每周研报学习:光模块设备行业深度(方正)

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1.1 光模块产业链

光模块是光通信中实现光电转换和电光转换的核心器件，通常由光发射组件（TOSA）、光接收组件（ROSA）、驱动电路、光接口等封装而成。

在光通信系统中，光模块是系统物理层的基础构成单元，在系统设备中的成本占比超过 50%。

产业链：光模块的上游主要包括光芯片、电芯片、光器件、封装材料、设备等，中游为光模块的制造和封装。

光模块厂商将上游的光芯片、电芯片等零部件集成，完成光模块的设计、制造与封装。生产的主要流程包括芯片贴装、光路耦合、封装成型、测试验证。根据 LightCounting统计，2024 年全球前十大光模块企业中的中国企业已占据七席，光模块已成为我国光电子信息领域的优势产业。光模块的下游主要为数通市场（数据中心、云计算、企业网络）、电信市场两大应用场景。

1.2 光模块的分类及市场规模：25年市场规模约为1645亿元，到2029年预计达到2905亿元

光模块根据传输速率可以分为低速、中高速、超高速模块三类，其中，低速模块的传输速率 1G/2.5G/10G，广泛用于传统以太网、接入网等领域；中高速模块的传输速率为 25G/40G/100G，主要应用于5G前传、数据中心内部互联等；

超高速模块的传输速率可达 400G/800G/1.6T，可支撑AI算力中心、骨干网扩容等应用。

市场规模：据LightCounting及弗若斯特沙利文统计，2024年全球光模块市场约为178亿美元（约合人民币1246亿元），2025年预计在235亿美元（约合1645亿元），预计到2029年市场规模将达到415亿美元（约合2905亿元），2024-2029CAGR约为18%。

AI已明确加快了光模块技术迭代，并且显著缩短了光模块升级周期。2023年之前，光模块速率翻倍需要约4年时间。2023年开始，为了实现更高的传输速率以匹配日渐提高的计算速度需求，从400G到800G再到1.6T的代际升级有望缩短至两年。

分产品来看，在AIDC和云计算带动下，高速光模块尤其是800G及以上的光模块发展迅速。800G光模块研发开始于2020-2021年，目前具备批量生产能力。800G作为当前最先进的量产技术，2020-2024CAGR约为188%,预计2024-2029CAGR约为19%。

1.6T的研发于2022-2023年开始，在对更高宽带、更低功耗、AI驱动数据处理的需求不断增长的推动下将快速提升，弗若斯特沙利文预计1.6T光模块2024-2029年CAGR将达到180%。随着大规模基建开始，1.6T有望逐步进入主流应用阶段，而3.2T也开始进入预研阶段。

根据FiberMall数据预测，2021-2025年交换机交换容量大约每2年翻1倍，相对应Serdes和光模块速率也同步匹配。25.6T的交换机采用50G的Serdes,对外使用400G光模块；51.2T是当前主流高端交换机产品，采用100G Serdes，光互连使用800G光模块；更加高端的102.4T交换机采用200G Serdes和1.6T光模块，互联速率再次翻倍

1.3 光模块的成本拆分

成本构成：光模块原材料主要包括光器件（TOSA、ROSA、其他光器件如光学滤波器、尾纤等）、电路芯片、PCB及其他（机身及其他零件）。光器件占光模块总成本约为74%，是最主要组成部分。

光接收组件（ROSA）、光发射组件（TOSA）约占光器件成本的80%，两者均为有源光器件，其功能核心由光芯片构成。

ROSA（Receiver Optical Sub-Assembly，光接收组件）：其主要功能是将TOSA传来的光信号转换为电信号。ROSA包含光电二极管 (PD)、光接口、金属或塑料外壳以及电接口。

TOSA（Transmit Optical Sub-Assembly，光发射组件）：主要负责将电信号转换为光信号，由光源（发光二极管或激光二极管）、光接口、监控光电二极管、金属或塑料外壳、电接口组成。光源多数采用激光二极管，功耗低、功率大并且耦合效率高。

光芯片（包括光探测器芯片与激光器芯片）成本约占光器件总成本的50%，约占 TOSA 与ROSA 总成本的 85%。

1.3 光模块的下游构成、地区分布

下游：2024年，光模块市场178亿美元，其中，数据通信、电信市场分别为113、65亿美元，占比53.5%、36.5%，数据通信已经占据主要地位，2025年这一趋势更加明显，预计25年全球数通、电信光模块市场分别占比68.6%、31.4%。

1）数据通信：2024年，在数据中心和AI的推动下，数据通信光模块销售额达到113亿美元，预计该板块到2029年将达到286亿美元，2024-2029CAGR约为20.4%；

