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以下是的一些我们精选的 光通信和 5G 未来将如何演进？【光大通信田明华团队】

引言：流量持续爆发增长驱动光网络升级和扩容，" 光通信 " 依然是当前通信行业业绩最为确定性的板块！5G 主题逐步临近，市场关注度持续高涨，那么未来 5G 网络的演变，对整个通信产业链将会带来哪些变化？光网络的持续升级会对整个光通信产业链的需求和格局带来哪些影响？以及您所关心的数据中心和硅光技术的最新进展，我们【光大通信团队】结合光博会 /Ofweek/ 光纤在线各专家和参会公司的最新进展，对当前光通信和 5G 市场关注的问题梳理如下，供各位大佬参考！

5G 网络的发展及光模块需求

一、5G 光网络架构及容量发生巨大变化

4G 以宏站和室分天线为主，用 PTN 回传（150 万端），少量 Femto 站用 PON 回传。接入网速率为 10G，汇聚网速率 100G，核心网速率 100G。

5G 网络将重新定义 CU、DU 两级架构，两者可集中部署，也可分开部署 ; 与 4G 网络不同的是，5G 网络最重要的不是回传，而是前传、中传和回传将并重。同时，5G 网络的东西向流量增大，流向更复杂。从时延的角度看，4G（TD-LTE）的时延为 ± 1500ns，5G 网络的时延预计为 ± 300ns。

二、5G 光纤传输技术的发展

5G 移动网络将越来越依赖光纤，大量的基站间互联和回传是消耗光纤的主要来源。网络的扁平化导致回传和前传的带宽大幅度提升，高频段决定小基站特征和 2-5 倍的基站数量和基站密度，带来对光纤资源和带宽的极大需求。

随着速率的持续提升，超 100G 传输技术发展平稳，400G 技术已趋成熟，预计在 2018 年初完成标准制定，并逐步投入小规模试用。目前的 400G 解决方案和应用场景主要包括：

（1）DCI 和城域网：单载波 400G PDM-64QAM 距离小于 100km，但频谱效率最高，适用于城域和 DCI 等短距离场合。

（2）长途网：双载波 400G PDM-16QAM 传输距离 500-600km，适用于区域网和长途中等传输距离；双载波 400G PDM-8QAM 的距离趋近于 1000km，适用于长途长距离传输。双载波 400G PDM-QPSK 距离超过 1200-1500km, 适合于长途长距离传输和海缆系统。

三、25G 光模块产业链应用成为主流

4G 建设虽然趋缓，但流量需求并未降低。5G 市场将在 2020 年启动，带来巨大带宽的扩张需求。无线网络带宽的持续增长进一步刺激高速光模块市场。

无线网：25G（工业级）

传输网：50G PAM4 10km/40km，需求量预计千万级

接入网：50G PAM4 ~20km，需求量预计千万级

在 CPRI 架构下，4G 前传网络采用 5G 技术（MIMO）, 带宽将达到 100G。在 5G 架构下，前传网络带宽在后期可能会提升至 50G/100G。无线组网的方案具有多样性，不同的架构对光模块的升级需求不一样。初步预计，10G 光模块在 5G 时代需求持续增长，25G 光模块需求将在 5G 时代爆发，100G 光模块在当前 4.5G 被采用，预计随着成本的不断降低逐步应用于 5G 建设后期。

光模块出现新的光电接口标准和封装形式，单一的封装形式难以一统天下。由于单载波方式成本更低，电信光模块将以目前的 100G CWDM4 为主，转换到单载波 100G，通过减少波长数量降低模块成本。

四、高速光器件发展遇瓶颈，需要开发新激光器

由于前传距离较短，传统的 VCSEL 和 DFB 激光器可以支持 5G 前传的高速率，使用成本较低的 VCSEL 和 DFB 能支持 100m，10km 和 40km 前传技术。

但对于 5G 回传，长距离和高速率传输已经受到限制。用 DFB 和 EML 的低成本激光器可支持 25G 下 10km 和 40km 的传输，但对于 80km 和 50G 的传输成本依旧居高不下，需要采用新的激光器，但成本也相应较高。

