2022年光模块行业下游应用领域市场规模前景预测及投资规划指导可行性研究
（1）光模块产品概述:光模块产品是实现光纤通信系统中光电和电光转换的重要光电子器件，主要由光器件、功能电路和光接口等构成。光模块产品结构示意图如下图所示：
光模块产品结构示意图
（2）光模块行业发展历程:回顾光模块产业发展历程，光模块产品逐渐向可热插拨、小型化、高速率、智能化、集成化方向发展，其技术升级路线可大致按照主流封装形式划分为三代，具体如下：
光模块技术升级路线图
第一代（1995年-2000年）以1X9、GBIC、SFF形式为主流代表。1X9是较早的光模块应用，是固定的光模块产品。随后向热插拨、小型化两个方向演进。热插拨方向形成了GBIC光模块，作为独立模块使用，无需切断电源即可定位故障，方便了光模块的管理与维修。小型化方向形成了SFF光模块，SFF光模块采用精密光学及电路集成工艺，尺寸仅有1X9的一半，增加了通信设备端口密度，降低单位端口的功耗及成本。
第二代（2000年-2028年）以SFP、QSFP、QSFP-DD/OSFP等形式为代表。随着数据通信网络向高速率、大容量发展，通信设备端口密度提升，推动光模块不断突破技术限制，向小型化、高速率、智能化、集成化方向发展。以目前广泛应用的SFP形式为例，其兼具GBIC的热插拨和SFF高集成小型化优势。此外，光模块也由10G-40G升级到100G/200G/400G高速光模块领域，并且演化出数据诊断等智能化功能。
第三代（2024年后）以光电共封装（CPO）形式为代表，主要采用硅光集成技术。预计到2024年，800G高速光模块会进入规模化生产阶段，光电共封装、硅光集成技术会在速率、能耗、成本方面逐渐超越传统光模块。这一时期是光模块的创新发展时期，光模块的产品成本、性能、技术等会进一步完善，以适应新一代信息技术加速升级革新的发展需求，推动光模块向超高速率、超高集成度方向发展，凸显高端光模块竞争优势。
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国光模块市场专项调研及投资前景可行性预测报告》
3、光模块行业下游应用领域及发展前景:光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场。其中数通市场是光模块增速最快的市场，目前已超越电信市场成为第一大市场，是光模块产业未来的主流增长点；电信市场是光模块最先发力的市场，5G建设将大幅拉动电信用光模块需求；新兴市场包括消费电子、自动驾驶、工业自动化等市场，是未来发展潜力最大的市场。光模块的下游应用广泛分布于数据中心、5G基站及承载网、光纤接入及新兴产业。
（1）数据中心的发展推动数通光模块市场迅速发展:
1）数据流量及数据交汇量的增长推动数通光模块市场的发展:近年来，随着云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展及加速应用，传统产业及大众生活形式的数字化转变加速。移动支付、移动出行、远程控制、高清视频直播、移动餐饮外卖、虚拟现实等的普及，驱动数据流量和数据交汇量迎来爆发式增长。根据中金企信统计数据，全球数据流量由2015年的8.59ZB增长至2019年的41ZB，预测2025年会增长至175ZB，2015-2025年均复合增长率达到35.18%。
2015-2025年全球数据流量现状及预测
数据统计：中金企信国际咨询
数据流量及数据交汇量的增长给光通信设备带来了极大的挑战，亦对光通信技术提出了更高的功能性要求。传统的光通信设备难以满足高速率、大容量的数据流量的计算、存储、处理与传输需求，由此推动光通信设备向大容量、高速率方向实现技术升级和应用。光模块作为光通信设备的重要组成部分，是光通信技术更新迭代的重要基础，伴随着光通信技术的升级应用稳步发展。
