光模塊設(shè)備報告：AI帶動光模塊需求高增設(shè)備市場空間廣闊

|證券研究|證券研究報告|設(shè)備報告——AI帶動光模塊需求高增，設(shè)備市場空間廣闊23.07.031核心觀點：光模塊是光纖通信系統(tǒng)中核心器件之一，它的功能是實現(xiàn)光電信號的相互轉(zhuǎn)化。因為人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G的興起,使得光模塊需求迅猛增長。光模塊目前主要應(yīng)用市場包括數(shù)通市場、電信市場和新興市場，其中數(shù)通市場增速最快。AI算力需求爆發(fā)帶動光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速。隨著電信市場、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域擴張需求增強、以及光通信技術(shù)的成熟和成本下降，全球光模塊市場快速增長。根據(jù)Lightcounting預(yù)計，光模塊市場2021-2025年的復(fù)合年增長率為11%，預(yù)測2025年全球光模塊市場將達到113億美元。其中2021年全球數(shù)據(jù)中心光模塊市場規(guī)模為43.8億美元，2025年全球數(shù)據(jù)中心光模塊市場規(guī)模預(yù)計將增長至73.3億美元，2021-2025年的復(fù)合年增長率達14%。光模塊國內(nèi)供應(yīng)鏈健全，可出口海外，相對光通信其他領(lǐng)域，光模塊業(yè)績彈性更大。光模塊朝著高速、高集成度的方向發(fā)展。光模塊在近20多年技術(shù)進步迅速，支持的速率也從最初的不到10Gbps發(fā)展到目前最高的800Gbps，并且隨著對數(shù)據(jù)交換需求的提升，光模塊將來會進一步提速。光模塊的集成度的提升，會帶來系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性的增強和能耗降低。數(shù)據(jù)中心光模塊大多采用COB封裝技術(shù)，高速光模塊對設(shè)備精度要求更高。光模塊生產(chǎn)工藝主要環(huán)節(jié)包括貼片、打線、光學(xué)耦合、測試，其中貼片機是價值量最高的環(huán)節(jié)。400G、800G等高速光模塊快速發(fā)展會拉動高精度貼片機需求。硅光子技術(shù)和CPO等方案具備高速、高密度、低功耗的優(yōu)勢，有望成為下一階段的封裝工藝。受益標(biāo)的：貼片機：羅博特科、易天股份、博眾精工、凱格精機；焊接：聯(lián)贏激光風(fēng)險提示：高速光模塊技術(shù)進展不及預(yù)期；數(shù)通領(lǐng)域需求不及預(yù)期；相關(guān)上市公司技術(shù)進展、擴CCONTCONTENTCCONTCONTENT1光模塊市場空間廣闊專業(yè)|領(lǐng)先|深度|誠信31.1光模塊是光纖通信系統(tǒng)中核心器件之一光模塊是光纖通信中的重要組成部分：是實現(xiàn)光信號傳輸過程中光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能的光電子器件。光模塊由光器件、功能電路和光接口組件等組成，其中核心構(gòu)成器件是光收發(fā)器件，主要包TOSA，ROSA。光模塊的是完成光電轉(zhuǎn)換的器件，在光模塊的發(fā)送端電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳送后，接收。圖表1：光模塊結(jié)構(gòu)圖表2：光模塊工作原理來源：源杰科技招股書，中泰證券研究所來源：搜狐新聞，中泰證券研究所41.1光模塊是光纖通信系統(tǒng)中核心器件之一數(shù)通市場是光模塊增速最快的市場：光模塊目前主要應(yīng)用市場包括數(shù)通市場、電信市場和新興市場，其中數(shù)通市場增速最快，已超越電信市場成為第一大市場，是光模塊產(chǎn)業(yè)未來的主流增長點。