2）电信光模块方面，虽然近年略有下降，但在5G和新网络基建的推动下，预计将出现反弹，预计到2029年达到128亿美元，2024-2029CAGR约为14.6%。

地区分布：美国、中国是最主要光模块市场，2024年美国、中国市场规模分别为56、46亿美元（约合392、322亿元）、二者在全球占比分别为31.6%、26%，预计到2029年二者分别占比35.5%、29%。此外，据中商产业研究院数据，2024年中国AI光模块市场规模约为69亿元。

1.4 光模块竞争格局、生产/商业模式、行业壁垒

竞争格局：全球光模块市场相对竞争激烈，这主要是由于电信、数据中心及云计算领域对高速数据传输需求的增长，推动了市场的竞争，主要参与者来自中国、美国及日本。近年来，受益于较低的生产成本、研发能力、政策支持，中国的公司取得了显著进展。

2024年中国AI光模块行业排名前五的企业主要包括中际旭创、新易盛、光迅科技、海信宽带、海光芯创。

• 生产模式：在生产方面，光模块企业除了自产外，也会采用CM、Co-location两种模式。CM模式通常更侧重于大规模的合同制，相比之下,Co-location生产提供了一种灵活且集成的方式,已成为行业内常见的制造模式。在这种模式下,公司通常会保留对产品设计、关键材料、关键设备和整体管理等核心环节的控制,而当地合作伙伴则负责生产运营、劳动力和当地法规合规事务。此模式有助于实现全球品质一致性、提升供应链反应速度及成本效率,并可凭借当地专业知识降低地缘政治风险，以相对较低的资本支出实现灵活的产能部署,因此成为综合OWCD公司广泛采用的选项。

• 商业模式：综合OWCD公司主要通过JDM、ODM模式与客户合作。不同于ODM模式，JDM模式强调从产品概念到最终生产的每一阶段均与客户紧密协作,实现高度定制与创新。其需各方的大量资源投入及密切沟通,尤其在设计与开发环节,相对而言,ODM模式则为更独立且流程化，由综合OWCD公司主导设计、开发及制造过程。因此，JDM模式资源投入大,对企业的资金实力和运营能力要求较高。由于该模式涉及大量的协同开发与定制化工作,只有拥有多个大规模客户的企业才有能力承担此类投入。

• 行业壁垒：

1）技术开发：硅光光模块和高速、低功耗器件等先进技术需要材料学、光学和微电子学方面的深厚专业知识以及强大的研发能力和持续投资；

2）定制化能力：既需要标准化的产品,也需要灵活、响应迅速的设计和制造；

3）客户：由于数量庞大且采购周期长,他们严重依赖可信赖的供应商。新进入者必须投入大量时间和资源才能达到这些标准并建立信任,尤其在JDM这样高度整合的模式下更是如此；

4）供应链：为降低供应商集中风险及增强供应链韧性，综合OWCD公司越来越多地采用多供应商策略,以确保稳定获得关键组件并将中断风险降至最低。然而,新进入者通常缺乏建立可靠、多元化供应商网络的资源,从而对市场竞争力构成了很高的进入壁垒；

5）全球化：OWCD行业的公司通常需要在全球范围内进行研发、制造和销售运营，不仅需要大量的资金投入，还需要强大的全球供应链管理、本地化的市场策略以及应对复杂监管与物流环境的能力

1.5 光模块技术的演进趋势

在数据传输的高速演进中，光模块与交换 ASIC 的协作方式正经历着关键变革。传统架构下，光模块、交换ASIC两者相互独立，通过铜缆或光纤与其他电子元件连接。但在高速数据传输时，这种模式容易出现较高的功耗和明显的信号损耗—尤其当网络速率从400G向800G、1.6T演进，且预计很快将迈向 3.2T 时，功耗挑战愈发突出。

从具体功耗数据来看： SFP 模块的功耗约 2W；100G 光模块一般在1.5W-3W；400G QSFP-DD DR4 光模块可控制在 12W 以内；800G 光模块则处于12-16W。从器件封装角度分析，信号速率的提升还会带来插入损耗的问题：当信号速率从56Gbps翻倍至112Gbps 时，即使采用先进的PCB材料，低损耗PCB走线在相同长度下的插入损耗也会约增加一倍。一般来说，电气通道越短、中间转换环节（如过孔、连接器）越少，信号完整性就越容易控制。这一规律推动了光器件向更靠近 ASIC 的方向集成——通过缩短距离，有效降低功耗。基于这一逻辑，目前形成了两类主流解决方案：1）共封装光学 (CPO)：将光学和电气元件共同封装。2）线性光子光学 (LPO)：搭载线性光学驱动器的可插拔模块。