2）数据中心市场扩容推动数通光模块市场的发展：随着云计算需求和数据流量的持续增长，新一代信息技术与电信、商务、金融、信息化平台、社交等社会各行各业加速融合，信息设备连接更丰富、应用场景更复杂。为了应对海量设备连接及复杂的应用场景，对数据的计算、存储及处理能力提出了更高的要求，并推动数据流量向集中化发展，由此推动数据中心市场规模的持续增长。根据中金企信统计数据，我国数据中心市场规模由2014年的372.2亿元增长到2019年的1,562.5亿元，2014-2019年均复合增长率为33.23%。
此外，由于应用场景、数据结构复杂化，数据处理及信息交互更加频繁，数通市场对数据中心的规模及功能集成提出了更高的要求。传统的中小型、分散型数据中心难以满足数据中心厂商提高整体营运效率、降低能耗、节约成本的需求，成为全球数据中心向集中化、集成化方向发展的主要推动力。国内外互联网龙头企业如谷歌、亚马逊、微软、Facebook、阿里巴巴、腾讯、华为等纷纷布局超大规模数据中心，超大规模数据中心是未来数据中心发展的主要趋势。我国在超大规模数据中心领域布局有待提升，根据统计数据，截至2020年底，全球20家主要云和互联网服务公司运营的超大规模数据中心总数已增至597个，比2015年底增加了一倍多。我国超大规模数据中心全球占比仅为10%，与美国的39%相比，仍有巨大的发展空间。
2020年底全球主要国家占全球超大规模数据中心总量的比例
数据统计：中金企信国际咨询
光模块作为实现数据中心内部及外部设备互联的功能性器件，数据中心的持续扩容激发了光模块市场的快速发展潜力。此外，数据中心内外部连接所需光模块数量随着数据中心规模的增长而增长，超大规模数据中心内外部连接更复杂，一般单个超大规模数据中心含有5万-10万个服务器，所需光模块数量巨大，将有利于数通光模块市场的跨越式增长。
3）数据中心升级改造带动数通光模块市场的新一轮增长：2020年数据中心内部数据流量占比77%，数据中心之间的数据流量占比9%，数据中心与用户之间的数据流量占比14%，数据中心内部数据流量成为数据中心的主要数据量。
2020年数据中心流量构成分析
数据统计：中金企信国际咨询
数据中心的超大规模化及集成化急剧加大了数据中心内部的数据流量，给数据中心网络架构形成了挑战，传统的三层网络架构难以应对数据中心内部的数据交换及数据处理，网络架构扁平化需求强烈。如下图所示，叶脊网络架构是扁平化网络，每台脊交换机都与所有叶交换机相连，数据传输可以动态选择多条路径，能有效缓解宽带压力，提高数据传输的效率、可靠性。叶脊两层网络架构是应对数据流量暴涨的良好解决方案，被数据中心厂商广泛认可与应用。
数据中心内部网络架构演进图
叶脊网络架构加大了数据中心内部设备的需求，极大地提升了连接端口数。同时，还提升了内部设备的连接密度、接口速率及交换容量。光模块作为数据中心内部设备连接的功能性模块，其产品需求将随着数据中心内部设备连接需求的增长同步增长。此外，连接密度、接口速率及交换容量的提升亦将推动光模块产品向高速率方向更新迭代。高速率产品由于技术水平高、生产投入大，产品附加值较高，有利于提升光模块产品的整体价值。
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（2）5G网络的商业化应用推动电信光模块市场快速发展：根据中金企信统计数据，全球电信网络高速光模块市场规模由2018年的40亿美元增长到2021年的55亿美元，2018-2021年均复合增长率为11.20%。
1）5G技术推动电信光模块市场的发展：全球通信技术处于高速革新阶段。为了应对数据流量的增长、万物互联、全新的产业生态，第五代移动通信技术应运而生。5G技术相比4G技术具有超高速率、超大带宽传输能力、超大容量，是对4G技术的质的飞跃。传统的4G通信设备难以满足5G技术的市场需求，推动了光通信设备的升级换代，由此推动了光模块市场的快速发展。
2）5G市场持续扩容推动电信光模块市场的发展：光模块是5G网络物理层的基础构成单元，广泛应用于5G基站及承载网。
