光通信產業發展趨勢有哪些？

隨著 5G、物聯網等技術的普及，數據傳輸需求激增，光通信作為高速、大容量、低時延的 傳輸方式，將在更多領域得到應用。

1. 上游

光通信行業的上游主要包括光芯片、光學元件、電芯片。光芯片在光模塊成本中占比較高。 簡單來看，光芯片主要由光芯片、電芯片、光組件和其他結構件所構成。光芯片是實現光電信 號轉換的三五族化合物半導體材料，主要包括激光器芯片和探測器芯片。 AI 推動模塊升級，單通道速率逐步提升。隨著 AI 技術的快速發展，對算力的需求迅速增 長，進一步推動了 1.6T 光模塊的發展。預計 1.6T 乃至更高速率的光模塊將成為數據中心內部 連接的新技術趨勢，以配合未來更大帶寬、更高算力的 GPU 需求。目前 1.6T 光模塊批量商 用的進程正在加速。這一趨勢，對光芯片提出更高的要求。包括 200G PAM4 EML、CW 光源 等在內的多種芯片將成為 1.6T 光模塊中光芯片的解決方案。 硅光技術逐漸成為提升成本效率重要方案之一。硅光子技術是基于硅和硅基襯底材料，利 用現有 CMOS 工藝進行光器件開發和集成的新一代技術。AI 的爆發導致了對光模塊速率和數 量的需求極大的增長，降本降功耗變得更為緊迫，這導致了客戶對硅光的接受度有望提升。 Lightcounting預計使用基于 SiP的光模塊市場份額將從 2022年的 24%增加到 2028 年的 44%， LPO 有望加速硅光滲透率進一步提升。硅光方案中，CW 激光器芯片作為外置光源，硅基芯片 承擔速率調制功能。CW 大功率激光器芯片，要求同時具備大功率、高耦合效率、寬工作溫度 的性能指標，對激光器芯片要求更高。

光芯片下游應用市場不斷拓展。光芯片的應用領域正在不斷拓展。在傳感領域，如環境監 測、氣體檢測，光芯片被用作傳感器，能夠檢測光信號并轉換為電信號，用于數據采集和分析。 在汽車領域，隨著傳統乘用車的電動化、智能化發展，高級別的輔助駕駛技術逐步普及，核心 傳感器件激光雷達的應用規模將會增大。基于砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）的光芯片作為 激光雷達的核心部件，其未來的市場需求將會不斷增加。

2. 中游

光器件元件是光模塊成本中的主要部分，在光器件元件中，光發射模塊 TOSA 和光接收模 塊 ROSA 成本占比較高。TOSA 的主體為激光器芯片（VCSEL、DFB、EML 等），ROSA 的主 體為探測器芯片（APD/PIN 等）。高算力、低功耗是未來市場的重要發展方向，各類前沿技術 和產品未來充滿前景和挑戰；在云數據中心應用、AI 和高性能計算廣泛應用等因素驅動下，全 球光器件市場規模將持續增長。 在 AI 技術中，GPT 模型在自然語言處理領域取得了顯著進展，其廣泛應用有望促進光通 信行業的數字化轉型和智能化升級。GPT 模型對算力的需求將推進超算中心和數據中心的大規 模建設和部署，這將帶動相關光模塊和光器件市場的發展，光通信行業的競爭也將加劇。隨著 AI 快速發展，模型大小和數據集大小的增加，模型性能提高。訓練大模型需要大量算力，導致 對光器件的需求、能力的增加。在此背景下，數據中心市場高速率需求持續增加。當前，GPU 對光模塊的需求主要以 400G/800G 為主，下一代 GPU 產品將提升至 800G/1.6T，這將進一步 刺激對高速光模塊的需求。對功耗提出更高要求，數據中心對功耗和密度的要求越來越高，因 此光模塊需要不斷優化，以實現更高的能效比和更緊湊的封裝設計。低功耗、小型化、集成化 將成為未來光模塊發展的重要趨勢。

硅光技術在可插拔光模塊中逐步提升，特別在高功耗模塊中應用廣泛。基于 AI 的高算力場 景，基礎設施包括硬件設備相關最明顯的一個變化是算力大幅增長后，相關能耗和成本大幅提 升。因此，隨著 ChatGPT 對 AI 行業的促進，高算力背景下，如何降低功耗、提升效率、控制成本成為誕生行業新風口的契機。硅光技術正成為 AI 和高性能計算領域的關鍵技術方向之一。 硅光是 CPO 光引擎的最佳產品形態，通過將硅光引入封裝中，有助于解決高性能計算的功率 傳遞、I/O 瓶頸及帶寬互連密度問題。與傳統光模塊相比，硅光模塊在有源和無源器件上均有明 顯區別，硅光技術可使光模塊成本明顯下降。此外，CPO 和 LPO 方案也是未來趨勢，雖然 LPO 在標準統一和互聯互通上仍存在挑戰，但其在特定場景中表現出較低功耗和成本的優勢。 以 ChatGPT 為代表的超大算力時代，進一步拉動光傳輸的需求，推動高速率光模塊及相 關器件產品的需求，滿足更高速率的傳輸交換需求。當下北美互聯網廠商向 800G 互聯升級， 部分運營商則考慮采用 800G 光傳送網升級；國內互聯網廠商則預計 2024 年采用 400G 光模 塊進行數據中心光互聯，國內電信運營商開啟了多項 400G 城域網實驗局。根據 LightCounting 的數據，2021-2022 年 AI 光模塊需求占以太網光模塊的比例為 15%-20%，2023 年這一比例 提升到 33%，到 2024 年和 2025 年的比例將進一步提升到 53%和 60%。