五、硅光前景巨大，通信厂商和半导体加工厂商看法有分歧

硅光的优势在于（1）高速：同一芯片嵌入高速光通道，消除电速率的瓶颈；（2）低成本：利用已有的成熟硅集成技术，批量化降低成本；（3）低功耗：传输损耗小，没有金属互联电阻损耗。硅光作为一项极具潜力的技术被各界看好，但是在是否能够迅速降低成本和实现量产上，通信厂商和半导体厂商的看法有分歧。

从通信厂商的角度看，硅光子产业链不断成熟，已经初步覆盖研究机构、设计工具商、器件芯片模块商，Foundary、IT 企业、系统设备商、用户环节等。目前已有 20 家企业推出相关的硅光子产品，近两年新品不断突破。

从芯片工艺厂商来看，工艺厂商单独开一条产线投资巨大，所以必须保证芯片制造量级巨大才能实现盈利。摩尔定律实质是由于 2C 端巨大需求量（亿级）推动成本降低，但目前光芯片的需求量仍在百万量级，半导体工艺厂商推进意愿不强。如果光通信厂商欲强行推进，又得额外加价补偿半导体厂商，未能达到采用硅光技术降低成本的目的。

对比台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）和硅光芯片每月晶圆产能，中科院微系统所的观点是硅光技术虽然是一项具有较大发展前景的技术，但是存在量太小，真正爆发得等到光芯片应用于 2C 端，如将来或有高端手机采用硅光芯片。

六、运营商目前主要采用 10GPON 解决方案

PON 的发展演变出 GPON、EPON 和 XG PON 等多种技术。

（1）EPON

EPON 的主要思路是保持 MAC 层以上不变，仅改变物理层，在同样的基础设施上兼容 1G 和 10G 信号，主要应用于 FTTB、FTTH 和小基站等场景。FTTB 场景：对城市改造区已建 EPON 进行升级，满足 20M 及以上的速率需求，保护已建 FTTB 的需求；对新建区实装率较高，带宽要求较低的 FTTH 场景成本优势明显。FTTH 场景：终端成本仍过高。小基站场景：带宽要求高，10G PON 是一种选择。

（2）XG PON

XG PON 下行 10G, 上行 2.5G, 主要适用于家庭宽带，与现有的 GPON 共存。此技术比 10GEPON 发展晚，但已经成熟可用。

接入网是网络中技术进步相对最慢，投资最大，维护成本最高，实现全光网最费力的部分。

PON 商用落地开展，助力 FTTH 向千兆级接入，宽带进入千兆接入时代，10GPON 逐渐成为 PON 网络主流技术，传统 PON 正向 10GPON 升级，带宽提升十倍。目前 10GPON 的成本是 GPON 和 EPON 的 10 倍，主要来源于光模块的成本，成为未来大规模部署的瓶颈。

光通信发展面临的问题

一、光通信的速率和成本滞后于互联网的发展速度

从 1990 年代中至今，互联网流量每年增长 40%，预计 2020 年超越单纤容量的极限，现有技术难以应对，需要出现新的突破性技术。

二、核心技术薄弱，主要体现在光器件和光芯片方面。

光通信核心的光器件、芯片、材料、仪表、制造平台等领域与世界先进水平差距较大，光器件全球占比较低。光器件成本占比高，是光通信发展的主要瓶颈。光芯片占光器件成本 2/3，是主要的难点和成本来源，也是国内厂商的主要瓶颈。

（1）传输系统：一个 80 波 1350 公里的光传输系统，光器件成本占 70%；

（2）核心路由器：一个 100G 核心路由器，光器件成本约占 60%；

（3）FTTH ( PON ) ：光器件占终端设备成本 40% 以上，10G EPON 的光器件占比约 70%；

硅光子的有望成为光器件和光芯片的突破方向。原因是各种光子集成技术可以带来不同程度的改进和突破，但只有硅光技术可以享受到摩尔定律带来的巨大好处，从而在成本，功耗和集成度上取得根本性突破。

数据中心的发展及光模块需求

一、流量激增，数据中心发展迅猛

数据中心用户正在超越传统的企业用户，成为数通市场的主流，数据中心市场的持续增长得益于其庞大的（数以亿计）的服务人群。互联网巨头引领数据中心市场的快速发展，是数据中心扩容的主要推动力。