①5G基站：为了实现更高的传输速率，5G采用高频段频率，高频段频率信号衰减速度快，决定了5G基站的建设密度要大于4G基站的建设密度，因此，在覆盖相同区域的情况下，5G基站的需求数量远高于4G基站，预计建站规模将是4G的1.5到2倍。根据工信部数据，中国的5G基站数量由2019年的13.3万个激增到2020年的71.8万个，其占全国移动通信基站总数的比重也由1.7%提高到了9.1%。
随着4G基站建设速度放缓，2G、3G基站被淘汰，5G基站建设将会成为主流。5G基站预计从2020年到2024年将保持46.4%的年复合增长率，其占比将由9.1%提高到34.0%。单个5G基站可能需要5-10支光模块，5G基站的建设需求将刺激运营商对光模块的需求，进一步提高光模块制造商的产能和收入。此外，5G基站的建设也会带动运营商对骨干网络的不断升级，以匹配不断增长的数据流量。
②5G承载网：为了应对5G网络海量设备连接、复杂的应用场景，5G承载网架构由4G的前传—回传的两级网络架构演变为前传—中传—回传三级网络架构，5G将原4G无线接入网功能模块重新拆分，网络架构的连接更紧密，连接端口更复杂，所需的光模块数量更多。
4G和5G承载网架构图
此外，由于5G网络相对4G网络具有超高速率、超大带宽、超大容量及低时延的特点，单个5G基站所需的5G光模块的数量及速率更高。根据最早实现5G商业化应用的韩国光模块发展情况分析，从数量看，相对4G光模块，5G光模块将呈倍数增长。5G所需的前传光模块是4G时期的3-4倍。从速率分析，5G光模块速率显著提升。5G前传光模块从4G时期的10G及以下升级到25G/50G；5G回传光模块由4G时期的10-40G演进为100G/200G/400G，行业内开始部署800G的光模块。5G光模块市场有望实现量价齐升。
（3）光纤接入推动光模块市场快速发展：
1）光纤接入市场持续扩容推动光模块市场的发展：从国内市场看，我国政府高度重视宽带网络及光纤接入工程建设，将光纤接入作为实现国民经济新一轮发展的基础网络工程，鼓励光纤到户、城乡全覆盖光纤接入工程的建设。国家政策支持推动我国光纤接入市场的迅猛发展，根据工信部数据，截至2020年6月，我国光纤接入用户达4.3亿户，占固定宽带用户比重由2015年的56.10%增长至2020年的93.20%，接入率处于全球领先地位。其中100Mbps及以上接入用户超4亿户，占总用户比重为86.80%。光纤接入成为主流的固定宽带接入方式。
2015-2020年我国光纤接入用户和百兆及以上接入用户占比分析
数据统计：中金企信国际咨询
从国际市场看，截至2020年6月，中国光纤接入市场渗透率达到93.2%，仅次于新加坡（99.7%），领先于全球其他国家和地区，尤其是欧洲及美国。根据统计数据，2019年德国、美国、法国光纤接入用户渗透率仅为3.2%、14.3%、16.5%，与同期中国光纤接入市场92.9%的渗透率相比差距明显，这说明未来国际光纤接入市场上升空间巨大。目前，全球各地区政府高度重视光纤接入工程建设，例如德国推出“面向未来的千兆德国”工程、美国斥资建设农村光纤网络等等。在政府鼓励及通信技术高速发展的助力下，全球光纤接入建设将大规模提升。光模块作为光纤通信系统的核心器件，市场需求必然会随着光纤接入市场的发展而显著提升。2）光纤升级改造推动光模块新一轮发展随着5G、云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术加快应用，推动传统产业数字化发展，数据流量呈指数级增长，传统光纤宽带网络难以满足高速化、大容量化的数据传输与处理需求，推动光纤宽带网络向高速化、大容量化发展。例如接入网由GPON/EPON向10GPON升级；城域网正逐步由40G向100G/400G升级；骨干网进入了100G/400G阶段，并逐步向800G部署。光纤宽带网络呈现出从10G-40G向100G-400G跨进，并开始向800G部署的趋势。光纤网络升级改造为光模块的发展带来了新的机遇，推动光模块产业的新一轮增长。
