800G 時代已來,AI高景氣周期開啟
2023-06-25 20:21:35 來源:投資人的邏輯
(報告出品方:興業(yè)證券)
1、800G 時代已來,高景氣周期開啟
1.1、光模塊:由產(chǎn)品升級驅(qū)動的周期成長性行業(yè)
光模塊是光纖通信中的核心組成部分,實現(xiàn)光信號傳輸過程中光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn) 換功能。光模塊工作在 OSI 模型的物理層,主要由光電子器件(光發(fā)射器、光接 收器)、功能電路和光接口等部分組成,主要作用是實現(xiàn)光纖通信中的光電轉(zhuǎn)換和 電光轉(zhuǎn)換功能。光芯片是光模塊的核心元件,基于激光的受激輻射原理完成光電 轉(zhuǎn)換功能:處于基態(tài)(穩(wěn)態(tài))的原子在外來輻射光(由電/光泵浦源產(chǎn)生)作用下 先受激吸收躍遷到高能級(不穩(wěn)態(tài)),再通過合適的能級系統(tǒng)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),躍 遷到基態(tài),實現(xiàn)受激輻射,發(fā)出光子和外來光子的頻率、傳播方向、偏振、相位 等均相同,從而產(chǎn)生窄譜寬、高功率、強定向性的激光。
(資料圖片)
光模塊處于產(chǎn)業(yè)鏈中游,上游是光芯片與光器件廠商,下游主要應(yīng)用于電信市場 和數(shù)通市場。目前光芯片與光器件國產(chǎn)化程度較低,國內(nèi)產(chǎn)品多為無源器件、低 速率光芯片,根據(jù) ICC 預(yù)測,2021 年我國 25G 光芯片國產(chǎn)化率約 20%,25G 以 上光芯片國產(chǎn)化率僅 5%。高速率產(chǎn)品多為國外頭部廠商如博通等壟斷,因此上游 光芯片成本占比較高。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù),光器件在光模塊成本占比超過 70%, 主要來自 TOSA 與 ROSA 組件。下游主要客戶包括設(shè)備商、運營商以及互聯(lián)網(wǎng)云 廠商,市場份額集中,客戶議價能力較強。在上下游的擠壓下,光模塊行業(yè)競爭 較為激烈,產(chǎn)品量價隨產(chǎn)品升級周期性變動。出貨量方面,新產(chǎn)品導(dǎo)入階段出貨 量較少,升級中期出貨量開始爆發(fā)式增長,后期成熟產(chǎn)品的需求逐漸下降。價格 方面,產(chǎn)品價格以每年 17%-18%的平均幅度下降,尤其是新產(chǎn)品出貨量達(dá)到高水 平后,標(biāo)準(zhǔn)化 ASP 通常迎來大幅下滑,根據(jù) Lightcounting 統(tǒng)計,2018 年標(biāo)準(zhǔn)化 產(chǎn)品的價格同比下跌 37%,打破了 2011 年創(chuàng)下的下跌 33%的紀(jì)錄。
因此,我們判斷光模塊是典型的由產(chǎn)品升級驅(qū)動的周期成長性行業(yè),判斷行業(yè)景 氣度的關(guān)鍵是產(chǎn)品升級階段。光模塊種類多、升級快,不同應(yīng)用場景對傳輸距離、 帶寬等性能有不同要求,流量高速增長帶來的帶寬壓力驅(qū)動高速率光模塊率先在 數(shù)據(jù)中心部署,電信市場產(chǎn)品升級壓力相對較小。技術(shù)成熟周期推動數(shù)通市場光 模塊以 5 年左右的升級周期迭代:2015 年以前,數(shù)據(jù)中心光模塊以 10G、40G 為 主;2016 年,25G、100G 光模塊開始部署,2019 年開始大規(guī)模放量;2019 年光 模塊進(jìn)入后 100G 時代,上層交換機光模塊速率開始向 200G/400G 升級。2022 年, 200G、400G 產(chǎn)品大規(guī)模放量,800G 光模塊進(jìn)入導(dǎo)入階段。
1.2、800G 新產(chǎn)品周期開啟,迎來行業(yè)新一輪高景氣
上游交換機芯片已突破:交換機芯片升級是光模塊升級的基礎(chǔ)條件,800G 交換機 及芯片市場技術(shù)逐漸成熟,51.2Tbps 芯片已突破,800G 光模塊升級確定性強。回顧交換機芯片及光模塊部署歷程,交換機芯片升級是光模塊升級部署的先行條 件:2014 年首款 100G 交換芯片(Tomahawk)送樣,2016 年 100G 交換機開始規(guī)模部署;2017 年 12 月首款 400G 芯片(Tomahawk3)送樣,2019 年 12 月推出 Tomahawk4(支持雙倍端口和容量),2020 年起 200G 和 400G 光模塊開始上量。目前多款 800G 交換機芯片已發(fā)布,800G 光模塊有望開始規(guī)模部署。交換機芯片 分為自研與商用兩種,自研芯片中思科的 Silicon One G100 交換機芯片支持 25.6T 交換能力,提供 32 個 800G 端口,總交換能力達(dá) 25.6T,每個端口也可以拆成 8 × 100G 或者 2×400G 應(yīng)用。商用交換芯片廠商主要包括博通、Mellanox、Barefoot 和 Innovium,均可提供 25.6T 交換芯片,其中博通的 Tomahawk5 和 Mellanox 的 Spectrum-4 速率高達(dá) 51.2Tbps。從交換機來看,思科、新華三與 Mellanox 均于 2022 年發(fā)布 800G 交換機,800G 光模塊部署勢在必行。
