
本文主要致力于提供一些有学术价值的科普分享,旨在加深读者在对应领域的认识。文中涉及的技术细节、产品特点以及市场状况均为以假定的情境为基础而构建的,不能作为任何企业所具备的真实信息,也无法反映出现实经济主体的运作状况。本文仅供理论科普研究参考使用,不具备实际操作的指导性,读者阅读过程中要注意区分与辨析,请勿盲目跟从。

引言:数字交互背后的光传输底层逻辑
用户在使用智能对话系统的时候,一般会看重它的快速反应的优势,很少去注意到它在短时间内发生的复杂的处理过程。就实践而言,大规模的分布式集群要依靠成千上万的高性能计算卡来完成数据处理任务,在硬件架构以及软件体系上保证各节点的互相配合。即便数据传输延时只有细微的差别,也会对整个系统造成较大的影响。
以往业界对于算力的竞争主要是从单个芯片的性能优化入手,各个企业通过提升制程技术、增加晶体管的数量、提高主频等方式来争取市场上的主导地位,普遍认为单个硬件结构就可以满足大部分的计算需求。随着大规模预训练模型的参数量越来越大,分布式集群的规模也从几千个节点发展到现在的数十万个节点,行业也开始意识到传统认知中存在的不足之处,即单个节点的算力虽然不断提高,但是由于节点之间通信带宽有限、网络拓扑结构受制于瓶颈,导致数据传输效率并没有得到同步提升,整个系统效能被局部瓶颈所限制。这属于产能扩充同运营效率欠缺的矛盾范畴之内,硬件处理能力提升之后,倘若配套设施跟不上的话,那么硬件的价值就很难得到充分释放,且也无法契合实际应用的情形。
伴随着产业制约因素越来越集中到终端环节上来,依靠传统技术支撑的光通信行业也已经深入到人工智能演进体系中。从数据中心大规模部署的光纤网络基础设施、光模块内部精密封装的微型化光芯片、共封装光学系统里的细线保偏光纤元件这些核心部件开始算力扩容的严峻形势和转型需求都无处不在。
这并不是一个传统的行业复苏周期所再现出来的现象,而是一种数据中心互联架构发生的根本性改变。以前靠铜缆搭建的连接需求,现在已经被光纤所取代;早期安装在面板内的普通光模块,现在已经变成靠近芯片核心位置的设备;原先结构比较简单的通用光纤,现在也变成具有更好性能指标的特种光纤产品。每一个技术进步都会重新构造出产业链各部分的利益关系,并且明显增强了企业于细分市场中的不同点的比较优势。
本文选取了16家有代表性的产业链企业作为案例研究的对象,企业的业务布局包含陶瓷材料和光芯片(上游),光器件和连接器(中游),以及光纤光缆和系统设备(下游)等通信产业的全部环节。一部分企业由于技术开发获得了一定的优势并形成了一定壁垒,另一部分依靠产业链某些环节中的重要位置,整合资源来取得行业的竞争优势。虽然大多数样本企业的资产规模比较巨大,但是其主要的竞争优势依然来源于与光通信无关的其它业务。
按照算力瓶颈突破的节点,依照技术演进的进程来阐释数字经济背后“光产业”变革的内在逻辑和发展走向,有着十分重要的学术意义和现实意义。
一、算力架构迭代与连接端的价值重构
1.1 单芯片算力增长的边际递减效应
1.1.1 大模型规模扩张带来的算力需求跃迁
自从人工智能领域的预训练大模型参数量超过了行业平均水平之后,它的开发速度也变得很快。参数规模是重要的指标,从最初的几十亿个参数发展到现在的一万亿个参数,有着明显增长的趋势。该类超大型模型训练任务对于算力资源的要求很高,传统的单个或者很少的GPU不能满足它的运行需求,必须用上万到几十万甚至更多的GPU节点来形成分布式并行计算环境。伴随着模型参数维度不断增大,所需要进行的计算资源呈指数级增长,这就给底层基础设施架构的设计带来更高的技术难题。
深度学习模型参数量小的早期训练时可以利用几百张GPU来满足计算的需求。研究渐渐转向超大规模参数网络方面的时候,为复杂的任务所需求的计算能力也随之增长到了几千到几万张GPU的级别。目前大部分顶尖的云计算服务供应商都建立了拥有几十万台GPU的巨大计算资源池。在这样的情况下,集群内部的数据传输量成指数级增长,节点间的通信速度(带宽、延迟等)也成了制约系统运行效率的因素。急需通过改进硬件架构或者革新算法来进行解决。
