双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

5G和云计算数据中心同时进入新周期起点,5G新应用将带动数据流量十倍级别爆炸式增长。光模块作为网络建设的关键部件,有望迎来技术代际更迭和需求高速增长双引擎驱动,是流量爆发逻辑最受益的细分领域。

招商证券通信行业分析师余俊在进门财经路演时认为,5G规模建设与数据中心双双进入向上景气周期,光模块核心受益流量持续爆发。建议从赛道卡位龙头、新市场突破、核心芯片自供能力和一体化器件平台四个维度精选五个行业优质企业。

一、光模块行业站在新景气周期起点

1、5G时代运营商资本开支回暖,提升光模块产业景气

5G商用落地将有望带动移动数据流量的激增,推高数据中心数据流量。5G高速率的特点将大大提升移动数据使用流量,网速提升10倍后,用户相应的使用需求也会随之上涨,业界预测5G网络的DOU至少是60G。

参考韩国5G商用后情况,5G网络月均整体流量从2019年4月的5,938TB/月提升到2020年2月的132,057TB/月,使用量10个月内增长22.24倍,已超过4G流量使用量的1/4。2020年2月,韩国5G用户DOU高达25.22GB,同期的4GDOU仅为9.26GB,5G数据使用量约为4G的2.72倍。

根据工信部统计数据显示,2020年2月国内DOU达到8.88GB,按照韩国早期5G/4G的比例推算,当月国内5G用户平均月流量已突破20GB。此外5G时代的到来将提升数据中心流量和推动数据中心设备的更新换代。

车联网、AR/VR、高清视频直播等5G下游应用的高速发展和企业上云的大趋势将带动数据中心流量的提升,从而推动数据中心的代际更迭,使其核心网络从100G提升至400G升级。

双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

随着5G商用落地,三大运营商资本开支明显回升,有望打开电信市场新增长空间。2018年,4G网络建设已进入尾期,运营商资本开支下滑底谷。2019年6月工信部向中国移动、中国联通、中国电信、中国广电发放5G牌照,标志着5G商用的正式落地,5G建设周期正式拉开帷幕。

从2019年起三大运营商资本开支增速开始由负转正,2019年三大运营商资本开支达到约2999亿元,同比增长4.50%,预计2020年合计资本开支约为3348亿元,同比增长11.65%,进一步确立了三大运营商资本开支重回上升通道的趋势。

国家高层和各部委多次强调加快5G建设,我们认为2020年三大运营商有望年内调整资本开支,进一步优化和扩大5G投资,整体资本开支在5G规模建设的拉动下出现较大增长,三大运营商2020年全年实际资本开支同比增速有望超过15%,接近3500亿元。

运营商资本开支聚焦无线网和承载网,有望带动前传光模块和中回传光模块需求的放量增长。从各运营商2019年的投资结构上来看,移动网络和传输网络的资本开支占比高达75%左右,是运营商CAPEX增长的主要部分。

2019年三大运营商投向无线网合计约1469亿元,同比增长25.59%,投资占比接近50%。在此基础上,2020年无线网资本开支进一步增长23.23%,达1810亿元,已超过TDD-LTE整体规模建设的首年(2014年,1719亿元),略低于FDD-LTE规模建设首年(2015年,2041亿元),投资占比达到54.06%,将成为资本开支的主要流向并有望带动前传光模块需求增长。

此外随着2020年SA组网需求的增加,传输网部分有望结束连续4年的下滑,在2020年实现1.48%的同比增长,投资总额约为834亿元。5G网络以SA组网为主,需建设独立的5G承载网,释放中回传光模块的需求。

2、云计算巨头资本开支回暖,打开数通光模块增长新空间

产业链下游云计算巨头资本开支逐步回暖将推动云基础设施建设发展。受到去库存和移动互联网步入4G后周期流量增速放缓的影响,海外四大云计算巨头(谷歌、亚马逊、微软、Facebook)的资本支出在2018年Q2出现下滑,2019年Q1达到近一年谷底。

