光模块原理、成本构成、种类、产业链及需求分析

光模块是光通信中实现光电转换和电光转换的光电子器件。

技术上，接收端设 备只能识别电信号，无法直接对接收到的光信号进行识别，需要借由光模块完成电 光与光电信号之间的转换。在传输的起点，光发射器通过芯片的驱动，将原始电信 号转换为光信号，经由激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出调制光信号；在 接收端，由光检测器检测识别后，光接收器将光信号还原为电信号，经前置放大器 处理后输出。构成上，光模块由光器件、光接口及功能电路构成，其中光器件包括 光发射器件（TOSA，含激光器）与光接收器件（ROSA，含光探测器）。

TOSA、ROSA 为光模块中核心部件。根据头豹研究院数据，从 2022 年光模块 成本构成来看，光器件约占光模块成本 73%，在光器件中，光接收组件（ROSA）与 光发射组件（TOSA）占其成本的比率约为 80%，两者均为有源光器件，其功能核心 由光芯片构成。TOSA 由激光器、适配器和管芯套构成，在长距离光模块中，还会 加入隔离器和调节环，其中，激光器为 TOSA 核心组件，常见的激光器类型有 VCSEL、 FP、DFB、EML；ROSA 由探测器与适配器构成，其中，探测器为 ROSA 核心部件， 常见的探测器种类主要为 PIN-TIA 与 APD-TIA；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%。

光模块种类丰富，从光模块封装类型的演化来看，光模块正朝着高速率、小型 化、可热插拔的方向发展。根据封装类型的不同，光模块划分为 GBIC、SFP、XFP、 SFP+、SFP28、SFP56、QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP-DD、OSFP 等。 高速光引擎是高速光收发模块的核心器件，将跟随光模块技术持续迭代更新。 光引擎是光通信中用于实现光信号转化的核心器件，光引擎的性能对光通信的传输 质量和传输速率有重要影响。高速光引擎在高速发射芯片和接收芯片封装基础上集 成精密微光学组件、精密机械组件、隔离器、光波导器件等，可实现单路和多路并 行的光信号传输与接收功能，将持续跟随光模块进行更新迭代。

光模块产业链下游需求旺盛，上游有望率先受益。光模块在光通信系统中起光 电转换功能，光模块与连接端口存在数量上的对应关系。光模块产业链上游包含光 器件、光芯片，其中光芯片是制造光器件的基础元件，光组件包括陶瓷套管、陶瓷 插芯、光收发接口组件等；将光芯片和光组件进行组装可得到光器件，光器件根据 是否涉及光电转换可分为有源器件和无源器件。光模块由光器件、电芯片、印制电 路板、结构件等封装而成，在光通信中负责实现光电信号转换功能，主要应用于数 据中心、5G 基站及承载网、光纤接入和新兴产业。5G 网络、数据中心目前正处于 快速发展期，对光模块需求旺盛，上游光器件、光组件等行业有望率先受益。

数据流量快速增长，5G 网络、数据中心建设推动光模块市场繁荣发展。随着 4K/8K 超高清视频、云游戏、VR/AR、AI 大模型持续向好发展，叠加工业互联网、 物联网、车联网增量设备接入，带来较大的数据流量需求，据 IDC 预测，2015-2025 年全球数据流量年均复合增速将达到 35.18%。全球数据流量高速增长，原有的光通 信设备难以满足海量数据运算、存储和传输需求，推动通信基础设施向大容量、高 速率方向实现技术升级，人工智能基础设施建设将成为全球光通信行业发展的主要 驱动力，5G 网络、数据中心的建设推动光模块市场规模持续扩大。

数字经济背景下，新型信息基础设施作为高质量发展的重要抓手，符合国家战 略定位。新型信息基础设施是建设数字中国的重要底座，随着信息技术在经济社会 的参与度持续提升，信息通信行业在经济社会中的地位和重要性日益凸显，光通信 成为国家战略产业之一，相应需求快速增长。工信部在《“十四五”信息通信行业发 展规划》中提出全面部署 5G、千兆光纤网络、移动互联网，优化数据中心布局，构 建绿色智能、互通共享的数据与算力设施等。