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐漸落地,主要供應(yīng)商已發(fā)布樣品并具備大規(guī)模量產(chǎn)能力。國內(nèi)外多個 標(biāo)準(zhǔn)化組織競相開展 800 Gbit/s 的標(biāo)準(zhǔn)化工作,IEEE802.3 工作組、OIF、IPEC(國 際光電委員會)等組織已對 800Gb/s 直調(diào)直檢和相干方案進(jìn)行立項,啟動 800 Gbit/s 相關(guān)規(guī)范的制訂工作,對 800 Gbit/s 光模塊的應(yīng)用場景、接口規(guī)格等進(jìn)行了定義;800G Pluggable MSA 已先后發(fā)布面向低成本、100 m 傳輸距離需求的 8×100 Gbit/s PSM8 以及面向2 km傳輸距離需求的4×200 Gbit/s FR4規(guī)范;由Cisco、Broadcom、 Juniper、Intel 等組成的光模塊 MSA 工作組制定了第一個 800G QDFP 雙重密度可 插拔光模塊的標(biāo)準(zhǔn),定義了 800G 光模塊的尺寸 QSFP-DD800。主要供應(yīng)商已具備 800G 量產(chǎn)能力:2020 年,華為即發(fā)布業(yè)界首個 800G 可調(diào)超高速光模塊;中際旭 創(chuàng)保持行業(yè)領(lǐng)先,推出 800G OSFP 和 QSFP-DD800 光模塊產(chǎn)品線,可實現(xiàn) 100m – 2km 的傳輸距離,2023 年批量出貨;新易盛等廠商也具備 800G 規(guī)模量產(chǎn)能力。
800G 新產(chǎn)品周期增長彈性大(升級路徑統(tǒng)一)、確定性強(已批量出貨)。后 100G 時代,全球云廠商光模塊 200G/400G 升級路徑顯著分化,驅(qū)動數(shù)通市場產(chǎn)品周期 熨平;800G 產(chǎn)品升級路徑統(tǒng)一,部署速度有望超過 400G,光模塊市場未來具有 更強的升級彈性與更大的增長空間。根據(jù) MSA 發(fā)布的 800G 光模塊白皮書,TORServer 層采用 200G AOC 時,上層需要部署 800G 光模塊。可用性、系統(tǒng)成本方 面, 800G 產(chǎn)品同樣優(yōu)于 400G,可以在 1U 的外形尺寸中使用 25.6Tbps 的芯片, 對外 32 個 800Gbps 端口,每比特成本將優(yōu)于同等的 400Gbps。根據(jù) Dell"Oro 預(yù) 測,800G 光模塊滲透速率有望高于 400G,到 2025 年在數(shù)據(jù)中心交換機端口中將 超過 25%。AI 需求爆發(fā)加速 800G 光模塊布局,北美大客戶已開始批量采購,新 增 AI 大客戶英偉達(dá)帶來業(yè)績新驅(qū)動,800G 升級確定性強;且行業(yè)競爭格局穩(wěn)定, 頭部廠商繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展,光模塊龍頭中際旭創(chuàng)已率先拿到英偉達(dá)、谷歌等海 外客戶 800G 批量訂單,開啟量產(chǎn)第一年。
2、AI 算力底座,迎云需求共振
2.1、AI 浪潮催化算力需求爆發(fā),800G 光模塊顯著受益
ChatGPT 掀起 AI 浪潮催化算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),數(shù)通光模塊市場迎來新一輪行業(yè) 高景氣。2022 年 11 月 30 日,OpenAI 發(fā)布 ChatGPT,5 天內(nèi)用戶突破百萬大關(guān), 月訪問量達(dá) 2100 萬人次,截至 2023 年 1 月末,其月活用戶已經(jīng)突破 1 億,遠(yuǎn)遠(yuǎn) 快于其他消費級應(yīng)用程序。根據(jù) Sensor Tower 的數(shù)據(jù),TikTok 達(dá)到 1 億用戶用時 9個月,Instagram 用時30個月。World of Engineering的報告顯示,Meta(Facebook)、 Twitter、iTunes 達(dá)到 1 億用戶的時間分別為 54 個月、60 個月、78 個月。目前 AIGC 仍然以文字為主,隨著圖片、音視頻等形式的加入,將帶來流量的爆發(fā)式增長。AI 需要數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供算力支持進(jìn)行訓(xùn)練與模型優(yōu)化,大模型及其應(yīng)用的發(fā)展 與推廣進(jìn)一步提升流量帶寬需求,雙輪驅(qū)動數(shù)通光模塊市場迎來行業(yè)高景氣。