場51.2光模塊市場廣闊，相對其他環(huán)節(jié)業(yè)績彈性更高多因素促進光模塊市場持續(xù)高增。隨著通信技術(shù)的發(fā)展需求、數(shù)據(jù)中心的擴張需求、光通信技術(shù)的成熟和成本下降，使得全球光模塊市場快速增長。根據(jù)Lightcounting預(yù)計，光模塊市場2021-2025。國產(chǎn)廠商光模塊競爭力增強，份額不斷提升。得益于國內(nèi)光模塊企業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)鏈集成能力增強，光模塊逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代。2021年，光迅科技、中際旭創(chuàng)、海信寬帶、昂納信息進入全球前十，合計占據(jù)全球26%的市場份額。國內(nèi)光模塊供應(yīng)鏈健全，可以出口海外，相對于光通信其他領(lǐng)來源：源杰股份招股說明書，LightCounting，中泰證券研究所來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，中泰證券研究所61.3光模塊發(fā)展趨勢：增強傳輸能力，提升器件集成化數(shù)據(jù)需求增加+高速網(wǎng)絡(luò)需求，推動高速光模塊快速發(fā)展。①數(shù)據(jù)量增加：隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長。為滿足這些應(yīng)用的需求，光模塊需要提供更高的帶寬來傳輸大量的數(shù)據(jù)。②傳輸速度增加：高清視頻、虛擬現(xiàn)實、在線游戲等應(yīng)用對網(wǎng)GG0G、光模塊集成化程度越來越高。①集成化設(shè)計可以減小模塊的尺寸，滿足緊湊型設(shè)備和高密度布局的需求。②現(xiàn)代通信系統(tǒng)越來越復(fù)雜，需要處理更多的信號和數(shù)據(jù)，簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。CPO(光電共封裝技術(shù))和硅光子技術(shù)等先進方案憑借高速、高密度、低功耗的7光模塊處于光通信產(chǎn)業(yè)鏈中游。光通信產(chǎn)業(yè)鏈包括光通信器件(含芯片)、光纖光纜和光整機設(shè)備。光模塊廠商從上游企業(yè)采購光芯片及電芯片、光組件等原材料，經(jīng)過集成、封裝、測試合格整合為有對應(yīng)需求的光通信設(shè)備，應(yīng)用于電信及數(shù)據(jù)中心市場。光器件和光芯片是光模塊的兩大核心部件，成本占比最高。以聯(lián)特科技的成本構(gòu)成為例，其中光 來源：源杰科技招股書，中泰證券研究所來源：聯(lián)特科技招股書，中泰證券研究所8標(biāo)的來源：ofweek，ITBANK，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，中泰證券研究所9CCONTCONTENTCCONTCONTENT2AI高算力推動，光模塊需求專業(yè)|領(lǐng)先|深度|誠信AI帶動光模塊需求高增AI帶動光模塊需求高增2.1光模塊發(fā)展歷程：技術(shù)更迭速度快GBIC為獨立模塊使用，但體積較大限制了光口密度。