5G 频段高、传输距离短，5G 基站建设密度将大于 4G 基站，带来更多光模块 需求。为实现高速率传输，5G 采用高频段传输，频段越高、信号传输距离越短，这 决定了 5G 基站部署密度将高于 4G 基站：在覆盖相同区域的情况下，5G 基站数量 需求将高于 4G 基站。随着 4G 基站建设速度放缓，2G、3G 基站陆续告别历史舞台， 5G 基站建设将成为主流选择，具备广阔的市场空间。目前我国已建成全球规模最大、 技术领先的 5G 网络，截至 2023 年年底，我国 5G 基站数达到 337.7 万个，较 2022 年增加 106.5 万个，网络基础设施底座得到进一步夯实。

5G 承载网采用三级网络架构，对光模块的速率提出更高要求，5G 光模块市场 有望实现量价齐升。不同于 4G 承载网采用前传-回传二级网络架构，5G 承载网对 4G 的 BBU 进行分工：将 BBU 的非实时部分定义为 CU，专门处理非实时性协议，BBU 的剩余部分定义为 DU，处理物理层协议和实时性协议，CU 和 DU 之间形成中传， 连接端口更多，需要更多光模块。5G 网络具有高速率、大容量、低时延、高可靠特 点，5G 前传、中传、回传对光模块速率提出更高要求：前传光模块从 4G 时期的 10G 及以下升级为 25/50G，回传光模块从 4G 时期的 10-40G 升级为 100G/200G/400G， 800G 光模块已经开始部署。根据联特科技招股书，单个 5G 基站需要用到 5-10 支光 模块，5G 基站建设对光模块有较大需求。

全球数据中心市场规模稳步上涨，海外云巨头高度重视人工智能投入。近年来， 由于物联网、云计算、人工智能等技术的发展，数据中心成为企业存储、处理和管 理大量数据的关键基础设施，加之全球范围内包括视频流媒体、社交媒体、电子商 务等用户对于在线服务和内容的需求不断增加，驱动全球数据中心规模扩张。据中 国信通院预测，2023 年全球数据中心市场规模将达到 820.5 亿美元，同比增长 24%， 持续保持增长态势。据Dell'Oro统计数据，2022年全球数据中心的资本支出增长15%， 到 2026 年全球数据中心资本支出预计将达到 3,500 亿美元。2023Q4 海外五大云巨头 （亚马逊、谷歌、苹果、微软、Meta）资本开支为 454 亿美元，同比增长 4.7%，环 比增长 15.6%，并表示将继续加大对 AI 领域的投资力度。根据 Counterpoint 的估计， 2023 年微软将在人工智能相关的基础设施上投入最多，其 13.3%的资本支出将用于 AI 领域；其次是谷歌，约占 6.8%。

数据中心集群成为主流，数据中心集群内部数据传输交互带来大量通信需求， 成为光模块市场发展的一大驱动力。随着物联网、云计算、大模型的普及应用，新 一代信息技术与各领域垂直行业紧密结合，设备终端连接数激增、应用场景复杂多 样，对数据计算、存储能力提出更高要求，传统分散型数据中心无法应对日益增长 的海量数据，数据中心集群化成为主流选择。根据联特科技招股书，单个超大规模数据中心含有 5-10 万个服务器，对光模块需求量较大。数据中心超大规模化和集成 化导致数据中心内部新增大量数据交换和数据处理工作，数据中心内部数据传输的 流量占比达到 77%，叶脊网络架构取代传统三层网络架构成为数字中心集群的主流 网络架构，是应对数据流量暴涨的良好解决方案。叶脊网络架构要求加大数据中心 内部设备部署数量，提升连接端口数量、连接密度、连接速率，数据中心对高速率 光模块的需求量大大增加，推动光模块产品超高速率方向发展。

光器件与光模块存在数量对应关系，光模块市场持续增长将带动光器件、光组 件市场同步发展。现阶段我国是全球最大的光组件生产地，市场竞争激烈，光组件 是制造光器件的关键元件。作为光模块的核心构成部分，光器件与光模块存在数量 对应关系，在光模块中的成本占比达 73%，光模块市场的高速发展将带动上游光器 件、光组件产品的市场需求持续增加。光器件属于知识密集型、技术密集型、资本 密集型产业，产品研发难度大，毛利率较高，因此光模块厂商不断向上游光器件领 域延伸业务范围，旨在打造核心竞争力和成本优势。