国信证券:高速光模块需求加速释放 国内光芯片迎新机遇

光芯片是光模块核心环节之一,高速市场突破或加快。

智通财经APP获悉,国信证券发布研究报告称,以Chatgpt为代表的AI应用正在得到快速发展,并进行着快速迭代,对应算力需求将实现快速增长,同时AI需求下800G光模块需求有望加速释放,从产业链角度,除了光模块环节,上游的关键光芯片环节也将充分受益,虽然高速光芯片仍是海外厂商主导,但在需求快速增长的背景下,国内厂商的国产替代甚至海外突破的节奏有望明显加快,建议可关注光芯片环节厂商源杰科技(688498.SH)、长光华芯(688048.SH)、仕佳光子(688313.SH)、光库科技(300620.SZ)等。

事件:5月29日,英伟达发布了全新的GH200GraceHopper超级芯片,该款芯片在算力性能、网络连接方面相较于H100均实现明显提升。

国信证券主要观点如下:

AI服务器需求快速增长,带动高速光模块需求加速释放

ChatGPT成为目前用户数最快破亿的消费级应用,彰显AI应用潜力,推动AI服务器长期需求释放。2023年2月智能聊天程序ChatGPT仅推出两个月,月活跃用户数已经破亿,成为目前最快实现用户数破亿的消费级应用,标志着AI应用有望进入商业化落地的加速阶段。应用端的落地加速是AI服务器市场持续增长的核心驱动力之一。

AI服务器预计未来五年复合增速为22%。

2023年5月,Trendforce上调了AI服务器的预测,预计2023年AI服务器(包含搭载GPU、FPGA、ASIC等)出货量近120万台,同比增长38.4%,占整体服务器出货量近9%,至2026年将占15%。该机构同步上修2022-2026年AI服务器出货量年复合成长率至22%。(此前4月18日,TrendForce预估今年AI服务器出货量同比增长15.4%,2023-2027年AI服务器出货量年复合成长率约12.2%。)

英伟达方案仍是当前市场主流方案,推动高速光模块需求快速增长。

对于服务器芯片,TrendForce预计AI服务器芯片2023年出货量将增长46%。英伟达GPU为AI服务器市场搭载的主流芯片,市占率约60%-70%,其次为云端业者自研的AISC芯片,市占率超过20%。从英伟达H100的方案开始,800G光模块需求就已经出现,且在GH200的方案里,800G的需求用量又得到明显提升,因此在AI需求快速增长且英伟达保持主流地位的背景,预计以800G为代表的高速光模块需求有望加速释放。

光芯片是光模块核心环节之一,高速市场突破或加快

光模块使用光芯片和电芯片两类芯片:

光芯片:实现光电信号转换的核心。主要包括发射端通过激光器芯片进行电光转换,将电信号转换为光信号,经过光纤传输至接收端,接收端则通过探测器芯片进行光电转换,将光信号转换为电信号。光芯片性能直接决定了光通信系统的传输效率,根据光芯片在光模块中起到的功能可分为激光器芯片(完成电光转换)和探测器芯片(完成光电转换)两类。

电芯片:功能较多。如信号调节DSP、配套支撑光芯片工作的LDD(激光驱动器)、TIA(跨阻放大器)、CDR(时钟和数据恢复电路)等;还可以实现电信号的功率调节,如MA(主放),并可用于一些复杂的数字信号处理,如调制、相干信号控制、串并/并串转换等。电芯片通常配套使用,主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。

成本角度:光芯片是占比最高环节,且随着速率提升占比更高。

光通信模块产品所需原材料主要是光器件、电路芯片、PCB板以及外壳等。其中,光器件占光模块成本的73%,电路芯片18%,PCB板5%以及外壳4%。光器件中包括了以激光器芯片为核心的TOSA组件、以探测器芯片为核心的ROSA组件以及滤光片等部分。如果进一步拆分,低端光模块中光芯片占比较低,约为30%,高端光模块中光芯片的占比可达到70%。高速率芯片2019-2025年行业规模复合增速超20%。在流量快速增长,传输速率不断提高的背景下,光芯片同样需要朝着高速率方向演进。

根据Omdia数据预测,2019-2025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%。AI需求推动,或加速国内厂商高速光芯片市场份额突破。在低速率光芯片领域(25G及以下),我国目前已呈现高度竞争的格局。现阶段中国已有30多家企业实现10G及以下光通信芯片的规模性销售,低速芯片市场基本实现国产替代。

根据《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》,2017年10G以下激光器芯片国产化率接近80%,10G激光器芯片国产化率接近50%。25G及以上光芯片包括25G、50G、100G激光器及探测器芯片。根据ICC统计,25G光芯片的国产化率约20%,25G以上光芯片的国产化率仍较低,约5%。

目前在25G及以上速率的光芯片(尤其是激光器芯片)市场,主要由欧美、日本等厂商主要,如美国的Lumentum、II-VI、博通,日本的三菱、住友等。考虑到AI带来的800G等高速光模块需求或在短期内快速释放,结合供应链安全和稳定的考虑,或有望加速国内光芯片厂商的高速市场突破。

投资建议:

以Chatgpt为代表的AI应用正在得到快速发展,并进行着快速迭代,对应算力需求将实现快速增长,同时AI需求下800G光模块需求有望加速释放,从产业链角度,除了光模块环节,上游的关键光芯片环节也将充分受益,虽然高速光芯片仍是海外厂商主导,但在需求快速增长的背景下,国内厂商的国产替代甚至海外突破的节奏有望明显加快,建议可关注光芯片环节厂商:

源杰科技:公司是国内高速光芯片进度较为领先领先的厂商之一,根据ICC统计,2021年全球10GDFB激光器芯片市场中,源杰科技发货量占比为20%,市场份额第一。目前在25G及以上速率光芯片市场,公司前瞻布局了50G、100G及硅光所需要的CW激光器方案。根据对外公布情况,针对800G光模块所需要的100GEML芯片,公司的产品处于跟客户对标送样准备阶段。

长光华芯:公司是国内领先的工业激光器芯片厂商,结合已有的技术积累,布局光通信芯片市场。在今年5月16-18日举办的武汉光博会,公司发布56GPAM4(单波100G)EML光通信芯片,进入高端光芯片市场。根据公司公告,目前该产品处在与客户验证阶段,进展顺利。

仕佳光子:公司是PLC无源芯片全球领先厂商,并延伸布局有源光芯片(DFB、EML)等市场。在PLC芯片市场,公司全球市占率达到53%。在有源芯片市场,根据公司公告,在DFB激光器芯片系列产品上,2.5G、10G的相干产品已批量出货,部分25GDFB产品也在客户验证中,有望尽快出货。

光库科技:公司是国内领先的光纤激光器上游器件提供商,2019年通过收购海外优质资产进军铌酸锂调制器芯片市场。当前铌酸锂调制器芯片在技术上进入下一代薄膜铌酸锂形态,在体积、性能、功耗上已经获得行业一定认可,在应用领域上随着薄膜技术的出现以及光模块速率的提高,铌酸锂调制器芯片应用领域有望从电信市场延伸至数通市场。在今年的OFC展会上,新易盛和联特科技均发布了基于薄膜铌酸锂调制的800G光模块。

风险提示:Chatgpt为代表的应用落地不及预期,实际行业需求和投入力度不及预期,800G光模块需求不及预期。

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