2024年1月10日发(作者：)
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证券研究报告|行业研究周报
[Table_Date]
2020年08月30日
硅光：未来光通信主流，产业变化解析
通信行业
[Table_Summary]
一、周专题
1、传统激光器芯片速率、成本受限；复杂调制电芯片价格昂贵；800G以上光模块技术规范收敛提升硅光规模化市场空间；硅光成为下一代光通信技术的大势所趋。
2、硅光带来市场变化1）硅光技术极大降低光模块的封装技术难度，硅光引擎将会成为竞争重点；2）传统激光器芯片多采用IDM模式，硅光技术产业链有望进入FABLESS模式，比利时IMEC、新加坡AMF、格芯半导体等都具备了硅光芯片的制造能力；3）硅光规模化后将极大降低对某些无源器件的需求，降低封装成本。
3、目前硅光市场集中度高，Intel和Luxtera沉浸该行业多年，实现了硅光模块的小批量出货。尽管硅光行业出现了不少初创公司，但无论是出货数量还是成本都无法与Intel和Luxtera竞争。
4、国内方面：中距离方案部分厂家实现了单片集成，如SiFotonics与亨通光电；长距离方案集成难度大，硅光方案以SiFotonics为代表，混合EML方案以光迅科技、剑桥科技为代表，另外博创科技通过参股Sicoya，天孚通信通过定增布局硅光引擎。
评级及分析师信息
行业评级： 推荐
行业走势图
29%22%14%7%-1%-8%2019/072019/10通信2020/012020/04沪深3002020/07
二、本周投资观点
1、低估值、业绩确定性强的行业龙头仍然是市场关注重点，持续推荐TCL科技、金卡智能、中国联通、航天信息、东方国信等，受益标的包括中天科技、爱施德等。
2、长期标的及观点：
1）国内公募REITs试点推进重点关注光环新网、沙钢股份（钢铁行业联合覆盖）等自有数据中心物业资产的估值提升。
2）受益于5G承载网建设，业绩稳健，估值提升：紫光股份（计算机行业联合覆盖）、烽火通信等；
3）受益于流量拉动，持续稳健成长：亿联网络、光环新网、天孚通信、星网锐捷等；
4）低估值，基本面持续同比或环比改善：航天信息（计算机行业联合）、海格通信、金卡智能（机械行业联合覆盖）、TCL科技（电子行业联合覆盖）等。
5）物联网业务向NB-IoT/Cat1/5G网络迁移，物联网模组和下游应用企业有望受益：移远通信、移为通信。
三、风险提示：数据流量增长不及预期，光模块升级需求缓慢；光模块技术标准收敛不及预期，硅光规模化市场空间小。
分析师：宋辉
[Table_Author]邮箱：*****************.cnSAC NO：S112
分析师：孙远峰
SAC NO：S112
TCL科技 华西通信&电子联合覆盖
分析师：刘菁
SAC NO：S112
金卡智能 华西通信&机械联合覆盖
分析师：刘泽晶
SAC NO：S112
紫光股份 航天信息 华西通信&计算机联合覆盖
海格通信 华西通信&军工联合覆盖
沙钢股份 华西通信&钢铁联合覆盖
研究助理：柳珏廷
邮箱：***************.cnSAC NO：S112
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1.硅光：未来光通信主流
1.1.流量驱动硅光技术迫在眉睫
5G推动了超大规模云数据中心对400 Gb/s光网络连接的需求，数据中心交换机速率正依摩尔定律不断加倍。数据流量高速增长，成为硅光技术需求的原生动力，但目前光模块仍面临如下问题：
三五族半导体激光调制间距受限，25Gbps成为传输速率瓶颈；
随着速率提高，光芯片成本递增，电芯片DSP复杂度提高
分立器件尺寸受限，集成度成最大问题
硅光模块在高速率下，仍具有器件小、稳定性强和硅材料能耗低的特性，较传统光模块具有一定优势，因此硅光方案被相当一部分数据中心所采用，硅光产业随即得到发展。
图1 硅光集成不同方案
资料来源：华西证券研究所整理
根据集成的元器件是否采用同种材料，光子集成（Photonic Integrated
Circuit, PIC）可以分为混合集成和单片集成。
当前的硅光器件依然处于演进的初级阶段。华为高级工程师刘磊将硅光器件的演进趋势分为四个阶段：分组硅化、硅光子集成、全光电融合和可编程硅片。
① 分组硅光：硅基器件逐步取代分立元器件；
② 硅光子集成：集成技术从耦合集成向单片集成演进，简化工艺流程提升效率；
③ 全光电融合：光电一体技术融合，光电全集成化，单芯片光电处理，最低延时，最佳体验；
④ 可编程芯片：器件分解为多个硅单元排列组合，局针化表征类；FPGA的可编程硅片，全功能可自定义。
我们目前正处于集成技术从耦合集成向单片集成演进，简化工艺流程提升效率的第二阶段。
1.2.分离器件光芯片及电芯片瓶颈，硅光成为大势所趋
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光通信中主要涉及到的芯片包含光芯片和电芯片。光芯片是光模块中完成光电信号转换的直接芯片，又分为激光器芯片和探测器芯片；电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑，如 LD(激光驱动器)、TIA(跨阻放大器)、CDR(时钟和数据恢复电路)，一方面实现电信号的功率调节，如MA(主放)，另一方面实现一些复杂的DSP(数字信号处理)。光芯片的成本占比通常在40%-60%，电芯片的成本占比通常在10%-30%之间。