為了滿足高XENPARKXPARKXFPCFPSFP不斷 AI帶動光模塊需求高增AI帶動光模塊需求高增2.2行業(yè)為何近年發(fā)展迅速：AI發(fā)展加持數(shù)通市場：光通信技術(shù)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)可提高計算和數(shù)據(jù)交換能力，光模塊成為數(shù)據(jù)中心互連的核心部I圖表13：2024年全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心數(shù)量(個圖表14：2025年全球數(shù)據(jù)中心光模塊市場(百萬美元)AI帶動光模塊需求高增AI帶動光模塊需求高增2.2行業(yè)為何近年發(fā)展迅速：全球數(shù)據(jù)量高增全球數(shù)據(jù)量需求持續(xù)增長帶動光模塊需求增長，據(jù)根據(jù)Omdia的預(yù)測，在2018-2024年期間，來自蜂窩網(wǎng)絡(luò)和消費者固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)據(jù)流量將以28.7%的復(fù)合年增長率(CAGR)增長。PB被傳輸，遠遠高于2018年的130萬PB數(shù)據(jù)。這意味著市場擴大了4.5倍。流量需求的增長+光通信技術(shù)的升級，光模塊器件保持持續(xù)增長。光電子、云計算技術(shù)等不斷成熟，將促進更多終端應(yīng)用需求出現(xiàn)，并對通信技術(shù)提出更高的要求。受益于信息應(yīng)用流量需求的Omdia13CCONTCONTENTCCONTCONTENT3光模塊工藝與設(shè)備專業(yè)|領(lǐng)先|深度|誠信3.1光模塊封裝方式數(shù)據(jù)中心光模塊大多采用COB封裝技術(shù)。光模塊大致可以分為電信級和數(shù)據(jù)中心光模塊。前者應(yīng)用的環(huán)境(盒式)封裝技術(shù)；數(shù)據(jù)中心光模塊多采用非氣密性COB(板上芯片封裝)封裝技術(shù)。連續(xù)性以及信號完整性難以保障。而在COB封裝中，激光器能夠直接與PCB通過金線鍵合連接，大大減少等部件，節(jié)約了空間。而使用COB封裝，節(jié)約的空間能夠給電學(xué)提高更多冗余設(shè)計，比如增加更多濾BPC 來源：光迅科技公司公告，中泰證券研究所來源：光電匯OESHOW，中泰證券研究所3.2光模塊工藝流程COB封裝光模塊的主要工藝步驟包括貼片(diebonding)、打線(wirebonding)、光學(xué)耦合、測試。其例)3.3核心工藝環(huán)節(jié)1、貼片(DieBonding)?傳統(tǒng)貼片工藝采用膠水貼裝的方式將各類芯片固定在PCB上。例如數(shù)據(jù)中心光模塊內(nèi)的時鐘恢復(fù)芯片、阻放大器芯片、激光器芯片、探測器芯片等，常用銀膠直接貼裝在PCB上。?光模塊PCB板通常尺寸較小，為完成芯片的貼裝，需在PCB板前端預(yù)留一部分空間形成“裸板” ICPCB裸板”處，然后將IC芯片和半導(dǎo)體芯片的位置，再將粘合劑固化。?高精度貼片機是高速光模塊核心設(shè)備，800G光模塊的貼片精度高于400G，大部分的高端光模塊內(nèi)部核心激光器芯片貼裝精度控制僅允許±3pm之間，為后面的器件耦合工藝提供足夠、穩(wěn)定的對準(zhǔn)誤差空間廣闊。 來源：今日光電，中泰證券研究所 來源：今日光電，中泰證券研究所3.3核心工藝環(huán)節(jié)?引線鍵合指芯片通過金屬線鍵合與基板連接，電氣面朝上；該工序的目的是使裸露的IC芯片通過梁式引線與印制電路板有可靠的電氣鍵合。芯片貼裝完成后，用引線將芯片的壓焊位連接在印制電路板的焊鍵合。?常用的鍵合工藝，有熱壓、超聲或者是二者結(jié)合。將金屬引線連接到焊盤的方法主要有三種：熱壓法將焊盤和毛細管劈刀通過加熱、壓縮進行連接的方法；超聲波法，將超聲波施加到毛細管劈刀上進行連接的方法；熱超聲波法同時使用加熱和超聲波的綜合式方法。其中金絲熱超聲波法是最常采用的鍵合方法。圖表22：COB封裝中wirebonding實物圖圖表23：引線鍵合的種類及示意圖OESHOW，中泰證券研究所來源：面包板，中泰證券研究所183.3核心工藝環(huán)節(jié)3、光學(xué)耦合?耦合是光模塊封裝中工時最長、最容易產(chǎn)生不良品的步驟。