（4）新兴产业的发展带来光通信市场的发展潜力：以第五代通信网络、物联网、云计算、大数据、智能电网等为代表的新一代信息技术，正成为下一轮经济发展的重要推动力量，消费电子、自动驾驶、工业自动化等领域会伴随着技术革新而全面爆发。在消费电子领域，伴随着超高速率、超大容量、海量连接的新一代技术的发展，音频视频、在线游戏、3D感应、虚拟现实、智能穿戴产业将快速发展，消费电子时代有望全面爆发。在自动驾驶、工业自动化领域，5G技术的超低时延、海量连接的特点，为实现4G技术无法实现的自动驾驶、工业自动化提供了可能。目前，消费电子、自动驾驶、工业自动化等新兴产业还处于早期发展阶段，随着新一代信息技术的加速演进及应用，有望迎来全面爆发。光模块作为通信领域的基本构成单元，有望同步迎来爆发式增长。
4、光模块行业市场情况：光模块作为构建现代高速信息网络的基础元器件，具有广阔的发展前景。中金企信统计数据显示：全球光模块市场规模从2015年的75.1亿美元大幅增长到2020年的105.4亿美元，年复合增长率约为7.0%。其中，数通市场的增长速度高于电信市场，其市场规模保持14.5%的年复合增长率，从2015年的31.5亿美元增长到了2020年的54.2亿美元，占比由2015年的41.9%相应地提高到2020年的51.4%。由于下游5G网络和数据中心的建设需求将持续增加，电信市场和数通市场的光模块都将持续增长。全球光模块市场规模预计将保持7.0%的年复合增长率，从2020年的105.4亿美元增长到2024年的138.2亿美元。应用于数通领域的光模块市场规模预计则由2020年的54.2亿美元大幅增长到2024年的83.9亿美元，年复合增长率约为11.5%，其占比则从51.4%进一步提高至60.7%。相较于数通市场，电信市场的增长速度趋于平缓。这是由于全球范围内的数据中心建设正在高速进行，且数据中心的建设方的购买力更强，而电信应用的运营商往往受制于其本身的发展战略，对光模块的需求相对稳定。受益于中国政府对5G网络建设的推动和互联网公司数据中心的建设，以生产收入计，中国的光模块市场规模从2015年的225.4亿人民币增长到了2020年的392.3亿人民币，年复合增长率约为11.7%。与全球的发展情况类似，中国的数通市场增长速度也高于电信市场，其占比由2015年的42.6%提高到2020年的53.1%，市场规模从2015年的96.0亿人民币增长到了2020年的208.4亿人民币。
基于数通市场和电信市场的需求未来都将增加，中国的光模块市场规模预计将保持11.2%的年复合增长率，由2020年的392.3亿人民币增长到2024年的599.3亿人民币。中国光模块市场的需求未来将主要由数通市场推动，应用于数通领域的光模块市场规模预计从2020年的208.4亿人民币大幅增长到2024年的371.1亿人民币，年复合增长率约为15.5%，其占比将从53.1%进一步提高至61.9%。除此之外，随着中国光模块制造商的逐渐崛起，全球的光模块生产的重心将逐渐从海外市场转移到中国。尤其是随着新冠疫情的全球蔓延，海外光模块制造商在海外的工厂生产难以获得稳定保障。因此，中国光模块市场规模将会持续增长。
随着数据流量爆发，5G通信网络建设及云计算需求的不断增长，宽带网络不断升级，数据中心市场扩容，由此推动宽带用户接入、5G基站及网络、数据中心服务器、交换器等向高速率方向发展，对光模块的性能指标要求越来越高，高速率光模块的应用场景扩大、出货量占比不断上升，将成为未来光模块市场增长的主要推动力。
从电信光模块市场看，2018年开始400G光模块便已经进入了电信骨干网，随后，城域网也启动了400G光模块的建设，根据Ovum的预测，预计到2024年，400G光模块将成为电信网络光模块的主流类型，占比将超过50%。未来随着光通信技术的发展，800G光模块有望实现量产。
从数通光模块市场看，光模块在数据中心内部互连和数据中心间DCI连接起着至关重要的作用，高带宽市场需求逐渐扩大，将延伸高速光模块的应用场景。预测到2024年，数通高速光模块市场整体将达65亿美元。