随着厂商去库存的逐渐完成,2019年Q2和Q3北美云计算巨头资本开支开始逐步回暖,Q3达到183亿美元,较Q1的143亿增长近28.03%。

北美5G逐步商用带来流量增速的提升,叠加2019年底400G交换机芯片的推出,2019年Q4北美主要云计算巨头的资本开支持续提升,资本开支之和环比增长3.61%,同比增长0.99%,其中增幅最大为Facebook环比增长16.08%。

随着资本开支回暖和数据中心的代际更迭,云基础设施建设将有望迎来上升期,打开数通光模块需求空间。

国内云计算巨头(阿里巴巴、腾讯和百度)单季资本开支达近三年峰值。2019年Q4三巨头单季度的资本开支整体达到242亿元,同比增长由负转正至37.7%,环比延续上升趋势,增加48.5%。

随着国内企业上云的加速和5G商用后移动数据流量的提升,将有望推动国内云计算巨头提升资本开支以提高其处理数据能力。

双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

随着北美数据中心巨头的资本开支回暖和去库存趋于结束,数通市场光模块需求将逐步恢复,价格降幅收窄。2019年Q2全球100G的PSM4,CWDM4,LR4和ER4Lite模块的销量实现大幅增长。

其中,凭借价格低和应用领域广的优势,100GCWDM4模块正成为100G数通领域主流光模块,根据智研咨询数据显示,CWDM4在100G中占比有望从2018年40.2%增加2020年47.6%。

此外,据LightCounting预测,200GbE及以上(包括所有200GbE,2x200GbE,400GbE)光学产品的需求正在增加,全球光模块市场将重回两位百分数的增长,预计到2024年的CAGR增长率将维持在15%。

价格方面,经历2017-2018年由100G带动的价格大幅下滑(2018年100G价格降幅高达50%)后,数通光模块价格的年均下滑斜率将恢复较为缓慢的趋势,预计2024年将降至1美元/Gb的均价水平。

相关价格在2019年的降幅明显收窄,预期2020年数通光模块的平均价格下降幅度将进一步收窄,回到历史平均水平。

双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

3、光模块产业链格局呈橄榄球式分布

较高的技术壁垒和复杂工艺流程,光芯片在光模块成本中占比较高。简单来看,光芯片主要由光芯片、电芯片、光组件和其他结构件所构成,其中上游光器件元件是光模块成本中的主要部分,在光器件元件中,光发射模块TOSA和光接收模块ROSA成本占比较高。

TOSA的主体为激光器芯片(VCSEL、DFB、EML等),ROSA的主体为探测器芯片(APD/PIN等)。

随着市场对光模块高速率需求的提升,光芯片的性能要求和制造工艺难度在增加,光芯片在光器件以及光模块中成本占比进一步提升,根据公开资料整理分析,一般光模块中光芯片成本占比在30%-40%之间,在高端高速光模块中,这一占比可以达到50%左右。

光模块产业链竞争格局呈橄榄球式分布,上游芯片和下游设备竞争格局确立,具备技术和资本垄断优势,中游竞争较为激烈,模块厂商众多,向高端产品升级成为光模块厂商脱颖而出的重要途径。

光模块产业链大致可分为“芯片->器件->模块->设备”这四大环节。其中上游的芯片、器件和下游的设备市场参与竞争者较少,但把控着产业链的供应端和需求端,影响较大。

中游的模块则由于技术门槛相对较低,参与者较多,特别是低端低速的光模块封装厂商,所以市场竞争激烈。

在技术差异较小的情况下,激烈的竞争最终体现在光模块的价格厮杀中,光模块厂家的毛利率和业绩承受较大压力,光模块厂商希望通过向高端400G数通和25G前传光模块的升级,在高端市场占据一席之地。