對多模光模塊來說，普遍采用面發(fā)射激光器VCSEL，經(jīng)反射鏡耦合進入多模光纖中，其光路簡單、容差大、工藝相對簡單。而單模光纖則復(fù)雜的多，由于單模光纖纖芯直徑比多模光纖小，只有9pm，需要透鏡進行聚焦耦合。 OESHOW，中泰證券研究所 通信，中泰證券研究所3.3核心工藝環(huán)節(jié)4、焊接裝配?光路耦合結(jié)束后，光模塊雛形就制作完成，下一步進行外殼裝配，使之成為完整的光模塊。裸芯片與布線板實現(xiàn)微互聯(lián)后，需要通過封裝技術(shù)將其密封在塑料、玻璃、金屬或陶瓷外殼中，以確保半導(dǎo)體集成電路芯片在各種惡劣條件下正常工作。光模塊中焊接工藝可采用熱壓焊接(hotbar)、激光焊接?激光焊接更適用于光通訊模塊的制造。光模塊本身集成度高，且大量使用FPC軟板，因此激光焊接相較于傳統(tǒng)的烙鐵焊接、熱風(fēng)焊接、HotBar焊接、電子壓焊、波峰焊接等更適用于光通訊模塊的制造。203.3核心工藝環(huán)節(jié)5、老化?測試是光模塊生產(chǎn)的最后步驟，主要分為性能測試和可靠性測試?？煽啃詼y試項通常包括高低溫帶電老化理線方式(GPIB,USB,RS232等)與計算機自動進行產(chǎn)品編號管理、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)判別以及數(shù)據(jù)存儲等，它集成了儀器技據(jù)庫應(yīng)用方面等技術(shù)。?圍繞待測器件ROSA端的靈敏度測試，應(yīng)用BERT單端驅(qū)動一個標(biāo)準(zhǔn)的光模塊，產(chǎn)生基準(zhǔn)光信號,經(jīng)WDM分波輸入多通道衰減儀，衰減儀模擬鏈路損耗，將衰減后的信號送入待測模塊的ROSA端，完成光電轉(zhuǎn)換后，下的誤碼率，最終通過擬合方法快速獲取模塊靈敏度指標(biāo)。?對于TOSA端光學(xué)指標(biāo)測試，同樣通過BERT單端驅(qū)動待測光模塊，經(jīng)WDM器件將多路信號送入眼圖儀進，亦可選用光開關(guān)進行多路眼圖的串行測試。3.4數(shù)據(jù)中心光模塊封裝技術(shù)發(fā)展趨勢CPO義：光電共封裝(Co-packagedOptics,CPO)技術(shù)是一種在芯片封裝級別上集成光學(xué)組件的技術(shù)。它的目的是將光學(xué)通信組件(例如光模塊)與電子芯片(例如應(yīng)用特定集成電路，ASIC)放置在同光學(xué)通信通常通過光纖連接不同的設(shè)備，而光模塊和電子芯片分別封裝在不同的封裝中。這種分離的方式輸?shù)难舆t和功耗增加。光電共封裝技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個問題，通過將光學(xué)和電子部件集成中，可以實現(xiàn)更短的信號傳輸路徑和更高的性能。課堂，中泰證券研究所3.4數(shù)據(jù)中心光模塊封裝技術(shù)發(fā)展趨勢CPO工藝優(yōu)勢：1)低延遲：由于光模塊和電子芯片在同一個封裝內(nèi)，信號傳輸路徑更短，可以實現(xiàn)更低的延遲。2)高寬帶：光電共封裝技術(shù)支持高速光通信，可以提供更高的傳輸帶寬。許多超大型和云數(shù)據(jù)中心預(yù)計在未來幾年將采用100G的服務(wù)器端口速度。這些更高的服務(wù)器速度可以由2芯或8芯并行光收發(fā)器來實現(xiàn)40G、100G、200G和400G通道速率。而包括800G在內(nèi)的這些技術(shù)的不斷研發(fā)與應(yīng)用，同樣擴大了CPO的應(yīng)用面。3)小尺寸：相比傳統(tǒng)的光模塊和電子芯片分離封裝的方式，光電共封裝技術(shù)可以實現(xiàn)更緊湊的尺寸，有利于在高密度集成電路中的應(yīng)用。4)低耗能：光電共封裝技術(shù)可以減少信號傳輸?shù)墓模⑻岣哒w系統(tǒng)的能效。