根據 LightCounting 的測算，受產業鏈去庫存的影響，全球光模塊市場增速在 2023 年同比 下降 6%，但受益于 AI 對于算力網絡需求的增長，預計 2024 年以太網光模塊的銷售額將增長 近 30%，所有其他細分市場也將恢復或繼續增長，盡管增長幅度可能較小。整體來看，全球光 模塊市場預計未來 5 年的年均復合增長率為 16%。光模塊的全球市場規模在 2027 年有望突破 200 億美元。亞馬遜、谷歌、微軟和其他云計算公司有望引領新的 AI 應用的開發，這將需要對 其 AI 集群進行重大升級，而 AI 集群需要使用大量光連接。未來兩年主要是 400G 和 800G 以 太網光模塊和 AOC（有源光纜）。數據中心集群連接的升級也在加速，2024-2025 年 400ZR/ZR+ 和 800ZR/ZR+的出貨量將出現增長。

LightCounting 預測未來五年內，高速線纜市場規模將增加一倍以上，到 2028 年將達到 28 億美元。由于 AEC（有源電纜）的傳輸距離更長，而且比 DAC（無源銅纜）輕得多，AEC（有 源電纜）有望逐步搶占 AOC（有源光纜）和 DAC（無源銅纜）的市場份額，預計 2024 年至 2028 年，AOC（有源光纜）銷售額的年復合增長率為 15%，DAC（無源銅纜）和 AEC（有源 電纜）銷售額的年復合增長率分別為 25%和 45%，到 2028 年 AOC 的市場份額將下降。最小 化功耗對于 AI 集群至關重要，由于 DAC（無源銅纜）不需要電，因此它是數據中心提高電力 效率的解決方案。

3. 下游

光通信下游應用場景主要包括數通市場和電信市場。數通市場是增速最快的市場，已超越 電信市場成為光通信產業的主要增長點。電信市場是光模塊最早應用的領域，隨著 5G 建設的 推進，對光模塊的需求將大幅增加。光通信的下游應用廣泛分布在數據中心、5G 基站和承載 網、光纖接入及新興產業等領域。未來隨著數據中心的快速發展、光纖接入市場的擴容、5G 技 術的推廣以及新興產業的蓬勃發展，下游應用驅動流量不斷升級，催生光通信產業鏈作為算力 設施的持續發展，帶動高速率光模塊需求的顯著增長，行業有望迎來爆發式增長。

Dell'Oro 預測，2024 年全球數據中心資本支出將出現兩位數增長，該增長受服務器需求增 加和平均售價上升所推動。由于英偉達、AMD 和英特爾新 GPU 平臺的發布，加速計算將繼續 增長，預計 2024 年加速計算將使超大規模云計算資本支出增長 17%。Dell’Oro 預計北美前四 大云廠商在數據中心資本支出上將實現適度增長，而對我國前四大云廠商的復蘇持謹慎態度。

數通市場中，2024 年服務器整機出貨動能仍以北美云服務商為主，但受限于高通脹，企業 融資成本居高不下，壓縮資本支出，整體需求尚未恢復至疫情前成長幅度，Trendforce 預估 2024 年全球服務器整機出貨量約 1365.4 萬臺，年增約 2.05%。同時，市場仍聚焦部署 AI 服務器， AI 服務器出貨占比約 12.1%，同比增長約 32.2%。

