2023年以来，以ChatGPT为代表的生成式人工智能大语言模型接连发布，催生了Al算力需求的激增。更长时长、更高清、更细节化的文生视频以及随之而来更多的视频数据，要求光模块具备更高的传输速率和更高的稳定性。因此，具有高速传输、高密度、高可靠和低功耗等优势的800G/1.6T及更高规格的光模块，成为AI数据中心互联的核心部件。今日，我们来回顾和总结光模块的原理和结构，以及行业的市场空间，及发展趋势，以便对行业有更全面的认识。
AI已明确加快了光模块技术迭代，并且显著缩短了光模块升级周期。2023年之前，光模块速率翻倍需要约4年时间。2023年开始，为了实现更高的传输速率以匹配日渐提高的计算速度需求，从400G到800G再到1.6T的代际升级有望缩短至两年。
根据FiberMall数据预测，2021-2025年交换机交换容量大约每2年翻1倍，相对应Serdes和光模块速率也将同步匹配。25.6T的交换机采用50G的Serdes,对外使用400G光模块；51.2T是当前主流高端交换机产品，采用100G Serdes，光互连使用800G光模块；更加高端的102.4T交换机采用200G Serdes和1.6T光模块，互联速率再次翻倍。
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
（Transmit Optical Sub-Assembly，光发射组件）
：主要负责将电信号转换为光信号，由光源
（发光二极管或激光二极管）
、光接口、监控光电二极管、金属或塑料外壳、电接口组成。光源多数采用激光二极管，功耗低、功率大并且耦合效率高。
ROSA
（Receiver Optical Sub-Assembly，光接收组件）
：其主要功能是将TOSA传来的光信号转换为电信号。ROSA包含光电二极管
(PD)
、光接口、金属或塑料外壳以及电接口。
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%。
产品分类：
按封装方式、光口速率、传输距离、调制格式、是否支持波 分复用、适用的光纤类型、光接口工作模式、光芯片类型、连接器接头 类型、使用方式、工作温度范围等。其中，封装方式、接口速率是最主 要或者常见的分类标准。
应用分类：
以太网、光纤传输、光互联、波分复用、无线前传和回传、有线接入。前三类主要用于数通网络，无线前传和回传、有线接入主要是电信网络场景。
光通信等应用领域中，激光器芯片和探测器芯片合称为光芯片。光芯片是光电子器件的重要组成部分，是半导体的重要分类，其技术代表着现代光电技 术与微电子技术的前沿研究领域。
图4：光芯片之于半导体的关系示意图
来源：源杰科技招股书
激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括 VCSEL 芯片，边发射芯片包括 FP、DFB 和 EML 芯片；探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。
光模块的下游应用广泛分布在数据中心、5G 基站和承载网、光纤接入及新兴产业等领域。光模块的市场规模主要受到电信和云厂商
（CSP）
资本支出的影响，但其中来自CSP方面的投入波动影响最大。其中2019年的下行周期，就主要是来自于云计算厂商的收缩；而在2022年年底，云厂商又开始了新一轮的压缩开支，计算和网络的投入均谨慎，致使2023 年初行业压力都较大。但之后由于AI对高速光模块市场的拉动，2023年行业全年仍实现增长。
Lightcounting数据显示，预计2024年，800G将成为市场主流，需求火热，1.6T也将开始放量，整体市场增速有望超过40%，其中数通 光模块增长预计最为迅速。预计2025年，行业还将增长20%以上，2026-2027年增速还将维持在两位数以上。
根据LightCounting的数据，2016年至2020年，全球光模块市场规模从58.6亿美元增长到66.7亿美元。光模块的全球市场规模在2022-2027年或将以CAGR11%保持增长，2027年有望突破200亿美元。
图6：全球光模块细分市场规模及同比增速
来源：LightCounting