中金企信国际咨询专业编制《光模块项目可行性研究报告》为企业投融资、项目立项、银行贷款申请、批地申请等提供专业化优质服务。
5、光模块行业发展趋势及技术水平特点：随着5G、云计算、大数据、物联网等新一轮技术的商业化应用，用户对光通信网络的带宽提出了更高的要求，光电子器件行业技术正处于升级革新阶段，带动光模块行业向高速率化、集成化、智能化方向发展。
（1）高速率化：高速率主要指信息传输及交换的速率。伴随着5G、数据中心等技术向高速率方向发展，下游光通信市场对光传输速率、数据交换效率提出了更高的要求，解决信号卡顿、提高用户体验的要求带动了光通信技术向高速率化方向发展。现在的光模块主流应用速率逐渐从10G-40G跨步到100G-400G，行业内企业还纷纷开展800G技术研发以尽早实现800G商业化应用。除了提高单个波长的传输速率外，增加单光纤中传输的波长数，即波分复用技术（WDM）也得到了广泛的应用。WDM技术是利用两个或两个以上的光波长在同一根光纤传输信息的技术。WDM技术有以下优势：
1）增加光纤的传输容量，使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍，节约光纤资源；
2）具有在同一根光纤中传送两个或数个非同步信号的能力，有利于数字信号和模拟信号的兼容；
3）便于进行扩容，只需更换端机和增加附加光波就可以扩容，不必铺设更多光纤、使用高速网络部件。WDM技术的应用从骨干网逐步拓展到城域网、接入网、数据中心和5G前传等领域。应用领域的拓展对WDM技术的场景适应性、稳定性要求越来越高，在WDM系统的系统容量、传输距离、设备接口特性等方面的技术水平要求也在不断提高。
（2）高集成化：高集成主要是指突破现有工艺及技术瓶颈，实现光模块功能集成以减轻光模块体积、重量及能耗。随着5G通信技术向海量连接、大容量方向发展，为了实现信号全面覆盖，光通信设备需要布局大量的光模块，光模块需要实现高密度连接，驱动光模块向高集成化方向发展。光模块厂商致力于突破光模块产品体积重量能耗及功能元件密度的限制，高集成技术是未来行业技术发展的重要方向，光模块领先企业纷纷投入大量资本进行高集成技术的研发及产业化。
硅光集成技术将是未来光模块市场发展的主要趋势，硅光集成技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有成熟的CMOS工艺实现多种光器件的高度功能集成，具有超高速率、超低功耗、超低规模化成本等特性的新一代技术。当前主流的光集成技术以稀有材料磷化铟作为主要材料，材料成本昂贵，难以实现大规模集成。而硅材料本身价格低廉且已经成熟应用于电子集成电路，材料成本低廉以及具有成熟的工艺基础，适合规模化生产。并且，以磷化铟为材料的光集成技术只负责数据的交换，不涉及数据的存储与处理，不利于通信信息安全。而以硅为材料的光集成技术兼具数据的交换、存储以及处理，是下一代光通信的技术趋势。
高速率是光模块的未来发展必然趋势，随着光模块向400G、800G甚至1.6T等高速率演进，以Tb/s的光纤传输速度或将成为光通信传输速率瓶颈，而硅光子集成技术具备的超高传输速率能打破这一瓶颈，实现Pb/s量级的传输。同时，由于硅材料价格低廉且在半导体工艺中实现了成熟应用，能极大地降低光模块的采购成本及集成技术难度，突破传统光模块的成本限制。硅光集成技术的研发及产业化主要集中于光模块产业链中的上游硅光芯片制造，以Intel、Luxtera为代表的国外企业为主导，国产化率较低。
（3）智能化：智能化主要是指带有数据诊断功能，为实现光通信系统管理及性能检测提供依据。智能化光模块具有自动预测寿命、验证产品标准、定位故障、读取芯片存储信息等功能，以实现更高效的自动化、数据化管理。全球通信产业正处于与新一代信息技术大融合的阶段，智能化是全球通信行业发展的必然趋势。光模块的主要下游应用领域5G基站、数据中心、光纤接入、消费电子、自动驾驶、工业自动化等的传统属性正在被重新定义，推动光模块向智能化方向发展。具有数据诊断功能的光模块是各厂商技术升级换代的主流产品。