400G光模塊能否走出類似100G的成長邏輯

  通訊運營商(無線接入+有線傳輸網)和數通(數據中心)是光模塊兩大重要市場，2020年上半年除了預期內的運營商市場5G建設帶動前中回傳需求，北美云資本開支回升帶動數通市場回暖外，超預期的是疫情帶來的數通市場景氣度進一步上升?，F在時點展望2021年，5G+數通的需求增長能否持續(xù)?2020年400G模塊廠不同程度地實現了小規(guī)模放量，那么接下來400G能否走出類似100G的成長邏輯呢?

  1、5G+數通的需求增長能否持續(xù)?

  (1)5G：2021年能否增長存在不確定性

  2020年國內5G規(guī)模建設啟動，運營商資本開支同比增長12%;其中5G投資達1803億元，由于4G投資的大幅下降，給5G提供較大資金空間。根據我們年度策略預測，以及三大運營商基站招標統(tǒng)計，預計全年建設54~63萬5G基站，無線側帶來光模塊市場增量約45~60億元。

  展望2021年，5G新建基站數量是否同比增長存在不確定性。原因有三：1、預計至20年底，三大運營商已有的約67~76萬5G基站，已經可覆蓋全國主要地級市。相比較于4G的廣覆蓋任務，5G作為高附加值網絡，已經初步完成建設任務。

  2、三大運營商+廣電，將繼續(xù)深化共建共享。共建共享給運營商每年節(jié)省大量資本開支，共建共享帶來格局更加集中進一步增強了對于上游產業(yè)鏈議價能力。此外，700MHz頻段的利用，有望進一步降低運營商5G網絡的部署成本。

  3、2020年底，產業(yè)鏈將面臨進一步降價壓力，上游環(huán)節(jié)面臨盈利進一步被擠壓的風險。

  (2)數通：云廠商資本開支已處于短期高位，疫情邊際影響減弱

  市場關注到北美云服務商資本開支持續(xù)攀升，但沒有注意到資本開支已處于相對高位。從20Q2北美第一大云服務商亞馬遜的資本開支與其云服務營收比可見，短期資本投入已處于相對較高位置。

  雖然數通光模塊市場伴隨著端口速率提升+光互聯(lián)向更小方向滲透(服務器間->板間->片間)，市場長期呈現更多成長性，但避免不了短期3~5年的周期性波動。

  2、400G能否走出類似100G的成長邏輯?

  (1)500m~2km為數通市場需求主力

  光模塊的主力需求在500m~2km，長期約占整體需求量超過60%，主要面對交換機互聯(lián)場景。而目前階段放量的產品主要集中在300m以下，該距離需求占整體長期需求空間不足25%。

  (2)現有400G出貨集中在短距

  由于VCSEL芯片成本低、產量大，且短距離的PAM4調制可行，因此400G的AOC、SR8及SR4.2模塊相對成本壓力不高，2020年400G模塊廠不同程度地實現了小規(guī)模放量。

  (3)芯片問題成為關鍵

  目前400G核心問題不在于電芯片，而在于光芯片。100G時代，25G DFB芯片價格低、產量大，可滿足500m~ 2km主力需求，帶動了光模塊需求量快速上升。而400G時代，由于DFB芯片難有較好的PAM4中長距調制效果，同時高速EML芯片價格高企產量有限，因此放量的產品僅為短距離的VCSEL產品。400G產品走出100G成長邏輯需要等待新的高性價比光調制芯片出現(較大概率是薄膜鈮酸鋰調制芯片)。

  3、光芯片未來技術路徑

  (1)磷化銦

  作為重要的三五族化合物半導體之一，磷化銦(InP)具有電子遷移率高、耐輻射性能好、禁帶寬度大等優(yōu)點，在光子、射頻領域有很好的應用優(yōu)勢。隨著數通市場對更高速度的數據傳輸需求，InP技術正從傳統(tǒng)運營商市場向數通市場邁進?；贗nP的半導體激光器主要有DFB、EML。其中DFB可實現25G速率，中長距離及以下傳輸(10km);EML可實現50G速率，長距離及以下傳輸(80km)，同時由于EML具備較好的信號質量，可實現PAM4等調制進一步放大傳輸帶寬，目前已有通過PAM4實現100G單通道EML芯片。由于溫控問題，uncooled EML成為數通市場較好選擇，可以實現500m~2km產品覆蓋。但EML主要問題在于產量有限，價格高企。

  目前國產25G EML仍待突破，處于少量驗證階段。EML難度在于在未大量出貨之前，無法預知產品良率，產品好壞無法測試，僅在使用后才可得知，這給國產產品規(guī)模應用帶來很大困難。

  (2)硅光

  硅光是實現光電集成的較好方向，且大尺寸高質量的硅晶圓帶來了絕佳的成本優(yōu)勢。但由于硅基插入損耗高、存在溫漂問題，同時封裝復雜度高，目前僅在2km以下市場得以應用，而在短距300m以下，VCSEL具備較大優(yōu)勢。目前硅光芯片所需的成熟鍺硅工藝仍需依靠美國代工，產業(yè)鏈上可控程度較低。

  (3)鈮酸鋰

  在美國國防部的一項關于鈮酸鋰的報告中曾經有過這樣一段對鈮酸鋰的評價：“如果電子革命的中心是以使其成為可能的硅材料命名的，那么光子學革命的發(fā)源地則很可能就是以鈮酸鋰命名了?！?

  鈮酸鋰材料具備良好的光學特性，在通信界并不陌生，早在骨干網中應用有鈮酸鋰體器件。薄膜鈮酸鋰加工成芯片，是未來光調制芯片3db光口帶寬突破60GHz瓶頸的重要方向。但是由于鈮酸鋰材料加工難度大，制造工藝為其核心，量產技術仍需提升。

  未來隨著薄膜鈮酸鋰制造工藝逐步成熟，鈮酸鋰薄膜芯片體積有望小型化至1~2mm，同時由于其高速率、高信號質量、低插損等特點，將在數通光模塊市場和運營商設備領域有廣闊前景。

  總之，從未來中短期來看，光模塊下游市場中，5G建設市場增長面臨下降風險，數通市場受疫情正面影響的邊際變化已減弱，光模塊市場未來1~2年需求增長存在不確定性，其中400G產品大規(guī)模放量需要相應芯片獲得突破。未來光芯片的三條技術路線上，硅光具備板間/芯片間的光電集成優(yōu)勢，而通信傳輸上300m以下VCSEL具備成本優(yōu)勢，500m及以上薄膜鈮酸鋰芯片具備極大優(yōu)勢，是未來光調制芯片發(fā)展的重要方向。