二、5G建设进入密集落地期,光模块迎来规模爆发节点

1、5G网络建设进入高景气,光模块有望获无线网承载网双驱动

5G网络主要由三个主要部分组成,分别为无线网、承载网、核心网。5G网络建设将在2020年进入高速发展期,无线网和承载网都将迎来技术的代际升级,光模块随之也迎来换代需求。

其中无线网侧的基站中,AAU与DU之间的前传光模块将从10G升级到25G光模块,此外将新增DU和CU间的中传需求。

在承载网的回传需求中,城域网将从10G/40G升级到100G,骨干网将从100G升级到400G。2019年建设的5G网络主要依托4G网络进行非独立组网,BUU还未分离成DU和CU,因此中传的光模块需求未正式打开。2020年进入5G独立组网建设,CU和DU的分离将打开中传光模块的市场。

双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

2020年5G大规模建设,前传光模块需求有望迎来爆发点,成电信光模块最大市场。据工信部数据,2019年中国已开通12.6万个5G基站。

国家有关部门近期多次强调5G建设对扩大有效需求、“稳投资”、带动产业链发展的积极作用,我们认为2020年三大运营商有望进一步优化和扩大5G投资,整体资本开支在5G规模建设的拉动下出现较大增长,通信行业将进入新一轮的高景气周期。

2020年在疫情导致宏观经济承压,中央政治局重磅定调5G对于拉动经济,帮助其他行业产业升级的重要性背景下,全年通信行业投资有望加码,对于5G基站建设规模,我们上调全年预测至80万站以上。

未来5G基站建设将快速增长并在2021-2023年左右达到峰值,当年有望新增超100 万站,若按行业平均单基站10个光模块的需求估算,将带来超过1000万只前传光模块的需求。

5G基站的规模建设落地一方面直接夯实了前传光模块的需求量,另一方面拉动配套的承载网建设的同步建设,释放中回传光模块的需求。

2、25G光芯片产能提升,25G光模块超频方案成本优势或降低

5G时代,25G光模块将成为主流前传光模块。5G前传演进为eCPRI接口后,64T/64R的宏站前传只需使用25G光模块即可满足传输需求,25G光模块将成为5G前传的主流方案。

25G光模块的实现方式原理较为简单。在接收端,直接采用25G激光探测芯片,然后通过集成在ROSA上的TIA将探测芯片输出的电流信号转换成一定幅值的电压信号,再通过由集成CDR和LA集成的组件,将变化幅值的电压信号转化成稳定的电压信号,并提取其中时钟信号传输给应用光模块的设备。

在发送端,通过LDDriver将CDR输出的电信号转换成对应的调制信号,并驱动25G激光发射芯片发光。

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3、5G前传向光纤直驱+无源波分方案收敛

5G基站进入规模建设阶段,前传光模块收敛两大方案。业界对于5G前传曾经有光纤直驱、无源波分、有源波分和半有源波分等多种实现方案,随着基站建设进入规模落地阶段,前传方案也得到了落地收敛。

由于有源波分实现的复杂度和高成本,半有源波分方案的产业链支持程度还有待提高,基于业界调研和5G基站需快速落地组网的分析,有源波分和半有源波分两种方案从产业链支持成熟度和价格成本方面都还不具备竞争优势,我们判断,在2020年,5G前传将主要以光纤直驱和无源波分这两种方案为主。

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4、承载网规模落地建设,释放中回传光模块需求

20205G承载网与无线网同步进入规模建设期。与4G承载网先于无线网建设的节奏不同,5G时代承载网建设与无线网基本同步。

由于前期建设的5G网络主要以eMBB场景为主,4G承载网可满足带宽要求,2020年5G网络将以SA组网为主,承载网需要提供如切片等5G支持功能,因此需要与无线网同步建设。目前三大运营商已完成5G承载网设备集采招标工作,标志着5G承载网正式进入规模建设期。