1.1.2 制程工艺逼近极限下的性能天花板
单芯片算力明显提高的主要原因就是制程工艺不断更新,从原来的14纳米一直发展到现在的7纳米甚至3纳米等先进制造技术。由于晶体管尺寸不断缩小、集成度不断提高,使计算性能得以提高并取得突破。随着制程节点往3纳米以下的方向前进,技术研发碰到的复杂度和难度是指数级的提升,并且之后的技术革新,研发投入以及产业化推进所支出的成本也会急剧增加。
芯片单体制造成本从千万级上升到数亿级别,并且性能提升的幅度越来越小,边际效益递减的特征愈加明显。单纯的依靠单个芯片算力优化的传统方法已经遇到障碍,高额的研发费用和生产成本又成为难题。大多数人都认为,单单靠工艺改进不能达到算力需求的增长速度,所以要从系统架构上进行革新,这是行业发展的大方向。
1.2 系统协同效率成为核心竞争变量
1.2.1 万卡级集群的算力利用率困境
创建大规模并行计算集群的时候,单个显卡的性能峰值不是决定系统算力的主要因素,但它也对整体性能表现产生重要影响。架构设计的好坏以及协同是否高效都会对系统运算速度产生影响。尤其是在多卡协同运行的场景当中,由于数据交互延迟的问题,就变得十分明显,通信瓶颈常常造成资源分配不均以及冗余状况出现,从而使实际的算力利用率远远低于其理论数值。对于同样的大小的分布式训练平台来说,由于选择不同的互联技术会使得性能差上几倍。
目前人工智能领域竞争态势已经发生了很大的改变,由以前单纯的单个芯片性能比拼变成了现在系统整体协同效率评价。伴随着人工智能技术的集成化发展,互联性能也成了决定系统综合性能的主要因素。从实践上讲,大部分应用环境并不是因为硬件资源不足而造成的,而是因为数据传输瓶颈所造成的结果,使得系统运行效率不能达到预期目的。集群规模不断扩大又加剧了互联的需求,从而引发了诸多技术上的难题。
1.2.2 连接性能对整体训练效率的牵制作用
大规模模型训练时,在分布式环境下所采取的参数同步方法成了决定系统性能的关键因素。网络带宽不足或者通信延迟过高时,多次参数交换就会造成运算时间变长、硬件利用率下降。现有的研究大多把注意力集中在单片加速的效果和扩展规模之间存在着怎样的线性关系上,并且没有注意到同步机制会潜移默化地造成一些效率上的损耗。实际应用场景下由于同步延迟等原因造成可用算力比理论预测低。
互联技术的革新给集群计算效能提高带来了很大的影响,它显示出了软件优化可以大大增强系统性能的特点。目前该领域的增长已经由百兆、千兆(100G)向四千兆、八千兆(400G、800G)过渡,又向着一千六百吉比特(1.6T)、三千二百吉比特(3.2T)发展。技术创新周期变短,这是行业迅速发展所带来的结果,也表现出了它能够快速回应更高的宽带需求的能力。
1.3 互连介质的迭代路径:从铜缆到全光
1.3.1 铜缆传输的物理边界收缩
目前行业实践中选择的技术都具有很强的务实性,即在满足使用条件的时候首先选用成本低、技术成熟度高的铜缆方案。只有当应用场景对带宽和传输距离的需求超出了传统铜缆技术的限制之后,才会转而使用性能更好但是成本更高的光纤通信方案。由于网络需求不断增大,铜缆的最大传输距离也越来越接近初始值的一半甚至更低,这就意味着传统的物理介质已经不能满足快速发展的现代通信技术的要求了。
随着传输速率不断提高,铜缆信号衰减、电磁干扰等固有的问题越来越严重,这些内在的物理制约不能依靠技术上的改进来解决。因此造成数据传输距离随速度增大而显著减小,使得该技术的应用场景受到严重限制,只能在机柜内部或者电路板之间等短距离环境下使用。
1.3.2 光连接场景的持续渗透逻辑
光纤技术的应用范围越来越大,由原来的主干网络向机柜级连接、向服务器内部以及微电子器件封装等方向不断扩展。伴随着应用场景不断丰富,对光电器件的需求量越来越大,年增长率一直保持较高水平,具有明显的市场增长趋势。
光通信是一种具有明显技术优势的通信方式,它有着较好的频谱利用率、较小的损耗和良好的电磁兼容性,因此在长距离传输环境中有着很好的成本效益。伴随着数据传输速率不断上升,光纤通信的性价比也越来越明显,传统的使用铜线作为传输介质的方式,由于速度所限逐渐被淘汰,光纤凭借更高的传输速度和稳定性正在慢慢取代其他的通信方式。人工智能技术在其中起到的作用也越来越明显,也对行业的未来发展产生着越来越大的影响。