電信市場中，隨著千兆光纖網絡升級，全球運營商在向 10G PON 升級，未來將繼續向 50G PON 演進。作為全球數千家網絡運營商的首選接入技術，無源光網絡（PON）利用點對多點 （P2MP）的網絡結構，提供高速可靠的寬帶服務，能夠節約成本和空間。2018 年以來，10G PON 在全球蓬勃發展，千兆光纖到戶（FTTP）的寬帶服務興起。運營商基于 10G PON 推出 了新服務，將 PON 網絡從住宅延伸到工業、醫療等更廣泛的領域。全球范圍內，10G PON 網 絡的投資和部署保持較高水平。千兆寬帶正在快速普及，同時，開始向“千兆+”、“萬兆”加速。 創新應用的興起帶來了新的挑戰，而 50G PON 能夠滿足更高需求。作為 ITU-T 定義的下一代 PON 技術，50G PON 比 10G PON 帶寬提升 5 倍、時延降低 100 倍，具備提供確定性 業務體驗的能力。50G PON 支持萬兆云存儲服務，功能包括：無盤計算機可以 800 Mbps 或更 高速率運行讀/寫功能，不亞于本地網絡；8K 點播回放突發速率可達 1.6 Gbps；高頻文件訪問 和刷新速度率超過 5 Gbps，與本地存儲沒有差別。 多個地區的運營商計劃在 2024 年小規模部署 50G PON。根據 Omdia 的預測，2024 至 2028 年期間，50G PON 端口出貨量將不斷提升，并保持每年 200%的復合年增長率。到 2028 年，50G PON 將成為支持新興應用的中堅力量。目前僅少數廠家具備 50G PON 交付能力，隨 著 50G PON 供應商數量增多，未來幾年將進一步激發 50G PON 的投資。

4. 競爭格局

光芯片和器件作為光通信網絡的基石，是搶占新一輪科技革命和產業變革制高點的必爭之 地。光芯片中高端芯片目前具備量產能力的供應商主要在海外；10G 及以下速率的 DFB、PIN、 VCSEL、FP、APD 國內產商供應鏈成熟，50G 及以上速率的 EML 激光器目前仍需進口；10G25G 速率的 EML 激光器，目前已有部分國內廠商可實現批量供應。電信市場中，目前所需的 2.5G、10G 激光器芯片市場國產化程度較高，但不同波段產品應用場景不同，工藝難度差異大； 未來 25G、50G PON 接入網對光芯片的要求將進一步提升，大功率、低色散、高速調制的場 景需求提升了光芯片的技術門檻。數據中心市場中，以 AI 為代表的應用拉動 400G、800G 或 以上高速光模塊的需求增加，進而帶動高速率、大功率的芯片需求，比如 100G PAM4 EML 光 芯片、70mW、100mW 大光功率激光器等。目前數據中心市場仍以海外供應商為主。 近年來，國家產業政策不斷支持基礎共性技術的研究，有力推動光器件所在光學行業的技 術進步和突破，縮短了與國際先進水平的差距，越來越多的關鍵產品實現國產化，使我國的光 學光電子產業從關鍵光電子元器件到下游各終端產品實現了整體的技術提升，行業的國際競爭 力不斷增強。光器件行業競爭較為充分激烈，下游客戶相對集中度較高。行業內大多數產品價 格呈下降趨勢。部分高端光器件的國產化率較低，仍需依賴向國外供應商采購，對高端、關鍵光器件技術的突破和國產化，將是我國產業發展的重點。

隨著光通信行業的快速發展，光模塊行業的競爭格局發生了深刻變化，其主要呈現以下特 點：從數據中心的大規模需求來看，隨著光模塊的可靠性要求提高、迭代周期縮短，帶來行業 技術門檻有望顯著提升，光模塊頭部廠商產品的高度可靠性、領先的研發實力及交付能力等優 勢將進一步凸顯，行業集中度有望進一步提高。在產品形態持續升級過程中，能緊跟客戶研發 步伐，率先進入客戶供應鏈，提前鎖定客戶需求的光模塊廠商能夠在產品代際更迭時率先享受 紅利。 我國廠商目前在全球以太網光模塊市場上占主導地位。由于無法與我國供應商競爭，許多 國外供應商相繼退出光模塊市場。例如：美國光器件廠商 AOI 在 2022 年 9 月將其光模塊業務 出售給宇瀚光電科技（上海）有限公司，使 AOI 重新專注于激光芯片制造。 2021 年我國光學元件和模塊制造商實現了一個歷史性的突破：前十大國內供應商的收入 首次超過西方競爭對手的銷售額。2022-2023 年，國內光模塊廠商和國外廠商的銷售額差距持 續擴大，凸顯了我國供應商在全球市場的競爭力。這些廠商的成功最初得益于國內對光學器件 的旺盛需求，向美國云計算公司銷售光學器件，則成為推動其創造新銷售記錄的關鍵因素。未 來算力產業的發展對算力基礎設施帶來的增量將繼續推動我國光模塊廠商快速成長。

LightCounting 公布的 2022 年全球光模塊前十榜單顯示，旭創科技與高意（Coherent）并 列第一，思科（Acacia）排名第三，華為（海思）排名第四，光迅科技排名第五，海信寬帶排 名第六，新易盛排名第七，華工正源排名第八，英特爾排名第九，索爾思光電排名第十。國外 廠商在可插拔高速 DWDM 光模塊的銷售方面保持領先，但這種情況可能會發生變化。思科 （Acacia）和 Marvell（Inphi）在 400ZR/ZR+光模塊的出貨量方面早期領先，但 LightCounting 預計包括部分國內廠商在內的其他供應商將在 2024-2025 年趕上。