在光芯片中，比较核心的是激光器芯片。常见的激光器芯片主要包括 FP、DFB、EML、VCSEL 等类型，分别对应着不同的应用场景：
按照调制类型可分为直接调制和外调制。直接调制是电路直接控制激光开关，一般仅由单颗激光器构成；外调制是由外电路控制激光开关，一般由两部分构成，分别是激光器和调制器。FP、DFB 和 VCSEL 属于直接调制的类型，EML 是外调制的类型。EML 一般是由 DFB 外加调制器 EAM 共同构成。
按照发光类型分为面发射和边发射。其中 VCSEL 属于面发射类型，FP、DFB 和EML 属于边发射的类型。
按照腔面类型分为垂直腔面和水平腔面。其中 VCSEL 属于垂直的腔面类型，FP和 DFB 属于水平的腔面类型。
在PAM4调制下，VCSEL、FP和DFB均受制于50Gbps速率，而EML最大速率虽然可以突破50Gbps，但其成本高昂，中短距离方案中成本占比过大。
表格 1 不同电芯片对比
工作波长
价格（美元）
线宽
模式
缺点
VCSEL
800nm-900nm
1.5-3
0.35nm
多模
实现高速率有困难，不支持单模
线宽窄，功耗低，调制
效率高，成本低
短距光通信，3D 感应等
50G PAM4
8*50G PAM4
FP
850nm-1310nm
3月4日
>1nm
DFB
850nm-1310nm
8 左右
<0.04nm
EML
1310nm-1550nm
60 左右
<0.04nm
带宽有限
对外延工艺和光栅制作的工艺要求比较高
波长稳定性好
需要温度控制，耗电量大
调制效率高、稳定性好
高速率，超长距离通信
50G以上
4*100G
优点 调制效率高
应用场景
最大速率
400G方案
资料来源：华西证券研究所整理
中距离通信
50G PAM4
长距离通信
50G PAM4
8*50 PAM4
高阶的调制方式带来的缺点主要有两种：
1）无法匹配光源信噪比，传输损耗增大。进一步提高系统容量可以采用高阶调制格式如8QAM（8-level quadrature-amplitude modulation）或16QAM，但是高阶调制需要更高的OSNR（Optical-Signalto-Noise Ratio 光信噪比）。对于同样的符号速率，16QAM所需的OSNR比QPSK高近7dB，这意味着在同样的光纤、光放大器和跨段距离的条件下，采用16QAM虽然可以把容量提高一倍，但无电中继的传输距离会降低5倍。有许多技术可以提高16QAM的传输距离，如采用拉曼光放大器、低损耗
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和低非线性光纤、编码调制技术、非线性补偿技术等等。实验证明，采用新型低损耗低非线性光纤及拉曼放大器技术，16QAM可以达到和QPSK在标准单模光纤和EDFA系统中相同的传输距离。
表格 2 不同调制方式性能对比
调制方式
速率Gb/s
单载波谱宽度GHz
C波段系统容量Tbit
传输距离km
资料来源：华西证券研究所整理
4SC-PM-QPSK
400
32
8@50GHz
3500（长途干线）
2SC-PM-8QAM
400
43
16@50GHz
1500（干线）
2SC-PM-16QAM
400
32
16@50GHz
1000（城域/IDC0
2）DSP成本高度提升，商用化难度提升。光通信系统速率越高，电芯片成本在系统中的比例就越高，其中DSP芯片成本制约占主。DSP的复杂程度直接影响了光模块的成本与功耗。在100G时代，电芯片相关厂商有Macom、semtech，sillconlabs，Maxim等，商业化程度较高；而400G时代电芯片则主要是DSPnphi、Broadcom、MaxLinear、Macom，供应商较少，规模效应未显。
综合来看，采用PAM4调制方式，能够兼顾通信信噪比需求与DSP性能与复杂度，是高速光模块降成本与功耗需求下的一种主流选择。
表格 3 不同电调制方式对比
Receiver
Sensitivity
接收敏感性
PAM4
CAP16
DMT
++
++
+
relative
intensity
noise
相对强度噪声
+
+
+++
调制方式
Bandwidth
带宽
+
++
+++
ADC/DAC
数模/模数效果
+++
++
+
Equalization
均衡性
++
++
+++
DSP Complexity
DSP复杂性
++
++
+
资料来源：华西证券研究所整理
1.3.光模块标准收敛,硅光产业化具备标准基础
不同PMD规范不同的距离，光模块技术上大致对应了采用的激光器/调制器，相比较100G时代，我们认为800G以上时代光模块的型号逐渐收敛，为硅光的低成本产业化提供良性土壤。
在最新发布的800G Pluggable 白皮书中考虑可能采用单通道100G PAM4实现800G SR，采用单通道100G或200G来实现DR和FR场景。对于后续的1.6T的话，单通道200G可能是必须的。而对于LR/ER/ZR等更长距离的800G应用，数字相干技术将是更合适的选择。
目前在400G以下速率的接口中，单通道50G PAM4和100G PAM4是主流调制方式，而对于800G以上速率，单通道200G PAM4甚至相干技术将可能占主导地位。