承载网设备落地建设,释放中回传光模块需求。各大运营商的承载网的整体架构大同小异,基本都分成骨干网、省网和城域网。骨干网和省网由于需要高速大容量的传输,所以比较多会选择OTN等适合大颗粒远距离的传输网络。

具体到城域网,可以在细分为核心层、汇聚层、接入层。不同层级的承载网通过不同的端口速率提供不同能力的中回传服务,对应不同层级的承载网设备需使用不同速率要求的中回传光模块。

今年中国移动的SPN承载网已经完成首期共计14.56万端设备采购,近期将进入规模建设阶段,中国电信与中国联通也分别开展5G承载网的采购与建设。

假设中国电信与中国联通建设的规模之和与中国移动的建设规模相当,参考本期中国移动SPN网络设备模型设计和产业经验,初步测算出今年5G承载网设备将带来超过2.5万个200GE25万个100GE38万个50GE和超过500万规模数量的25GE/10GE/GE光口需求。

据行业估算,所有光模块在承载设备中的价格占比约为20%按照本次中国移动SPN设备的平均报价约90亿元的情况,今年全国承载网建设有望带来超过36亿元的中回传光模块需求,打开中回传高速光模块的市场空间。

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三、5G新应用带动需求侧景气高企,供给侧国内厂商蓄势待发

1、需求侧:超大规模数据中心建设进入400G时代

全球数据中心建设呈现大型化和集约化特点,转向更大规模发展。据Gartner统计和预测,全球数据中心数量呈现逐年下滑的趋势,但机架数仍维持增长,预计到2020年全球数据中心约为42.2万个,机架数量则达到498.5万架,服务器将超过6200万台,每个数据中心的平均机架数呈明显的上升趋势,数据中心转向更大规模的趋势发展。

从2012年至今,数据中心开始进入整合、升级和云化的新阶段,如美国数据中心从粗放式发展阶段进入规模建设阶段,发展模式将转入以改建和扩建等利旧建设,2018年美国数据中心建设主要以改建和扩建为主,新建规模占比降低至20%。

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超大规模(Hyperscale)数据中心建设持续高景气周期。“超大规模”的定义各不相同,一般指拥有5万-10万服务器的数据中心,但SynergyResearch的标准较高,认为是拥有“几十万台服务器,有时甚至是数百万台”。

根据SynergyResearch数据,2018年全球超大规模供应商运营的大型数据中心数量将达到430个,同比增长了11%,到2019第三季度已突破504个,目前还有151个超大规模数据中心正在规划或在建设当中,超大规模数据中心的建设高景气将有望持续。

据Cisco的数据,预计到2021年,超大规模数据中心的服务器数量将占全部数据中心服务器总量的53%,流量占比将达到55%,成为市场主力。

2、需求侧:提振光模块需求空间,加速市场爆发

交换机是数据中心里十分重要和关键的网络设备,SDN催生白盒化模式。作为数据中心内部数据传输通道的骨干,交换机的容量和速率决定了数据中心可对外提供的能力。数据中心借助交换机协同内部密集的服务器阵列进行整合,对外提供存储和算力等服务。

东西向是数据中心占比最多的流量应用场景,内部数据传输通道的带宽很大程度上决定了数据中心整体能力的表现。

目前市场的交换机按软硬件内部设计界面划分,可分为裸机交换机、白盒交换机和传统商业交换机等。

其中传统商业交换机为传统常见的模式,由设备商自行设计硬件并加载操作系统,提供功能通用的交换机,常见的制造企业包括思科、华为、Juniper等;裸机交换机则主要由制造商提供组装好的硬件,由用户自行加载操作系统,制造商通常为ODM厂家,如Accton,QuantaQCT等。

白盒交换机则是近几年兴起并得到超大规模数据中心运营商青睐的交换机种类,在软件定义网络(SDN)出现以后,通过软件控制器和直接流表转发的白盒交换机就可以完成数据中心网络的部署,而且这种网络部署快、成本低、便于维护,十分适合超大规模数据中心的批量建设。