我国的数据中心市场占全球空间的 6%，占全球投资约 7%。中国数据中心参与者包括运营商、互联网巨头和第三方数据中心。中国电信和中国联通是中国两大数据中心商。其中，中国电信拥有超过 320 个商业数据中心，中国联通拥有约 220 个数据中心。BAT 作为国内互联网龙头，也正积极扩张数据中心。

根据 DCDi 研究，我国目前规划在建的数据中心共计 246 个，总设计机架数约为 103 万个，总设计服务器规模约 1326 万台。

中国数据中心光模块未像美国一样加速向 100G 升级的原因是中国的单个数据中心的规模一般较比美国数据中心体量小，hyperscale 型数据中心较少。国内的数据中心主要分布于发达地区一、二线城市，属于人口密集区，受土地、电力资源的限制规模较小，分布较为分散。中国数据中心市场对 100G 光模块需求不迫切，预计在 2-3 年后开始向 100G 升级。美国的超级数据中心主要分布在沙漠等空旷地带，容量巨大，数据中心内部和数据中心间的带宽需求更大，因而对升级 100G 光模块有迫切需求，预计在 2019 年左右开始或将启动数据中心从 100G 向 400G 的升级。

二、不同封装形式的光模块在数据中心中的应用

1、SFP 广泛应用于数据中心市场和电信市场

2、QSFP 系列光模块广泛应用于数通市场，特别是数据中心领域

3、CFP 广泛应用于电信市场，但在中短距离上开始逐步被 QSFP 产品替代

CFP8 体积和功耗最大，不适用于高密集组网的数据中心场景，未来将主要用于中长距离电信市场。OSFP 体积和功耗介于 CFP8 和 QSFPDD 之间，既可以支持交换机的高密度应用，也可以支持电信中长距离应用，但因为定位模糊，处境较为尴尬。QSFP DD 的体积和功耗最低，适用于数通市场的高密集组网，被广大数据中心厂商选择。因其体积和功耗的限制，较难支持中长距离的电信市场。

200G 标准晚于 400G 标准，支持的厂商较少，预计 200G 产品的生命周期较短，直接过渡至 400G。50G 在电信市场的生命周期较长，但在数据中心市场或将直接被 100G 标准所取代。

100G 光模块需求自 2016 年开始在数据中心上量，将在未来 5 年内持续增长，并占据数通市场的主要份额。400G 光模块预计在 2019 年开始启动，2020 年开始逐步上量。10G 和 40G 光模块的市场份额将逐步被 100G 和 400G 所替代。

未来，多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升，将逐步被单模光纤所替代。CWDM4 光模块采用内部集成方式，模块成本较高，但只需接一根光纤，可降低在光纤上的成本。PSM4 模块成本较低，但需要接 4 根光纤，增大了光纤的成本。由于由于光纤的成本下降空间有限，而模块成本下降空间较大，随着模块成本不断下降，CWDM4 光模块有望逐步取代 PSM4 光模块。

三、硅光技术对封装要求更高，封装环节价值量有望提升

市场担忧硅光芯片的面世将对现有封装厂商造成不利的影响，但就多个厂商反映，硅光的产生不仅不会弱化封装环节，反而会给封装技术带来新的挑战，封装环节的价值量会进一步提升。

投资建议及推荐标的

1）5G 网络架构区别于 4G，对高速光模块的需求增加。25G 光模块产业链应用逐渐成为主流 , 无线网 / 传输网 / 接入网建设对高速光模块需求量预计达千万级。重点推荐：光迅科技，中际装备、博创科技；建议关注：新易盛，天孚通信等。

2）超 100G 光模块技术发展平稳，400G 标准化稳步推进。400G 标准预计在 2018 年初完成标准制定，2018 年底逐步投入小规模试用。

3）10GPON 商用落地开展，助力 FTTH 向千兆级接入。宽带进入千兆接入时代，10GPON 逐渐成为 PON 网络主流技术，传统 PON 正向 10GPON 升级，带宽提升十倍。10GPON 规模商用，主设备商持续受益，重点推荐：中兴通讯、烽火通信，建议关注新易盛。

4）硅光子产业链不断成熟。目前已有 20 家企业推出相关的硅光子产品，近两年新品不断突破。布局硅光技术的标的建议关注：光迅科技、中兴通讯。

最后，光大通信团队，新财富期待您的支持！

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