英偉達(dá)、谷歌、微軟、亞馬遜等海外巨頭紛紛加碼 AI 建設(shè),帶動配套高速光模塊 需求提升。隨著 ChatGPT 在全球掀起新一輪 AI 大模型浪潮,以微軟、Google、 亞馬遜為代表的科技巨頭紛紛加碼 AI 建設(shè)。①微軟:2023 年 2 月初,微軟宣布 旗下所有產(chǎn)品將全線整合 ChatGPT,包括 Bing 搜索引擎、Office 全家桶、Azure 云服務(wù)、Teams聊天程序等,并于3月16日發(fā)布AI辦公助手Microsoft 365 Copilot, 搭載了目前功能最強大的 AI 大模型 GPT-4 的 AI 助手將接入微軟全家桶產(chǎn)品。② 谷歌:由谷歌和柏林工業(yè)大學(xué)共同打造的多模態(tài)大模型 PaLM-E 目前擁有 5620 億 參數(shù),是全球最大的視覺語言模型;谷歌旗下兩大頂級 AI 團(tuán)隊谷歌大腦與 DeepMind 合二為一設(shè)立 Google DeepMind,專攻 AI 相關(guān)的戰(zhàn)略級技術(shù)。③亞馬 遜:推出 Bedrock 生成式人工智能服務(wù)以及自有大型語言模型泰坦。④英偉達(dá):AI 計算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,A100 芯片仍然是唯一能夠在云端實際執(zhí)行任務(wù)的 GPU 芯 片;H100 已經(jīng)全面投產(chǎn),并部署在多家客戶的云計算服務(wù)中,包括微軟 Azure、 谷歌、甲骨文等客戶的數(shù)據(jù)中心,H100 配有 Transformer 引擎,可以專門用作處 理類似 ChatGPT 的 AI 大模型,由其構(gòu)建的服務(wù)器效率是 A100 的十倍。
產(chǎn)業(yè)鏈上下游公司上調(diào)收入指引彰顯信心,800G 景氣周期再印證。由于大型云計 算公司采用 ChatGPT 等 AI 需要相關(guān)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備,博通預(yù)計將受益于 AI 聊天機 器人熱潮,公司用于 AI 應(yīng)用的以太網(wǎng)設(shè)備銷售額有望從去年的 2 億美元上升到 今年的超過 8 億美元,并預(yù)測這一趨勢將繼續(xù)加速。Marvell 公布 2024 財年 Q1 財 報,一季度凈營收 13.2 億美元,高于此前市場預(yù)期的 13.0 億元;預(yù)計二季度凈營 收 13.30 億美元(±5%),再超市場預(yù)期,其中 AI 成為公司關(guān)鍵增長動力,2024 財年 AI 收入預(yù)計翻番,并認(rèn)為未來幾年 AI 產(chǎn)業(yè)仍將帶動公司繼續(xù)快速增長。英 偉達(dá)發(fā)布 2024 財年 Q2 財務(wù)指引,營收預(yù)期達(dá) 110 億美元,較市場預(yù)期(71.8 億 美元)增加 53%,主要系生成式 AI 大語言模型驅(qū)動數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)相關(guān)產(chǎn)品需求 激增,公司“顯著”增加相關(guān)產(chǎn)品供應(yīng)并為下半年進(jìn)行大量采購,數(shù)據(jù)中心需求 可見度較高,預(yù)計下半年業(yè)績維持高速增長。光模塊上下游公司持續(xù)高增長,再 次強化印證 AI 推動下的 800G 高景氣周期。
東西向流量增長驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向葉脊結(jié)構(gòu)升級,大幅提升光模塊需求量及傳輸速 率。根據(jù)思科公司預(yù)測,2021 年東西向流量將占 85%,其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的流量 占 71.5%,數(shù)據(jù)中心之間的流量占 13.6%。葉脊架構(gòu)以更低成本支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部 署,在數(shù)據(jù)中心中得到廣泛應(yīng)用。從光模塊需求量來看,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)所需光模塊對機柜數(shù)倍數(shù)僅 8.8 倍,葉脊架構(gòu)下該倍數(shù)增長至 44/48 倍,光模塊配置需 求爆發(fā)式增長。從光模塊速率來看,扁平化的結(jié)構(gòu)利于數(shù)據(jù)中心增加機柜和服務(wù) 器數(shù)量,大型化、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢催化交換機和光模塊提升傳輸速率滿足內(nèi)部 海量流量的互通。
