光芯片主要用于光電信號轉換，遵循“Chip–OSA–Transceiver”的封裝順序，激光器芯片(Chip)通過傳統的TO封裝或新興的多模COB封裝形式制成光模塊(Transceiver)。在光通信系統中，常用的核心光芯片主要包括DFB、EML、VCSEL三種類型，分別應用于不同傳輸距離和成本敏感度的應用場景。
光芯片屬于技術密集型行業，具有極高的技術壁壘和復雜的工藝流程。因此，光芯片在光器件/光模塊中成本占比較大。此外，隨著芯片速率的提升，制備難度增大，成本占比或進一步提升。一般情況下，對于低速率光模塊/光器件(轉換速率小于10Gbps)，光芯片的成本占比約為30%左右;而對于高速光模塊/光器件(調制速率大于25Gbps)，芯片的成本占比約為60%左右。例如，全球數通光模塊龍頭中際旭創(公司主力產品為100G QSFP28，采用25G光芯片)，整體光芯片及組件成本占比在50%左右。相較于電芯片，目前光芯片市場規模較小，分工程度有限，垂直一體化的IDM廠商市場份額超過50%。但伴隨VCSEL芯片的消費電子市場打開，芯片市場規模加速擴展，分工程度有望提升，第三方代工模式逐漸興起。
規模：為什么市場規模加速增長且“一望無際”?
伴隨流量加速爆發，光芯片市場規模加速增長：(1)電信市場：傳輸網擴容正當時，接入網逐步向10G PON升級，5G基站大規模建設或帶來超20億美元光芯片市場空間，為4G時代2.8倍。(2)數據中心市場：數據中心市場需求持續井噴。(3)消費電子市場：VCSEL芯片切入消費電子市場，市場空間拓展10-100倍。隨著硅光集成度提升帶來價值占比提升，未來成長空間“一望無際”。
1 光芯片市場規模有望持續高增長
從細分市場看，光芯片主要應用于電信市場、數據中心市場、以及消費電子市場。其中，電信市場主要應用于傳輸網、接入網以及無線基站，市場份額占比約60%左右;數據中心市場主要應用于數據中心內部互聯、連接數據中心間的DCI網絡，市場份額占比約30%左右;消費電子市場主要包括手機3D 感應系統(內含VCSEL芯片)，市場份額占比約10%左右。對于三大細分市場的發展趨勢，我們的判斷是：電信市場近期保持穩定，有望迎來5G高增長機遇，數據中心市場將快速增長，消費電子市場規模有望呈爆發式增長。三大細分市場共同驅動光芯片市場空間持續拓展。
根據ICCSZ統計，在不考慮消費電子VCSEL激光市場規模的情況下，2015年中國光器件市場規模為16.2億美元，到2020年有望達到26.8億美元，增長65.4%。若考慮消費電子VCSEL激光器，國內光芯片市場從2018年開始將加速拓展。預計光芯片在光器件的成本占比為50%，2015—2020年間國內光芯片市場規模有望從2015年的8.1億美元增長到2020年的21.4億美元，年均復合增長率高達21.4%。
2 電信市場：近期保持穩定，有望迎5G高增長機遇
從電信市場看：有線方面，傳輸網擴容愈加緊迫，城域網100G逐漸下沉;接入網由GPON/EPON向10G PON升級。無線基站方面，目前正處于4G建設后期，需求相對疲軟。隨著5G基站大規模建設逐漸開啟，有望迎來5G高增長機遇。
2.1傳輸網擴容正當時，DFB/EML芯片需求穩步增長
隨著流量持續增長，網絡升級將遵循：骨干網→城域網→ 接入網→ 骨干網的循環過程，對高速光芯片形成持續而穩定的需求。
國內骨干網100G升級自2013年開始大規模進行，城域網將逐步提升100G的滲透率。自2017年8月份以來，三大運營商先后落實資金開啟傳輸網100G設備端口集采，同比去年有較大幅度的提升。我們認為，5G建設傳輸先行，隨著傳輸網擴容的持續推進，對DFB/EML芯片的需求有望持續提升。
2.2接入網向10G PON升級，DFB芯片需求有望提升
接入網用于連接傳輸網與終端，傳輸距離較短。目前，點到多點(P2MP)的光纖接入方式PON(passiveoptical network)是我國運營商采用的光纖接入方式，多采用EPON或GPON。隨著4K/8K視頻、VR/AR等技術的發展，EPON和GPON已逐漸無法適應用戶對帶寬的需求。為實現網路的平滑升級，PON的升級將成為關鍵因素，EPON和GPON有望向10G PON技術升級。
考慮到成本，在GPON/ EPON方面，國內大多采用FP激光器。在10G PON時代，需要采用DFB激光器。目前，國內具備自主生產DFB光芯片的企業較少，大量依賴于國外進口。隨著接入網升級的全面展開，具備10G DFB芯片量產能力的光器件廠商有望充分受益于行業需求紅利。
2.3無線基站近兩年需求放緩，5G時代芯片需求有望大幅回暖
