光模塊行業主要趨勢及應用前景分析（附報告目錄）
1、光模塊行業發展趨勢及技術水平特點
隨著 5G、云計算、大數據、物聯網等新一輪技術的商業化應用，用戶對光通信網絡的帶寬提出了更高的要求，光電子器件行業技術正處于升級革新階段，帶動光模塊行業向高速率化、集成化、智能化方向發展。
（1）高速率化
高速率主要指信息傳輸及交換的速率。伴隨著 5G、數據中心等技術向高速率方向發展，下游光通信市場對光傳輸速率、數據交換效率提出了更高的要求，解決信號卡頓、提高用戶體驗的要求帶動了光通信技術向高速率化方向發展。現在的光模塊主流應用速率逐漸從 10G-40G 跨步到 100G-400G，行業內企業還紛紛開展 800G 技術研發以盡早實現 800G 商業化應用。
相關報告：北京普華有策信息咨詢有限公司《2021-2027年光模塊行業市場前瞻及投資前景預測報告》
除了提高單個波長的傳輸速率外，增加單光纖中傳輸的波長數，即波分復用技術（WDM）也得到了廣泛的應用。WDM 技術是利用兩個或兩個以上的光波長在同一根光纖傳輸信息的技術。WDM 技術有以下優勢：（1）增加光纖的傳輸容量，使一根光纖傳送信息的物理限度增加一倍至數倍，節約光纖資源；（2）具有在同一根光纖中傳送兩個或數個非同步信號的能力，有利于數字信號和模擬信號的兼容；（3）便于進行擴容，只需更換端機和增加附加光波就可以擴容，不必鋪設更多光纖、使用高速網絡部件。WDM 技術的應用從骨干網逐步拓展到城域網、接入網、數據中心和 5G 前傳等領域。應用領域的拓展對 WDM 技術的場景適應性、穩定性要求越來越高，在 WDM 系統的系統容量、傳輸距離、設備接口特性等方面的技術水平要求也在不斷提高。
（2）智能化
智能化主要是指帶有數據診斷功能，為實現光通信系統管理及性能檢測提供依據。智能化光模塊具有自動預測壽命、驗證產品標準、定位故障、讀取芯片存儲信息等功能，以實現更高效的自動化、數據化管理。全球通信產業正處于與新一代信息技術大融合的階段，智能化是全球通信行業發展的必然趨勢。光模塊的主要下游應用領域 5G 基站、數據中心、光纖接入、消費電子、自動駕駛、工業自動化等的傳統屬性正在被重新定義，推動光模塊向智能化方向發展。具有數據診斷功能的光模塊是各廠商技術升級換代的主流產品。
（3）高集成化
高集成主要是指突破現有工藝及技術瓶頸，實現光模塊功能集成以減輕光模塊體積、重量及能耗。隨著 5G 通信技術向海量連接、大容量方向發展，為了實現信號全面覆蓋，光通信設備需要布局大量的光模塊，光模塊需要實現高密度連接，驅動光模塊向高集成化方向發展。光模塊廠商致力于突破光模塊產品體積重量能耗及功能元件密度的限制，高集成技術是未來行業技術發展的重要方向，光模塊領先企業紛紛投入大量資本進行高集成技術的研發及產業化。
硅光集成技術將是未來光模塊市場發展的主要趨勢，硅光集成技術是基于硅和硅基襯底材料，利用現有成熟的CMOS工藝實現多種光器件的高度功能集成，具有超高速率、超低功耗、超低規模化成本等特性的新一代技術。當前主流的光集成技術以稀有材料磷化銦作為主要材料，材料成本昂貴，難以實現大規模集成。而硅材料本身價格低廉且已經成熟應用于電子集成電路，材料成本低廉以及具有成熟的工藝基礎，適合規模化生產。并且，以磷化銦為材料的光集成技術只負責數據的交換，不涉及數據的存儲與處理，不利于通信信息安全。而以硅為材料的光集成技術兼具數據的交換、存儲以及處理，是下一代光通信的技術趨勢。
高速率是光模塊的未來發展必然趨勢，隨著光模塊向 400G、800G 甚至 1.6T等高速率演進，以 Tb/s 的光纖傳輸速度或將成為光通信傳輸速率瓶頸，而硅光子集成技術具備的超高傳輸速率能打破這一瓶頸，實現 Pb/s 量級的傳輸。同時，由于硅材料價格低廉且在半導體工藝中實現了成熟應用，能極大地降低光模塊的采購成本及集成技術難度，突破傳統光模塊的成本限制。
