公司营收同比下降7.73%，归母净利润下降17.59%，但市场对400G新一轮升级周期的乐观预期驱动股价有较大涨幅，光模块板块估值也有大幅提升，Wind光模块指数19年上涨约70%。中际旭创800G多次加单提升行业景气度，公司持续高份额引数通市场。公司率先拿到英伟达、谷歌等海外客户800G批量订单，有望高份额出货，开启规模量产第一年；预计明年英伟达和谷歌进一步加大需求，亚马逊、Meta、微软等厂商通过验证进入量产，公司迎来业绩拐点；泰国工厂扩建夯实800G放量基础，未来有望继续引领市场，业绩拐点有望逐渐出现。AI加大800G新产品需求弹性，公司前瞻布局前沿技术。光模块数量与GPU成正相关，伴随视频类交互模式出现，驱动配套高速光模块需求爆发增长。在AI算力中心低功耗诉求迫切背景下，LPO线性直驱技术降低功耗与延时性能优势突出，公司目前已有LPO相关技术储备，随着低功耗LPO方案的推广，公司有望步入快车道。公司发布1.6TOSFP-XDDR8+可插拔光通信模块，提前布局1.6T时代。中瓷电子光模块陶瓷外壳“一枝独秀”，800G突破头部光模块厂商。光模块陶瓷外壳&底座成本占比近15%，仅次于光电芯片，公司高速光模块陶瓷外壳在国内“一枝独秀”：400G光模块用陶瓷外壳已经实现批量出货；800G产品技术水平已与海外相当，作为国内重要供应商，正逐步量产，客户主要包括新易盛等国内外头部800G光模块公司，未来有望受益AI浪潮，加速放量。天孚通信800G叠加AI升级周期驱动数通市场持续高景气，公司高速光引擎项目加速放量打造新增长极。需求方面，数通市场持续高增长驱动公司各系列无源器件需求显著受益，公司发布800G光模块配套应用的光引擎产品和解决方案，作为高速光引擎龙头企业高速光引擎配套需求以及市场份额有望持续提升，抢占800G新周期市场先机。随着AI持续的发展，无源器件和光引擎400G、800G产品份额有望持续提升。在新一轮行业高景气背景之下，公司募投项目扩产计划预计2023年开始加快建设进程，加速海外泰国工厂选址建设，积极进行产能全球化布局，持续扩张产能并建立产能动态调整机制以应对高涨