而根据中商产业研究院发布的《2024-2029全球及中国光通信组件行业深度研究报告》显示，2023年全球光模块的市场规模约99亿美元，同比增长3.1%。中商产业研究院预测，2024年全球光模块市场规模将突破100亿美元，2027年将突破150亿美元。
2023年Q4海外云巨头的
（微软、亚马逊、苹果、Meta、谷歌）
合计资本开支同比提升4.81%至 441.64亿美元。根据 Factset一致预期，2024年合计资本开支将同比增长27.2%至1938.3亿美元。
根据华经产业研究，2021年我国光模块行业市场规模从2016年的250.9亿元增长至415.22亿元，2022年市场规模约为476.82亿元，预计2023年中国光模块行业市场规模有望达到554.5亿元。
根据国际数据公司（IDC）发布的全球以太网交换机季度跟踪报告和全球路由器季度跟踪报告显示， 2023
年，全球以太网交换机收入同比增长20.1%，达到442亿美元。2023年第四季度以太网交换机市场增长0.8%。据LightCounting对于以太网光模块销售的预测，将从2023年的12亿美元增至2024年的30亿美元和2025年的50亿美元。
图7:以太网光模块销售量
来源：Lightcounting、中际旭创公告
根据LightCounting的数据，2020年FTTx光纤接入市场全球光模块市场出货量约6289万只，市场规模为4.73亿美元，随着新代际PON的应用逐渐推广，预计至2025年全球FTTx光模块市场出货量将达到9208万只，年均复合增长率为7.92%，市场规模达到6.31亿美元，年均复合增长率为5.93%。
图8:FTTx 光模块出货量及市场规模
数据来源：LightCounting、与非研究院整理
我国目前已建成全球规模最大的光纤和移动宽带网络，截至2023年11月末，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达6.36亿户，比上年末净增5906万户，其中千兆用户占比24.6%；具备千兆网络服务能力的10G PON端口数达2272万个，比上年末净增749.6万个。
随着运营商进一步拓展千兆宽带业务，向10G PON升级已经是大势所趋。亚太运营商正引领全球接入网10G速率升级, 未来的增长空间较大。Omdia数据显示，大多数国家的FTTH基础设施建设势头正在增强，预计到2027年，全球FTTH家庭渗透将超过12亿户；全球PON设备市场预计在2027年超过180亿美元。
5G移动通信网络可大致分为前传、中传、回传，光模块也可按应用场景分为前传、中回传光模块， 前 传 光 模 块 速 率 需 达 到25G ， 中 回 传 光 模 块 速 率 则 需 达 到50G/100G/200G/400G，带动25G甚至更高速率光芯片的市场需求。
根据LightCounting的数据，全球电信侧光模块市场前传、（中）回传和核心波分市场需求将持续上升，2020年分别达到8.21亿美元、2.61亿美元和10.84亿美元， 预计到2025年，将分别达到5.88亿美元、2.48亿美元和25.18亿美元。
图9：全球电信光模块市场规模
来源：LightCounting、源杰科技招股书
全球互联网业务及应用数据处理集中在数据中心进行，使得数据流量迅速增长，而数据中心需内部处理的数据流量远大于需向外传输的数据流量，使得数据处理复杂度不断提高。
根据Synergy Research的数据，截至2020年底，全球20家主要云和互联网企业运营的超大规模数据中心总数已经达到597个，是2015年的两倍，其中我国占比约10%，排名第二。
光通信技术在数据中心领域得到广泛的应用，极大程度提高了其计算能力和数据交换能力。光模块是数据中心内部互连和数据中心相互连接的核心部件，根据LightCounting的数据，2019年全球数据中心光模块市场规模为35.04亿美元，预测至2025年，将增长至73.33亿美元，年均复合增长率为13.09%。
图10：全球数据中心光模块市场规模
来源：LightCounting、源杰科技招股书
根据Omdia对数据中心和电信场景激光器芯片的预测，高速率光芯片增速较快，2019年至2025年，25G以上速率光模块所使用的光芯片占比逐渐扩大，整体市场空间将从13.56亿美元增长至43.40亿美元，年均复合增长率将达到21.40%。