AI 高性能計算帶來算力缺口,高速率、低延時的要求推動胖樹(Fat-tree)架構(gòu) 在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中部署,800G 光模塊作為高性能計算網(wǎng)絡(luò)核心部件,率先引領(lǐng)算 力需求爆發(fā)。AI 服務(wù)器普遍采用 CPU+GPU 的形式, GPU 的單卡核心數(shù)能達(dá)到 近千個,如配置 16 顆 NVIDIA Tesla V100 Tensor Core 32GB GPUs 的核心數(shù)可過 10240 個,計算性能高達(dá)每秒 2 千萬億次,因此對底層數(shù)據(jù)的傳輸速率和時延有較高要求。胖樹架構(gòu)上下行端口一致,每個節(jié)點上行帶寬與下行帶寬相等, 帶寬 收斂比為 1:1,從而有效降低數(shù)據(jù)傳輸時延并提高計算穩(wěn)定性,在超算中心大規(guī)模 部署,驅(qū)動光模塊向更高速率升級。
以英偉達(dá) 16K GPU 訓(xùn)練集群為例,測算單個模型對 800G 光模塊需求彈性:服務(wù) 器到 TOR 層分 200G(A100)和 400G(H100)AOC/DAC 兩種情況,葉交換機下 行和上行均為 800G 光模塊,脊交換機下行和上行均為 800G 光模塊;且 AI 服務(wù) 器整體算力負(fù)荷高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心,帶寬需求高,我們以收斂比 1:1 進(jìn)行測算。根據(jù)我們的詳細(xì)測算,800G 光模塊:A100 GPU 約為 1.25:1,800G 光模塊:H100 GPU 約為 2.5:1?;谙掠螒?yīng)用角度,谷歌搜索一天訪問次數(shù) 35 億次,考 慮谷歌訪問量分布,假設(shè) 35%集中在歐洲地區(qū)晚上 8-9 點,峰值訪問量為每秒 340278 次訪問量,平均找 1000 字/次,需要約 17 萬臺服務(wù)器。假設(shè)全球范圍內(nèi)有 2 個谷歌測算體量相當(dāng)?shù)拇竽P?,使?A100 芯片的系統(tǒng)對應(yīng)光模塊(含 DAC) 用量約 613 萬個,傳輸距離為 500m 的 DR8 光模塊和 2km 的 FR8 光模塊(用于Leaf-Spine)用量為 340 萬;使用 H100 芯片的系統(tǒng)對應(yīng)光模塊(含 DAC)用量約 953 萬個,傳輸距離為 500m 的 DR8 光模塊和 2km 的 FR8 光模塊(用于 LeafSpine)用量為 681 萬。伴隨視頻類交互模式出現(xiàn),AI 服務(wù)器需求量較文字類交互 大幅提升,驅(qū)動配套高速光模塊需求爆發(fā)增長,800G 光模塊產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)有望顯著 受益。
2.2、北美云需求與 AI 共振,驅(qū)動數(shù)通需求高增長
從資本開支來看,北美云需求仍處于下滑期,但 800G 升級疊加 AI 算力投入帶動 云計算基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)鏈景氣度持續(xù)提升。2022Q4,海外三大云廠商、Meta 資本開 支合計 396.84 億美元,同比增長 15.83%,環(huán)比增長 4.11%,維持增長態(tài)勢但增速 有所放緩。2023 年,宏觀經(jīng)濟壓力疊加前期云計算投入的提前釋放,北美云廠商 資本開支短期承壓,AI 算力缺口為云計算注入新動力,全年資本開支存在超預(yù)期 可能:Meta 全年資本開支指引下調(diào)至 300-330 億美元;谷歌預(yù)計全年資本開支和 2022 年相比略有增長;微軟預(yù)計加大支出力度,加強云數(shù)據(jù)中心建設(shè),以滿足客 戶對新型人工智能工具的需求;亞馬遜大力投資大型語言模型和生成式人工智能, 預(yù)計將長期投資從建設(shè)新倉庫和配送中心,轉(zhuǎn)向?qū)⒏噘Y金投入云計算業(yè)務(wù)的基 礎(chǔ)設(shè)施。整體看來,光模塊增速短期內(nèi)承壓,隨著 800G 產(chǎn)品逐漸上量,有望開啟 新一輪景氣周期。
