通信设备行业数字经济“算力网络”系列6：800G光模块，站在AI浪潮新起点

- 1 -数字经济“算力网络”系列6：800G光模块，站在AI浪潮新起点2023.4.3证券研究报告 | 行业策略报告通信| 通信设备姓名梁程加Email liangchengjia@cmschina.com.cn执业号S1090522060001姓名刘浩天Email liuhaotian@cmschina.com.cn研究助理- 2 -目录✓ 光模块：数据传输光电转换节点，围绕速率升级产业持续变革⚫ 行业：市场空间持续高速增长，国产厂商竞争优势显著⚫ 需求弹性：AI带动高算力传输需求，800G需求弹性测算⚫ 重点标的- 3 -1.1 光模块的功能与结构光模块在网络连接中承担光电信号转换任务，负责在发送端将电信号转换成光信号，通过光纤传送后，再在接收端把光信号转换成电信号。它主要由光电器件TOSA/ROSA、功能电路和光电接口组件等封装而成。其中，光收发组件TOSA/ROSA是光模块的核心部分。光发射组件TOSA负责将接收到的一定码率的电信号，经内部驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号。光接收组件ROSA则负责将一定码率的光信号，输入模块后由光探测二极管转换为电信号，并经前置放大器后输出相应码率的电信号。图：光模块工作原理数据来源：CSDN 、招商证券图：光模块结构示意数据来源：IMT-2020(5G)推进组《5G承载光模块白皮书》 、招商证券- 4 -1.2 光模块成本构成光模块BOM成本主要包括光器件、电路芯片、PCB 以及结构件等。其中，光器件占光模块成本达到70%+，具体看光器件，以激光器为主的发射组件就占了光器件近一半的成本，以探测器为主的接收组件占比达到32%，两者合计占光器件成本为80%。2021年光模块市场总空间92亿美元，光芯片市场空间35亿美元，电芯片市场空间24亿美元，光器件市场空间13亿美元，光学元件市场空间8亿美元图：光模块成本构成数据来源：艾瑞咨询、招商证券图：光模块全球市场空间（亿美元，2021）数据来源：LightCounting、ICC、招商证券2435813926180100200300400500600700电芯片光芯片光学元件光器件光模块光通信设备- 5 -1.3 光通信产业链数通市场光通信设备光组件光学元件光器件电芯片光模块光芯片电信市场电芯片激光驱动器、跨阻放大器芯片、限幅放大器芯片等光模块光收发模块、光放大器模块、动态可调模块、性能监控模块无源光器件光隔离器、光分离器、光开关、光纤连接器、波分复用解复用器、光分路器、光衰减器、FA光线阵列、光耦合器等有源光器件激光器（DFB/FP/VCSEL）、探测器（PIN\APD）、光放大器、光调制器（DML、EML）、光收发次模块（TOSA/ROSA/BOSA）有源光芯片：激光器芯片、探测器芯片无源光芯片：PLC芯片、波分复用芯片、光开关芯片、光衰减器芯片光组件陶瓷套管/插芯光纤适配器光收发接口组件精密金属件平面光学元件：滤光片、偏振分束器、消偏振分束器、反射镜、窗口片、棱镜、波片球面光学元件：透镜、柱面镜横压玻璃非球面透镜- 6 -图：不同类型光模块的传输距离1.4 光模块产品规格型号图：光模块命名规则数据来源：鲜枣课堂、招商通信QSFP( QSFP+/QSFP28)QSFP-DDOSFP尺寸长度比QSFP增加少许体积是QSFP-DD的体积的两倍多电气通道数488单通道速率10Gb/s(QSFP+)25Gb/s(QSFP28)50Gb/s(QSFP56)25Gb/s(NRZ调制)50Gb/s(PAM4调制)50Gb/s带宽40Gb/s(QSFP+)100Gb/s(QSFP28)200Gb/s(QSFP56)最高400 Gb/s带宽最高800Gb/s。应用应用于光模块和高速线缆的封装，用于40G/100G/200G网络互连。作为400G光模块和400G高速线缆（即DAC和AOC）的封装，用于400G数据中心互连(以及100G到400G过度用的200G）。更适用于电信应用，预计应用于800G网络。兼容性向后兼容QSFP+/QSFP28/QSFP56一样向后兼容QSFP+/QSFP28/QSFP56,需要额外的OSFP-QSFP的转接适配器端口密度与QSFP+/QSFP28/QSFP56系统端口密度相同，但8个通道支持的现有接口（如CAUI-4）的ASIC端口数量增加了一倍；且主板上QSFP-DD的机械接口稍微深一些，用来容纳额外的一排触点。- 7 -图：产业向高速率方向升级数据来源：态路通信、招商证券1.5 产业发展趋势：高速率、低成本、低功耗高速数通光模块更新换代与新型交换机发布相辅相成。数据中心不断提高的速率要求是光模块高频率升级的主要原因。随着光电子器件的发展和集成度提高，其性能和传输带宽增加，光模块以更高速率传输和更小的尺寸适应不同使用场景，封装方式不断发展。更小的封装和功耗意味着光模块在交换机上具有更高的端口密度，相同功率可以驱动更多的光模块。图：产业向低成本、低功率方向升级数据来源：易飞扬通信、招商证券- 8 -图：光模块速率升级方向数据来源：易飞扬通信、招商证券1.5 产业发展趋势：高速率、低成本、低功耗光模块速率升级的方法：1、提高单通道的比特速率；2、增加通道数；提升比特速率又有两个方法，1a.直接提升波特率，1b.保持波特率不变，使用更高的调制编码格式。传统光模块调制以NRZ（not return to zero）为主，激光器高/低功率分别对应二进制的1和0信号。PAM4光信号功率的判决分为4个阈值，低于最低阈值判定为00、最低到中间阈值之间判定为01、中间到高阈值之间判定为10，超过高阈值判定为11。图：NRZ与PAM4调制信号判定数据来源：易飞扬通信、招商证券- 9 -1.6 数据中心架构升级，驱动光模块量价齐升数据中心光模块不断升级，正在向800G迈步。流量数据的高速增长，不断推动数据中心架构升级，目前数据中心光模块正在迅速过渡到200G/400G速率，400G是高速以太网客户端接口的最新标准。随着400G光模块的大规模部署即将到来，以及网络带宽和性能需求的不断加快，数据中心互连800G也将成为全新需求，未来将应用在超大规模数据中心、云计算及人工智能算力中心中。图：光模块速率升级节奏数据来源：SDNLAB、招商证券数据来源：800G Pluggable MSA group、招商证券图：CLOS架构数据中心光模块演进- 10 -1.7 短距传输有源铜缆或有竞争优势有源铜缆是指利用外部能源增强信号传输距离的铜缆。DAC无源铜缆传输距离短，AOC有源光缆的功耗和成本较高，有源铜缆应用距离远、鲁棒性好、成本更低、功耗更低，十分契合大型数据中心日益增加的绿色节能和成本控制的迫切需求。现在市场上两种有源铜缆：ACC和AEC。ACC(Active Copper Cable)是使用Redriver芯片架构在Rx端通过CTLE均衡调整增益的一种有源铜缆，通俗的说更像一根通过放大模拟信号的有源线缆。AEC(Active ElectricalCable)是更加新颖的使用Retimer芯片结构的有源铜缆，这种有源铜缆不单单放大和均