自2015年起，4G基站建設整體進入中后期，近兩年需求有所下滑。2020年，5G規模商用開啟，有望再次拉動對光模塊的需求，市場空間超45億美元，按照芯片成本占比50%估算，市場空間超20億美元。據測算，5G基站光芯片市場規模約為4G基站2.8倍左右。與4G基站光模塊市場相比，5G基站的建設對光芯片的需求將持續提升：(1)從基站數量看：由于5G頻譜頻率上升，信號穿透建筑物的衰減較大，建站密度與4G基站相比將更高。預計未來6年內(2019—2024)有望建設581.4萬個5G基站，密度是4G基站數的1.36倍。(2)從單基站光模塊數看：5G基站架構從4G的前傳-回傳演進到前傳—中傳—回傳，單個基站需要的光模塊數有望達8—10個，較4G基站有所增加。
芯片方面，5G基站前傳至少為25G QSFP 28，主要采用DBF/EML芯片。中傳回傳有望采用10G SFP+光模塊，主要采用DBF/EML芯片。目前正處于4G基站與5G基站建設交替期，需求階段性放緩。而隨著5G商用將至，對于光芯片的需求將大幅提升，相關光芯片廠商有望迎接5G時代的高增長機遇。
3 數據中心市場規模有望快速增長
隨著大數據時代的來臨，數據中心建設在全球范圍內興起。2017年全球數據中心數量達到840萬座，其中美國占據全球近一半的數據中心，成為過去幾年數據中心市場增長的主要驅動力。2012—2017年，全球IDC市場規模的復合增長率為15.94%;同期，中國IDC市場規模的復合增長率高達35.02%，高于全球增速19.08個百分點。
2017年，中國IDC市場規模達946.1億元，2018年有望超過1200億元。我們認為，數據中心市場規模及其營收占比持續提升，將接力電信市場，成為未來五年驅動光器件行業規模擴張的重要動力。
在光器件市場中，數據中心市場占整個光器件市場的近1/3。根據LightCounting預測，2019年數據中心光模塊銷量有望超過5000萬個，市場規模有望從2014年的16億美元增加2021年的49億美元。從應用場景看，光芯片在數據中心主要可以分為兩類：數據中心內部互聯(主要采用VCSEL芯片)以及DCI網絡(主要采用DFB/EML芯片)。
3.1 數據中心內部市場的發展有望提升VCSEL/DFB芯片的需求
數據中心內部連接距離相對短，以850nm的VCSEL和1310nm的DFB芯片為主。其中，100GAOC和100G SR4主要以VCSEL芯片為主，100G PSM4和100G CWDM4主要以DFB芯片為主。
隨著數據中心承載的功能逐漸增加，數據中心內部傳統的三層網絡架構(接入層、中層的匯聚層)逐漸難以適應內部流量集中的趨勢，帶寬壓力持續增大，新型分布式數據中心葉脊式網絡架構興起。葉脊拓撲網絡是兩層結構，包括脊交換機和葉交換機，數據中心與外部的連接可以通過(邊緣)脊交換機或(邊緣)葉交換機實現。在該結構下，每臺脊交換機與每臺葉交換機之間都要進行連接。與傳統網絡層相比，葉脊網絡擴大了接入層、匯聚層與主機之間的連接數。因此，在數據傳輸的效率得到提升的同時，對于光模塊的需求也大大增加。
2020年光芯片市場空間測算：核心假設：1、新架構為1：1收斂比的二層脊葉型數據中心;2、數據中心使用10G和100G兩種端口;3、單臺葉交換機下連兩個機柜共20臺服務器，單臺脊交換機下連10臺葉交換機。在此假設下，100萬服務器的數據中心需要200萬/20*40=400萬個10G光模塊，200萬/20/10*40=40萬個100G光模塊。根據Ovum，到2020年全球新增100個數據中心(100萬臺服務器)，則市場空間高達120億美元。我們假設VCSEL芯片在光模塊中的成本占比約35%，則2020年VCSEL芯片在數據中心內部的市場規模約為42億美元。
3.2 數據中心互聯(DCI網絡)市場規模發展將帶來DFB/EML芯片需求
流量爆發引起網絡結構變化，驅動數據中心互聯(DCI)市場呈高速發展趨勢。目前，由于不同地區數據中心之間的信息需要通過電信骨干網相連，因此傳輸時延和傳輸成本無形之中大大增加。隨著數據中心流量的爆發，骨干網的帶寬成為限制數據互訪流量爆發的瓶頸。在此背景下，DCI網絡在不同地區的數據中心之間重新建立新的傳輸通道，將極大地提升數據中心之間的傳輸效率，同時減少骨干網的傳輸壓力。DCI網絡需要滿足兩點：(1)要求網絡架構采用DC間一跳直達的全互聯、扁平化網絡，滿足低時延要求。(2)要求網絡架構具備高密度100GE端口，及面向1T、2T的平臺平滑演進能力。
DCI網絡主要采用WDM系統(包括CWDM和DWDM)，按距離可分為同一城市內互聯和城市間互聯。前者對應的傳輸距離一般在40公里以內，主要用到DFB芯片;后者對應的傳輸距離一般在為幾百公里，主要用到EML芯片。隨著DCI網絡建設的逐步推進，對于高速光芯片的需求有望快速增長。根據Ovum測算，2014年全球DCI市場規模約25億美元，2019年有望達到42億美元。我們假設DCI網絡建設中，光芯片在光模塊中的成本占比為50%，DCI網絡的光芯片市場規模有望從2014年的12.5億美元增長到2019年的21億美元。
京公網安備 11010502049343號