云需求與 AI 共振,算力底層基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)受益。根據(jù) 800G Pluggable MSA 組織 發(fā)布的 800G 光模塊白皮書,2017 年-2021 年,全球互聯(lián)網(wǎng)帶寬容量以 48%的年 復(fù)合增長率增長。思科的全球云指數(shù)預(yù)測,全球數(shù)據(jù)中心到 2021 年達(dá)到 628 個, 其中亞太地區(qū)占比最高,從 2016 年的 30%升至 39%,北美地區(qū)從 2016 年的 48% 降至 35%,位居第二。云計算是流量增長的主要驅(qū)動力,2016-2021 年,全球數(shù)據(jù) 中心 IP 流量 CAGR 為 25%,云數(shù)據(jù)中心流量 CAGR 為 27%,增速高于整體增速。
3、LPO vs CPO:更低功耗
AI 高算力背景催生低功耗、低延時光模塊需求,LPO(Linear-drive Pluggable Optics)與 CPO(Co-packaged Optics)是目前主要探討的降低功耗方案。Meta 認(rèn) 為,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)流量高速增長,尤其是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部流量顯著的增加,導(dǎo)致網(wǎng) 絡(luò)耗能占比不斷提升,并提出隨著帶寬需求擴大單帶寬耗能不斷下降的要求;微 軟數(shù)據(jù)顯示,服務(wù)器帶寬增至 800G 時數(shù)據(jù)傳輸功耗占比可達(dá) 20%。AI 高性能計 算對數(shù)據(jù)中心光模塊速率和數(shù)量提出更高要求,催化網(wǎng)絡(luò)功耗高速增長,“功耗墻” 挑戰(zhàn)凸顯,保證性能的同時降低功耗成為光模塊技術(shù)發(fā)展的重點,LPO 和 CPO 作 為降低光模塊功耗的兩種主流技術(shù)路徑受到廣泛關(guān)注。
3.1、LPO:深度契合 AI 短距互聯(lián)訴求,延續(xù)傳統(tǒng)可插拔光模塊優(yōu)勢
LPO 深度契合 AI 短距互聯(lián)低功耗、低延時需求,且技術(shù)更新迭代相對較小,有 望成為 800G 時代重要補充方案。傳統(tǒng)光模塊通過 DSP 芯片對高速信號進(jìn)行信號 處理達(dá)到低誤碼率,但功耗較大,以 400G 光模塊為例,用到的 7nm DSP 功耗約 為 4W,占整個模塊功耗的 50%。LPO 將 DSP 功能集成到交換芯片中, 只留下 driver 和 TIA,并分別集成 CTLE 和 Equalization 功能,用于對高速信號進(jìn)行一定 程度的補償。相較 DSP 方案,LPO 可大幅度減少系統(tǒng)功耗和時延,保證一定傳輸 性能的同時降低成本,并保持可插拔特性便于后續(xù)維護(hù)。
① 低功耗:Arista 針對不同光學(xué)方案進(jìn)行功耗對比,采用 Linear-drive 方案后, 硅光、VCSEL、TFLN 薄膜鈮酸鋰光模塊的功耗均下降 50%左右。2023 OFC 上 MACOM 展示單通道 100G 的單模 800G DR8、多模 800G SR8 線性直驅(qū)方案,在功耗方面多模省 70%,單模省 50%;Arista 展出 800G-DR8 線性直驅(qū)方案,較 5nm DSP 方案可節(jié)省 30%功耗至 7W。②低延時:不采用 DSP 進(jìn)行信號復(fù)原后系統(tǒng)時 延大幅降低,根據(jù) MACOM 的方案可降低 75%。③低成本:DSP 芯片價格在光模 塊成本中占比較大,LPO 采用更復(fù)雜 Driver 和 TIA 芯片增加的成本低于 DSP 成 本,光模塊整體成本下降。④可插拔:LPO 技術(shù)沿用可插拔形式,具有便于后續(xù) 維護(hù)的優(yōu)勢,催化可插拔光模塊新一輪升級周期迎來行業(yè)高景氣。
頭部光模塊廠商在 LPO 產(chǎn)品研發(fā)方面有望步入快車道,云廠商、設(shè)備商積極布 局線性直驅(qū)方案。從上游芯片、交換機到下游終端用戶均重視 LPO 技術(shù)發(fā)展與應(yīng) 用,實現(xiàn)商用確定性較強:在 OFC 2023 上,Macom、Broadcom 等多家廠商展示 了 Linear-drive 方案;Arista 重點展示的 Linear 方案得到博創(chuàng)、NVIDIA 等多家交 換機廠家的認(rèn)可;頭部光模塊公司加速 LPO 方案布局,新易盛、劍橋等公司陸續(xù) 發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品。
3.2、CPO:降低功耗優(yōu)勢顯著,技術(shù)尚未成熟仍待改進(jìn)