5)可擴封裝技術(shù)可以與不同的芯片封裝平臺兼容，提供更大的靈活性和可擴展性。司CPO2022年研制出Tomahawk?4與交換ASIC芯片共同封裝的光引擎，其能夠提供800Gb/s的光帶寬。2023年官網(wǎng)正式發(fā)布了51.2T的交換芯片BCM78900Series，基于Tomahawk?5的51.2TBaillyCPO原型系統(tǒng)。2023年還將發(fā)布基于25.6THumboldtCPO的全功能Tomahawk?4。未來，CPO架構(gòu)將實現(xiàn)從CPU和GPU到各種CPO的演示前進。展示了12.8Tb/sBarefootTofino2交換機與1.6Tb/s集成光子引擎共同封裝的方案，硅光互連平臺采用1.6Inphi間基于CPO的交換機/光學(xué)解決方案的合作，為下一代51.2Tb/s交換機和800Gb/s可插拔設(shè)備開子學(xué)的光學(xué)tiles，驅(qū)動64x400GFR4，也基于帶CPO襯底的思科SiliconOneG100ASIC。紫光股份旗下新華三集團在2023NAVIGATE領(lǐng)航者峰會上重磅推全球首發(fā)51.2T800GCPO硅光數(shù)據(jù)中心交換機(H3CS9827系列)。該產(chǎn)品單芯片帶寬高達51.2T，支持64個800G端口，并融合CPO硅光技術(shù)、液冷散熱設(shè)計、智能無損等先進技時延、綠色節(jié)能三大需求，以高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接助力AIGC時代極致算力釋放。TCPO第。CPOELSOIFCoPackagingFDCPOJDF協(xié)議，可以支持3.2TCPO光引擎。來源：博通官網(wǎng)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察，紫光集團，訊石光通訊網(wǎng)，中泰證券研究所CCONTCONTENTCCONTCONTENT專業(yè)|領(lǐng)先|深度|誠信4相關(guān)標(biāo)的較長，國內(nèi)能夠自主研發(fā)公司屈指可數(shù)。布局光模塊高精度貼片機：羅博特科參股貼片機技術(shù)全球領(lǐng)先生產(chǎn)商ficonTEC，持續(xù)穩(wěn)固國內(nèi)光模 公告，中泰證券研究所公告，中泰證券研究所全球共晶貼片設(shè)備市場主要由荷蘭，美國等國家占據(jù)，國內(nèi)長期只能依賴于進口，國內(nèi)對于高端共晶貼片機替代需求強烈。博眾精工全自動高精度共晶貼片機DB3000，精確瞄準(zhǔn)高精度貼片機市場需求，以高精度、高產(chǎn)能和高公告，中泰證券研究所公告，中泰證券研究所公司是電子專用設(shè)備供應(yīng)商，基于精準(zhǔn)對位、精準(zhǔn)貼附技術(shù)，致力于為客戶提供專業(yè)化、高性能的國產(chǎn)化電子專用設(shè)備。公司目前主要產(chǎn)品為平板顯示器件生產(chǎn)設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于平板顯示器件中顯示模組的組裝生產(chǎn)，并向半導(dǎo)體微組裝設(shè)備等領(lǐng)域拓展。公司控股子公司微組半導(dǎo)體的晶圓高速貼片設(shè)備可以應(yīng)用于部分光模塊的部分器件組裝工序，微組半AMX，獲得了中國航天科技集團公司九院704所、中航光電科技股份有限微電子技術(shù)研究所等客戶認可；同時，微組半導(dǎo)體也積極拓展索爾思光電、西安澳威激光來源：公司公告，中泰證券研究所來源：公司公告，中泰證券研究所錫膏印刷機是SMT產(chǎn)線必備的自動化精密裝備，但由于錫膏印刷機的運動控制模塊復(fù)雜并承載多個過程中六成以上的品質(zhì)缺陷是由于錫膏印刷環(huán)節(jié)缺陷導(dǎo)致的。錫膏印