截至目前，硅光集成技術的研發及產業化主要集中于光模塊產業鏈中的上游硅光芯片制造，以 Intel、Luxtera 為代表的國外企業為主導，國產化率較低。
2、光模塊行業應用前景
光模塊目前主要應用市場包括數通市場、電信市場和新興市場。其中數通市場是光模塊增速最快的市場，目前已超越電信市場成為第一大市場，是光模塊產業未來的主流增長點；電信市場是光模塊最先發力的市場，5G 建設將大幅拉動電信用光模塊需求；新興市場包括消費電子、自動駕駛、工業自動化等市場，是未來發展潛力最大的市場。光模塊的下游應用廣泛分布于數據中心、5G 基站及承載網、光纖接入及新興產業。
（1）數據中心的發展推動數通光模塊市場迅速發展
A、數據流量及數據交匯量的增長推動數通光模塊市場的發展
近年來，隨著云計算、大數據、物聯網、人工智能等信息技術的快速發展及加速應用，傳統產業及大眾生活形式的數字化轉變加速。移動支付、移動出行、遠程控制、高清視頻直播、移動餐飲外賣、虛擬現實等的普及，驅動數據流量和數據交匯量迎來爆發式增長。
B、數據中心市場擴容推動數通光模塊市場的發展
隨著云計算需求和數據流量的持續增長，新一代信息技術與電信、商務、金融、信息化平臺、社交等社會各行各業加速融合，信息設備連接更豐富、應用場景更復雜。為了應對海量設備連接及復雜的應用場景，對數據的計算、存儲及處理能力提出了更高的要求，并推動數據流量向集中化發展，由此推動數據中心市場規模的持續增長。
此外，由于應用場景、數據結構復雜化，數據處理及信息交互更加頻繁，數通市場對數據中心的規模及功能集成提出了更高的要求。傳統的中小型、分散型數據中心難以滿足數據中心廠商提高整體營運效率、降低能耗、節約成本的需求，成為全球數據中心向集中化、集成化方向發展的主要推動力。國內外互聯網龍頭企業如谷歌、亞馬遜、微軟、Facebook、阿里巴巴、騰訊、華為等紛紛布局超大規模數據中心，超大規模數據中心是未來數據中心發展的主要趨勢。我國在超大規模數據中心領域布局有待提升。
光模塊作為實現數據中心內部及外部設備互聯的功能性器件，數據中心的持續擴容激發了光模塊市場的快速發展潛力。此外，數據中心內外部連接所需光模塊數量隨著數據中心規模的增長而增長，超大規模數據中心內外部連接更復雜，一般單個超大規模數據中心含有 5 萬-10 萬個服務器，所需光模塊數量巨大，將有利于數通光模塊市場的跨越式增長。
（2）5G 網絡的商業化應用推動電信光模塊市場快速發展
A、5G 技術推動電信光模塊市場的發展
全球通信技術處于高速革新階段。為了應對數據流量的增長、萬物互聯、全新的產業生態，第五代移動通信技術應運而生。5G 技術相比 4G 技術具有超高速率、超大帶寬傳輸能力、超大容量，是對 4G 技術的質的飛躍。傳統的 4G 通信設備難以滿足 5G 技術的市場需求，推動了光通信設備的升級換代，由此推動了光模塊市場的快速發展。
B、5G 市場持續擴容推動電信光模塊市場的發展
光模塊是 5G 網絡物理層的基礎構成單元，廣泛應用于 5G 基站及承載網。
① 5G 基站
為了實現更高的傳輸速率，5G 采用高頻段頻率，高頻段頻率信號衰減速度快，決定了 5G 基站的建設密度要大于 4G 基站的建設密度，因此，在覆蓋相同區域的情況下，5G 基站的需求數量遠高于 4G 基站，預計建站規模將是 4G 的1.5 到 2 倍。根據工信部數據，中國的 5G 基站數量由 2019 年的 13.3 萬個激增到2020年的71.8萬個，其占全國移動通信基站總數的比重也由1.7%提高到了9.1%。