CPO 是一種全新的高速率產(chǎn)品形態(tài),可有效降低系統(tǒng)功耗。區(qū)別于傳統(tǒng)可插拔光 模塊,CPO 技術(shù)將光學(xué)組件與芯片封裝在一個模塊中,將光引擎移至交換芯片附 近,降低傳輸距離、提高高速電信號傳輸質(zhì)量的同時極大降低系統(tǒng)功耗,且集成 度高大大縮小體積,在高性能計算集群中優(yōu)勢顯著,在 AI 集群和 HPC 滲透率有 望逐步提升。根據(jù) Meta 數(shù)據(jù),交換機芯片速率達(dá)到 51.2T 時 CPO 方案可減低 20% 功耗。
龍頭云廠商、芯片公司推進(jìn) CPO 技術(shù)不斷演進(jìn),但正式商用時間尚未明確。2020 年底,COBO 和 OIF 成立相關(guān)工作組開始制定標(biāo)準(zhǔn);CPO 的發(fā)起者 Facebook 和 微軟在 2021 年 2 月發(fā)布其 3.2T CPO 產(chǎn)品需求方案;博通在 2021 年年初發(fā)布將 ASIC 電芯片和光器件合封的產(chǎn)品;2021 OFC, Intel 與 Ayar Labs 合作實現(xiàn) 8Tbps 的共封裝 FPGA,II-VI 展示了 3.2T 速率的 ROSA;2023 OFC,博通的最新交換機 產(chǎn)品 Tomahawk StrataXGS 5 中的 Tomahawk 5 采用光電共封技術(shù),該交換機僅需 5.5W 的功率為 800Gbps 的流量供電;思科也演示了 CPO 技術(shù)實現(xiàn)的可行性具體 步驟,預(yù)計試驗部署與 51.2Tb 交換機周期同時進(jìn)行,在 101.2Tb 交換機周期內(nèi)更 大規(guī)模地采用;國內(nèi)光模塊廠商也在 CPO 領(lǐng)域布局,但正式商用時間尚未明確。
CPO 技術(shù)路徑仍待成熟且需求尚未迫切,傳統(tǒng)可插拔方案憑借頑強生命力有望繼 續(xù)主導(dǎo)。①可維護(hù)性:CPO 技術(shù)非可插拔,后續(xù)可維護(hù)性較差;LPO 延續(xù)可插拔 技術(shù)方案優(yōu)勢。②可靠性:因交換機尺寸受限,CPO 時代光引擎基于芯片級的硅光集成,即使是過渡方案 NPO 技術(shù)同樣基于硅光,但目前沒有硅光集成的樣機, 硅光長距傳輸問題仍未解決;交換芯片散熱影響激光器性能,光源模組外置方案 或成為主流。LPO 因去除 DSP 芯片影響信號恢復(fù)性能,但在 AI 短距互聯(lián)應(yīng)用場 景下得以彌補。③商業(yè)模式挑戰(zhàn):CPO 對硅光技術(shù)儲備有較高要求,且由于工藝 無法分離大概率由交換機芯片廠商主導(dǎo),產(chǎn)業(yè)鏈變動或影響 CPO 技術(shù)應(yīng)用進(jìn)程推 進(jìn)。LPO 依賴交換機芯片性能,但對產(chǎn)業(yè)格局影響較低。④緊迫性:3.2T 光模塊 時代對 CPO 產(chǎn)品形態(tài)訴求相對較高,1.6T 時代可插拔光模塊已有較為成熟的 8*200G 主流方案滿足行業(yè)需求。⑤確定性:2023 OFC 中際旭創(chuàng)、新易盛、光迅 科技等光模塊頭部廠商都已推出 1.6T 光模塊,量產(chǎn)時間較為確定,預(yù)計在 800G、 1.6T 時代傳統(tǒng)可插拔光模塊方案仍為主流,CPO 技術(shù)仍待成熟。
4、龍頭地位穩(wěn)固,800G 全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芤?/h1>
4.1、800G 競爭格局穩(wěn)定,AI 催化全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芤?/p>
光模塊行業(yè)強者恒強,市場份額向頭部集中,國內(nèi)廠商逐漸崛起。100G 時代,中 短距離應(yīng)用場景(10km 以下),以中際旭創(chuàng)、AOI、Intel 等龍頭廠商占據(jù)主要市 場份額,長距離應(yīng)用場景(10km 以上)市場中,Oclaro、Lumentum、Source,超 長距離(40km 以上)相干光模塊市場中,Acacia、Oclaro、Lumentum、華為海思 等廠商占據(jù)主要市場份額。從 2018 年開始,大部分日本和美國供應(yīng)商退出市場, 以旭創(chuàng)為首的中國供應(yīng)商排名逐漸提高。根據(jù) LightCounting 公布的 2022 年全球 光模塊 TOP10 榜單,中國光模塊廠商共 7 家入圍,中際旭創(chuàng)和 Coherent(并購 Finisar)排名并列第 1,華為、光迅科技、海信寬帶、新易盛、華工正源、索爾思 光電分別位居第 4、第 5、第 6、第 7、第 8 和第 10 名。