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图2 不同速率光模块技术标准
资料来源：光通信充电宝，华西证券研究所整理
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图3 不同速率光模块调制方式
资料来源：光通信充电宝，华西证券研究所
1.4.投资逻辑
1、传统激光器芯片速率、成本受限；复杂调制电芯片价格昂贵；800G以上光模块技术规范收敛提升硅光规模化市场空间；硅光成为下一代光通信技术的大势所趋
2、硅光带来市场变化1）硅光技术极大降低光模块的封装技术难度，硅光引擎将会成为竞争重点；2）传统激光器芯片多采用IDM模式，硅光技术产业链有望进入FABLESS模式，比利时IMEC、新加坡AMF、格芯半导体等都具备了硅光芯片的制造能力；3）硅光规模化后将极大降低对某些无源器件的需求，降低封装成本。
3、目前硅光市场集中度高，Intel和Luxtera沉浸该行业多年，实现了硅光模块的小批量出货。尽管硅光行业出现了不少初创公司，但无论是出货数量还是成本都无法与Intel和Luxtera竞争。
4、国内方面：中距离方案部分厂家实现了单片集成，如SiFotonics与亨通光电；长距离方案集成难度大，硅光方案以SiFotonics为代表，混合EML方案以光迅科技、剑桥科技为代表，另外博创科技通过参股Sicoya，天孚通信通过定增布局硅光引擎。
2.本周投资逻辑及标的
1、低估值、业绩确定性强的行业龙头仍然是市场关注重点，持续推荐TCL科技、金卡智能、航天信息、东方国信等，受益标的包括中天科技、爱施德等。
2、长期标的及观点：
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1）国内公募REITs试点推进重点关注光环新网、沙钢股份（钢铁行业联合覆盖）等自有数据中心物业资产的估值提升。
2）受益于5G承载网建设，业绩稳健，估值提升：紫光股份（计算机行业联合覆盖）、烽火通信等；
3）受益于流量拉动，持续稳健成长：亿联网络、光环新网、天孚通信、星网锐捷等；
4）低估值，基本面持续同比或环比改善：航天信息（计算机行业联合）、海格通信、金卡智能（机械行业联合覆盖）、TCL科技（电子行业联合覆盖）等。
5）物联网业务向NB-IoT/Cat1/5G网络迁移，物联网模组和下游应用企业有望受益：移远通信、移为通信。
3.风险提示
数据流量增长不及预期，光模块升级需求缓慢；光模块技术标准收敛不及预期，硅光规模化市场空间小。
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[Table_AuthorInfo]
分析师与研究助理简介宋辉：3年电信运营商及互联网工作经验，4年证券研究经验，主要研究方向电信运营商、电信设备商、5G产业、光通信等领域。
柳珏廷：理学硕士，2年券商研究经验，主要关注5G相关产业链研究。
分析师承诺
作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，结论不受任何第三方的授意、影响，特此声明。
评级说明
投资评级
买入
以报告发布日后的6个增持
月内公司股价相对上证中性
指数的涨跌幅为基准。
减持
卖出
行业评级标准
以报告发布日后的6个推荐
月内行业指数的涨跌幅中性
为基准。
回避
公司评级标准
华西证券研究所：
地址：北京市西城区太平桥大街丰汇园11号丰汇时代大厦南座5层
网址：/hxzq/
说明
分析师预测在此期间股价相对强于上证指数达到或超过15%
分析师预测在此期间股价相对强于上证指数在5%—15%之间
分析师预测在此期间股价相对上证指数在-5%—5%之间
分析师预测在此期间股价相对弱于上证指数5%—15%之间
分析师预测在此期间股价相对弱于上证指数达到或超过15%
分析师预测在此期间行业指数相对强于上证指数达到或超过10%
分析师预测在此期间行业指数相对上证指数在-10%—10%之间
分析师预测在此期间行业指数相对弱于上证指数达到或超过10%
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华西证券免责声明
华西证券股份有限公司（以下简称“本公司”）具备证券投资咨询业务资格。本报告仅供本公司签约客户使用。本公司不会因接收人收到或者经由其他渠道转发收到本报告而直接视其为本公司客户。
本报告基于本公司研究所及其研究人员认为的已经公开的资料或者研究人员的实地调研资料，但本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载资料、意见以及推测仅于本报告发布当日的判断，且这种判断受到研究方法、研究依据等多方面的制约。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及预测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息始终保持在最新状态。同时，本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者需自行关注相应更新或修改。
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