隨著 4G 基站建設速度放緩，2G、3G 基站被淘汰，5G 基站建設將會成為主流。5G 基站預計從 2020 年到 2024 年將保持 46.4%的年復合增長率，其占比將由 9.1%提高到 34.0%。單個 5G 基站可能需要 5-10 支光模塊，5G 基站的建設需求將刺激運營商對光模塊的需求，進一步提高光模塊制造商的產能和收入。此外，5G基站的建設也會帶動運營商對骨干網絡的不斷升級，以匹配不斷增長的數據流量。
② 5G 承載網
為了應對 5G 網絡海量設備連接、復雜的應用場景，5G 承載網架構由 4G 的前傳—回傳的兩級網絡架構演變為前傳—中傳—回傳三級網絡架構，5G 將原 4G無線接入網功能模塊重新拆分，網絡架構的連接更緊密，連接端口更復雜，所需的光模塊數量更多。
此外，由于 5G 網絡相對 4G 網絡具有超高速率、超大帶寬、超大容量及低時延的特點，單個 5G 基站所需的 5G 光模塊的數量及速率更高。根據最早實現5G 商業化應用的韓國光模塊發展情況分析，從數量看，相對 4G 光模塊，5G 光模塊將呈倍數增長。5G 所需的前傳光模塊是 4G 時期的 3-4 倍。從速率分析，5G光模塊速率顯著提升。5G 前傳光模塊從 4G 時期的 10G 及以下升級到 25G/50G；5G 回傳光模塊由 4G 時期的 10-40G 演進為 100G/200G/400G，行業內開始部署800G 的光模塊。5G 光模塊市場有望實現量價齊升。
（3）光纖接入推動光模塊市場快速發展
1）光纖接入市場持續擴容推動光模塊市場的發展
從國內市場看，我國政府高度重視寬帶網絡及光纖接入工程建設，將光纖接入作為實現國民經濟新一輪發展的基礎網絡工程，鼓勵光纖到戶、城鄉全覆蓋光纖接入工程的建設。國家政策支持推動我國光纖接入市場的迅猛發展，根據工信部數據，截至 2020 年，我國光纖接入用戶達 4.45億戶，截至2020年12月,100MbDS及以上接入速率的固定互聯網寬帶接入用戶數占固定寬帶用戶總數的89.9%。光纖接入(FTTH/O)用戶規模達 4.54 億戶,占固定互聯網寬帶接入用戶總數的 93.9%,較 2019 年底提升 1.0 個百分點。光纖接入成為主流的固定寬帶接入方式。
資料來源：中國信通院、普華有策整理
2）光纖升級改造推動光模塊新一輪發展
隨著 5G、云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術加快應用，推動傳統產業數字化發展，數據流量呈指數級增長，傳統光纖寬帶網絡難以滿足高速化、大容量化的數據傳輸與處理需求，推動光纖寬帶網絡向高速化、大容量化發展。例如接入網由 GPON/EPON 向 10GPON 升級；城域網正逐步由 40G 向100G/400G 升級；骨干網進入了 100G/400G 階段，并逐步向 800G 部署。光纖寬帶網絡呈現出從 10G-40G 向 100G-400G 跨進，并開始向 800G 部署的趨勢。光纖網絡升級改造為光模塊的發展帶來了新的機遇，推動光模塊產業的新一輪增長。
（4）新興產業的發展帶來光通信市場的發展潛力
以第五代通信網絡、物聯網、云計算、大數據、智能電網等為代表的新一代信息技術，正成為下一輪經濟發展的重要推動力量，消費電子、自動駕駛、工業自動化等領域會伴隨著技術革新而全面爆發。在消費電子領域，伴隨著超高速率、超大容量、海量連接的新一代技術的發展，音頻視頻、在線游戲、3D 感應、虛擬現實、智能穿戴產業將快速發展，消費電子時代有望全面爆發。在自動駕駛、工業自動化領域，5G 技術的超低時延、海量連接的特點，為實現 4G 技術無法實現的自動駕駛、工業自動化提供了可能。目前，消費電子、自動駕駛、工業自動化等新興產業還處于早期發展階段，隨著新一代信息技術的加速演進及應用，有望迎來全面爆發。光模塊作為通信領域的基本構成單元，有望同步迎來爆發式增長。