据CrehanResearch的统计,2018年亚马逊、谷歌和Facebook对白盒交换机的购买规模已经超过了其市场总规模的三分之二,虽然白盒交换机在数据中心交换的整体市场采用率在20%的范围内。

但是亚马逊,谷歌和Facebook倾向于更早采用这些设备以满足对更新更快网络速度的追求,白盒交换机将继续增长。目前谷歌几乎所有400GbE数据中心都是白盒级交换机驱动的。

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3、供给侧:上游芯片+无源器件准备就绪,400G光模块蓄势待发

封装和电气标准均已成熟发布,400G光模块可适配多种应用场景。光模块的标准制定主要有两个组织,IEEE和MSA。

MSA即Multi-SourceAgreement,多源协议,主要由行业相关代表厂商针对某一特定领域制定的行业标准,如在光模块领域就有封装标准SFFMSA,100G光模块的实现标准PSM4MSA和CWDM4MSA等。

在400G光模块中,相关的MSA主要包括封装相关的QSFP-DD、OSFP和CFP8,传输模式相关的CWDM8,相关标准均已制定并发布。

另外IEEE的802.3系列标准专门是对有线网络的物理层和数据链路层的介质访问控制进行定义,其中与400G光模块相关的是对多种型号物理介质相关(PMD)接口进行了定义。

相关标准的成熟发布为业界推进400G光模块的商用奠定了基础,同时丰富的标准也有利于400G光模块可适配多种对距离、所需光纤数量、单波速率等有不同需求的应用场景。

4、硅光模块,400G光模块市场的搅局者还是赋能者?

硅光技术有效提高光模块集成度,更适用未来高速光模块生产。硅光技术主要是基于CMOS工艺,在同一硅基衬底上利用蚀刻的方法,同时制作光子器件和电子器件,实现光信号处理和电信号处理的深度融合,形成一个具有综合功能的完整大规模集成芯片。

传统光模块采用分立式结构,光器件部件多,封装工序复杂且需要较多人工成本。相对传统的分立式器件,硅光模块将多路激光器,调制器和多路探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上,体积大幅减小,有效降低材料成本、芯片成本、封装成本,同时也能有效控制功耗。

硅光芯片内的功能部件主要通过光子介质传输信息,连接速度更快,因此更适合数据中心和中长距离相干通信等应用场景。

其中在400G光模块领域,由于单通道光芯片速率瓶颈问题,多通道的PAM4电调制方案不可或缺,而电调制带来的损耗较大,要求传统方案光模块内部激光器、调制器、DRIVER、MUX等器件更加紧凑,激光器芯片处于裸露状态,受环境损耗的可能性大幅度提升。

另外通道数的增加导致器件数量增加,器件集成复杂度和工作温度提升带来的温漂问题都具备较大挑战性。硅光方案通过高度集成能很好解决以上问题。

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四、投资建议

5G规模建设和数据中心建设双双进入高景气周期,数据流量爆发时代即将来临。光模块为网络建设的关键部件,将迎来高速技术代际更迭和需求爆发带来的双轮驱动发展机遇,是流量爆发受益确定性最高的细分领域。

随着网络建设的规模落地,电信和数通技术方案进一步收敛,25G前传和400G数通光模块有望成为受益确定性最高的细分赛道。建议从赛道卡位龙头、新市场突破、核心芯片自供能力和一体化器件平台四个维度精选行业优质企业。

重点推荐:有望成长为全球第一的高速光模块龙头中际旭创,具备稀缺芯片自研能力的光器件一体化龙头光迅科技,突破数通高速光模块市场新贵新易盛,国内稀缺的一站式光器件平台龙头天孚通信;

建议关注:高端光模块崛起新势力剑桥科技太辰光博创科技华工科技(电子组覆盖)。

双引擎驱动,光模块确定性投资机遇来袭

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