800G 時代,可插拔仍是主導(dǎo)方案,技術(shù)更迭小,考慮北美大客戶高驗證壁壘,以 中際旭創(chuàng)為代表的行業(yè)龍頭廠商憑借諸多優(yōu)勢有望維持競爭格局平穩(wěn),受益彈性 和確定性強:①技術(shù)升級迭代速度快:高帶寬壓力驅(qū)動產(chǎn)品以 4-5 年為周期升級, 光模塊廠商需要持續(xù)進(jìn)行研發(fā)投入保證技術(shù)升級;②產(chǎn)品線擴充能力強:光模塊 種類繁多,單個細(xì)分產(chǎn)品市場空間有限,只有擴充產(chǎn)線才能突破增長瓶頸,然而 單個產(chǎn)品升級快導(dǎo)致光模塊廠商難以在全部細(xì)分市場占據(jù)主導(dǎo)地位,一定程度上 抑制市場集中度提升;③成本控制能力強:產(chǎn)品線的不斷擴充及產(chǎn)品技術(shù)迭代升 級需要較多研發(fā)投入,同時產(chǎn)品生命周期短,良率提升空間小,成本與費用相對 高企,成本控制能力保障公司盈利能力。④交付能力要求高:光模塊下游行業(yè)市 場集中度高,頭部企業(yè)議價能力強,行業(yè)內(nèi)部競爭激烈,需要通過規(guī)模優(yōu)勢、可 靠的交付能力建立相對穩(wěn)定的上下游合作關(guān)系。800G 升級疊加 AI 帶來長期想象 空間,光模塊、光器件、光芯片、陶瓷外殼等 800G 產(chǎn)業(yè)鏈均有望顯著受益。
4.2、重點公司分析
400G 時代,光模塊產(chǎn)品升級周期性得到驗證,產(chǎn)品升級初期是投資最好階段。光 模塊升級初期,老產(chǎn)品增速下降,新產(chǎn)品尚未放量,不足以拉動整個行業(yè)的高增 長,行業(yè)進(jìn)入青黃不接的階段,板塊估值和業(yè)績預(yù)期都較低,隨著新產(chǎn)品升級帶 來新一輪景氣周期預(yù)期來臨,板塊估值有望迎來巨大提升;產(chǎn)品升級中期,業(yè)績 逐漸兌現(xiàn),新產(chǎn)品放量帶動行業(yè)爆發(fā)式增長,仍有一定上漲空間;產(chǎn)品升級周期 尾聲,行業(yè)進(jìn)入景氣下行階段。以光模塊龍頭中際旭創(chuàng)為例,2019 年,400G 光模 塊開始進(jìn)入升級初期,公司營收同比下降 7.73%,歸母凈利潤下降 17.59%,但市 場對 400G 新一輪升級周期的樂觀預(yù)期驅(qū)動股價有較大漲幅,光模塊板塊估值也 有大幅提升,Wind 光模塊指數(shù) 19 年上漲約 70%。
中際旭創(chuàng)
800G 多次加單提升行業(yè)景氣度,公司持續(xù)高份額引數(shù)通市場。公司率先拿到英偉 達(dá)、谷歌等海外客戶 800G 批量訂單,有望高份額出貨,開啟規(guī)模量產(chǎn)第一年;預(yù) 計明年英偉達(dá)和谷歌進(jìn)一步加大需求,亞馬遜、Meta、微軟等廠商通過驗證進(jìn)入 量產(chǎn),公司迎來業(yè)績拐點;泰國工廠擴建夯實 800G 放量基礎(chǔ),未來有望繼續(xù)引領(lǐng) 市場,業(yè)績拐點有望逐漸出現(xiàn)。AI 加大 800G 新產(chǎn)品需求彈性,公司前瞻布局前沿技術(shù)。光模塊數(shù)量與 GPU 成 正相關(guān),伴隨視頻類交互模式出現(xiàn),驅(qū)動配套高速光模塊需求爆發(fā)增長。在 AI 算 力中心低功耗訴求迫切背景下,LPO 線性直驅(qū)技術(shù)降低功耗與延時性能優(yōu)勢突出, 公司目前已有 LPO 相關(guān)技術(shù)儲備,隨著低功耗 LPO 方案的推廣,公司有望步入 快車道。公司發(fā)布 1.6T OSFP-XD DR8+可插拔光通信模塊,提前布局 1.6T 時代。
中瓷電子
光模塊陶瓷外殼“一枝獨秀”,800G 突破頭部光模塊廠商。光模塊陶瓷外殼&底 座成本占比近 15%,僅次于光電芯片,公司高速光模塊陶瓷外殼在國內(nèi)“一枝獨 秀”:400G 光模塊用陶瓷外殼已經(jīng)實現(xiàn)批量出貨;800G 產(chǎn)品技術(shù)水平已與海外相 當(dāng),作為國內(nèi)重要供應(yīng)商,正逐步量產(chǎn),客戶主要包括新易盛等國內(nèi)外頭部 800G 光模塊公司,未來有望受益 AI 浪潮,加速放量。
天孚通信
800G 疊加 AI 升級周期驅(qū)動數(shù)通市場持續(xù)高景氣,公司高速光引擎項目加速放量 打造新增長極。需求方面,數(shù)通市場持續(xù)高增長驅(qū)動公司各系列無源器件需求顯 著受益,公司發(fā)布 800G 光模塊配套應(yīng)用的光引擎產(chǎn)品和解決方案,作為高速光 引擎龍頭企業(yè)高速光引擎配套需求以及市場份額有望持續(xù)提升,搶占 800G 新周 期市場先機。隨著 AI 持續(xù)的發(fā)展,無源器件和光引擎 400G、800G 產(chǎn)品份額有望 持續(xù)提升。在新一輪行業(yè)高景氣背景之下,公司募投項目擴產(chǎn)計劃預(yù)計 2023 年開 始加快建設(shè)進(jìn)程,加速海外泰國工廠選址建設(shè),積極進(jìn)行產(chǎn)能全球化布局,持續(xù) 擴張產(chǎn)能并建立產(chǎn)能動態(tài)調(diào)整機制以應(yīng)對高漲的需求。