1.5.1 LPO(线性驱动可插拔光模块）

LPO(线性驱动可插拔光模块)：采用线性驱动技术代替传统DSP(数字信号处理)/CDR(时钟数据回复)芯片，实现系统降功耗、降延迟的优势。

根据剑桥科技招股书，功耗是高速光模块的关键问题，光模块中约50%的功耗来自于DSP功能。LPO可以实现降功耗、压成本的作用，但代价在于拿掉 DSP后会导致系统误码率提升，通信距离缩短，因此LPO技术只适合用于短距离的应用场景，例如数据中心机柜-交换机的连接。由于LPO在能耗上表现相对优秀，同时兼具着可插拔维护便利的优势，目前市场上从上游芯片、交换机到下游终端用户均在重视LPO技术发展与应用，具备应用潜力。

在400G光模块中，用到的7nm DSP，功耗约为4W，占到了整个模块功耗的50%左右。LPO方案把光模块中的DSP/CDR芯片去除，将相关功能集成到设备侧的交换芯片中。光模块中，只留下具有高线性度的Driver（驱动芯片）和TIA(Trans-Impedance Amplifier,跨阻放大器）,并分别集成CTLE（ContinuousTime Linear Equalization,连续时间线性均衡）和EQ(Equalization,均衡）功能，用于对高速信号进行一定程度的补偿。目前，全球厂商如Arista、博通、思科、Credo、马科姆、英伟达以及国内以新易盛、中际旭创、剑桥科技、海信宽带等为代表的厂商，均在LPO领域进行布局。LPO也可以视为CPO的过渡方案。

1.5.2 CPO（光电共封装）

CPO(共封装光电）：除了LPO路径之外，随着光模块向800G光模块演进，CPO的成本和技术优势将逐渐凸显。CPO是一种全新的超小型高密度光模块技术，可替代传统的前面板可插拔光模块。CPO能实现交换芯片与光芯片共封装，实现更好能效和交换性能。利用激光而非电子信号来传输数据，通过将光学器件和电子元件封装在一起，CPO实现了光信号和电信号处理的深度融合。这一转变标志着从传统光学模块中的“电互连”向真正的“光互连”的转变。

LightCounting报告显示，CPO出货预计将从800G和1.6T端口开始，于2024年至2025年开始商用，2026年至2027年开始规模上量，到2027年CPO技术在800G和1.6T光模块中的份额将达到30%。到2029年，800G（100G每通道）CPO渗透率预计为2.9%，1.6T（200G每通道）CPO渗透率预计为9.5%，3.2T（400G每通道）CPO渗透率预计将高达50.6%。

NPO将光学引擎与交换芯片分离，然后将它们组装在同一系统板上。而CPO则直接将交换芯片和光引擎组装在一个槽位内，实现芯片与模块的共封装。目前CPO（Chip-Photonics Optics）封装分为三个阶段：

·A型CPO：特点是芯片和光模块是完全标准化的独立器件，共封装在一块PCB基板上。光引擎与芯片之间的距离在10cm以内，并且取消了oDSP。

·B型CPO：ASIC和光模块仍然相对分离，但引入了晶圆级封装技术，使两个组件之间的距离更近，仅为几厘米。

·C型3D CPO封装：是CPO的终极形式，真正将硅光子芯片与其他裸片（如GPU、Lanswitch、HBM等）集成在一个大封装中。

1.5.3 硅光技术

硅光子技术：是基于硅和硅基衬底材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成，整合激光器、调制器，并且硅基材料逐步替代加工更加复杂磷化铟材料，硅光模块凭借高集成度、低功耗优势，在800G 及以上市场渗透率逐渐提升，是光模块的重要发展方向之一。

硅光子技术的核心理念是“以光代电”，即采用激光束代替电子信号传输数据，将光学器件与电子元件整合至一个独立的微芯片中，提升芯片之间的连接速度。

根据Yole 数据，2022 年全球硅光芯片市场价值为6800 万美元，随着800G可插拔模块在数据中心及AI算力场景的应用拓展，预计2028年市场规模将突破6亿美元，2022-2028年CAGR达44%，成为高速光模块技术演进的核心方向之一。

2.1 光模块设备产业链

光模块产业链主要包括：

上游：括精密机械（如机械导轨、滑台等）、光学元件（如镜头、光源等工业视觉系统）、电气元件（如传感器、气缸等）及驱动、控制系统。上游行业成熟度较高，供应链体系稳定且竞争充分，因此本行业的原材料采购需求可以得到合理满足。未来，上游设备零部件技术水平的持续提升将推动光模块封装测试设备在综合性能、生产成本等方面的进一步优化。

中游：光模块生产工艺的核心环节主要包括贴片、引线键合、光学耦合、封装、焊接、老化测试等，光模块设备处于中游。

下游：光模块制造商，其需求受数据中心、电信及新兴场景驱动。近年来，受人工智能、云计算、数据中心等应用市场的需求爆发推动，下游客户对光模块专用设备的需求量快速增加，且对产品性能、精度等指标的要求不断提升，推动光模块封装测试设备行业市场规模持续增长，技术迭代不断加速。