新易盛
公司 800G 有望逐步量產(chǎn)并實現(xiàn)大客戶突破,深度受益于新一輪升級周期。憑借 在 400G 的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)鏈上下游的深度耕耘,公司順利突破北美大客戶,實 現(xiàn) 400G DR4 批量供應(yīng)。公司不斷豐富高端產(chǎn)品線,推出多款 800G 光模塊;收購 完成參股公司 Alpine 的剩余股權(quán),加碼硅光和相干產(chǎn)品技術(shù),順利推出多款基于 自研硅光芯片的高端光模塊產(chǎn)品,加快全球化產(chǎn)業(yè)布局;推出采用單波 200bps 技 術(shù)的 1.6Tbps 光模塊,為下一次產(chǎn)品升級提前布局。產(chǎn)能方面,公司募投項目新 產(chǎn)線的建成夯實放量基礎(chǔ)。
AI 算力帶動行業(yè)需求爆發(fā)下,持續(xù)加強 LPO 等關(guān)鍵低功耗技術(shù)儲備。AI 模型網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)變革催生光模塊需求,800G 光模塊 LPO 線性直驅(qū)技術(shù)低功耗優(yōu)勢深度契 合 AI 訴求,公司于今年 OFC 展會期間推出多款 LPO 相關(guān)產(chǎn)品并與主流廠商與用 戶建立了良好合作關(guān)系;與此同時推出了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的業(yè)界最節(jié)能的 800G 光模塊,持續(xù)加強未來高新技術(shù)領(lǐng)域儲備,有望開辟成長“新天地”。
兆龍互連
200/400/800G DAC 稀缺供應(yīng)商,AI 驅(qū)動 DAC 業(yè)務(wù)迎高增長。DAC 銅纜連接方 案憑借可靠性、低能耗、低時延等優(yōu)勢成為數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián)(一般在 5m 以內(nèi)) 的主要方案,主導(dǎo)北美云數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián),并適配 AI 超算數(shù)據(jù)中心需求。AI 產(chǎn) 業(yè)發(fā)展推動 GPU 需求量激增,DAC 需求量與 GPU 數(shù)量強相關(guān),對應(yīng)市場規(guī)模有 望顯著增長。公司目前已能夠規(guī)?;a(chǎn)應(yīng)用于傳輸速率達(dá)到 400G 的 DAC 高速 傳輸組件及配套的高速傳輸電纜,同時積極布局 800G 傳輸速率的高速電纜組件, 能滿足大型乃至超級數(shù)據(jù)中心、高速通信領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸需求。作為國內(nèi)稀缺的 優(yōu)質(zhì) DAC 供應(yīng)商,公司構(gòu)建了強大的產(chǎn)品資質(zhì)壁壘,高速電纜及組件產(chǎn)品已批量 導(dǎo)入國內(nèi)頭部互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),突破海外市場,間接供貨北美云廠商。PCIe Cable 迎“量價齊升”,服務(wù)器內(nèi)部互連業(yè)務(wù)迎增長新機遇。公司 PCIe Cable 產(chǎn)品配套 CPU/GPU 與顯卡、內(nèi)存等設(shè)備高速連接,受益 AI 服務(wù)器規(guī)格提升,產(chǎn) 品迎“量價齊升”機遇,有望逐漸量產(chǎn),貢獻(xiàn)增量。
鼎通科技
公司深度綁定全球巨頭客戶,是 800G 升級&AI 算力核心受益標(biāo)的。公司提供高 速背板連接器組件和 I/O 連接器組件,主要用于數(shù)據(jù)中心、通信基站等大型數(shù)據(jù) 存儲和交換設(shè)備。憑借優(yōu)異的模具設(shè)計和精密加工制造能力,公司深度綁定安費 諾、莫仕和中航光電等全球知名連接器巨頭客戶,并于 2022 年成功進(jìn)入泰科通訊 業(yè)務(wù)模塊,開展 CAGE 及結(jié)構(gòu)件業(yè)務(wù)合作。目前,公司和客戶著力開發(fā) QSFP 112G 和 QSFP-D 等系列產(chǎn)品,未來核心受益 800G 光模塊的升級。
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