1.4 共封装光学的技术演进脉络
1.4.1 传统可插拔架构的瓶颈显现
传统数据中心用的光模块一般有插拔式接口,和底层电路板通过交换机端口电气连接。在早期低速通信场景下,短距离铜线路径没有引起严重的问题,在数据传输速率不断提高的时候,它却成了系统性能改善的重要制约因素之一。高速信号传输时由于铜走线造成的损耗增大,必须使用外部驱动单元对它进行补偿。不但使能耗增加,而且使响应延迟变大,逐渐成为限制带宽扩展的主要因素。
共封装光学技术(CPO)是种新的解决办法,它冲破了传统架构的技术制约。其主要原理就是将光通信收发模块和处理器芯片一起装入一个封装体里,从而减小两者之间物理距离到毫米级。不但可以大大减小信号传输损耗,还可以大幅度降低功耗、提高带宽利用率,从各个角度提高了系统的整体性能。
从表面上看,这只是对硬件布局的一种重新安排,但是它的深层含义却成了一个非常具有挑战的技术变革。早期可插拔光模块是分开式的,在出现故障的时候,可以利用方便的更换方式很快地恢复系统的正常运行,并且有着较低的维护费用。新型集成化设计把光模块和核心芯片融合起来封装,大大加大了故障排查和维修的工作量,也大幅度提高了运维费用。尤其对于热管理领域来说,由于高功耗元件和敏感光电器件被安排在一起,所以二者所产生的热量互相影响,从而使得整个散热系统优化设计的要求更加严格。
1.4.2 过渡阶段的多技术路线并行
技术创新一般会表现出渐进式演进的特点,而且会伴随着多元化过渡性方案的出现。在可插拔光学元件方面,线性可插拔光学(LPO)最先实现突破,它最突出的优点就是可以提高信号传输效率、改善能源利用情况并且延长传统可插拔架构的技术寿命。相比于近封装光学(NPO),它具有更好的带宽扩展以及能耗降低潜力,并且采用局部改变光模块位置的方式来改善性能,从而减少对当前的产业环境造成的影响。
非插拔光学模块(NPO)属于过渡性方案,凭借成熟的架构体系运转,不须要对目前的产业链执行根本性的调整,便有效地加强了带宽密度,改善了能效。它的突出特点就是实施简便、成本可控且符合实际需要,是实现大规模商用化的好途径。在应用场景当中,大部分企业先采取NPO架构,然后经由渐进式的设计逐渐走向共封装光学(CPO)技术,以此来保证产业生态的平稳转变和技术更新达成。
1.4.3 CPO的核心价值与落地节奏
尽管我们可以预见到,基于硅基光电集成制造工艺的制程不断升级下,CPO光学结构会因为其固有地无法避免的一些问题而出现,并会持续随时间的发展以及技术的改进而不断完善,但是它在未来的超大规模人工智能系统架构中会成为部分组成,甚至有可能演变成下一阶段超级大类模型系统的一部分。以英伟达为代表的一系列业界领先的公司已经明确地把主要资源投向了基于CPO架构的数据中心扩展网络交换机研发,并且提出了自己的技术路线图。展望十年之后,由于CPO在提高网络带宽性能上起着重要的作用,因此它将会给高速数据传输提供支持,并且会推进相关的行业发展。
有关5G毫米波技术大规模商用的时间,学术界还没有达成一致的意见,大体上认为在2027年至2030年之间将会得到大规模的应用。过程充满变数,已经被业界所关注。目前产业链还在积极推进资源整合工作,核心标准体系还没有完全建立起来,关键技术和方法的研发还处在实验验证和改良的过程当中。虽然存在很多不确定因素,但是这个领域的前景非常明确,随着集成电路性能的不断提高,光通信产业的重要性会越来越突出,并且还会出现更复杂的竞争局面和技术壁垒。
1.5 外部光源方案催生保偏光纤新增量
1.5.1 硅光波导的偏振敏感特性
CPO(共封光学)技术的实现途径多种多样,而外部光引擎方案由于自身拥有的突出技术特点以及普遍受到行业的认可程度,被大家所重视。此方案的特点就是把激光源移到封装体外面,用光纤组件来和封装内部的光学元件做准确的耦合。本设计的主要目的在于提高散热性能和提高系统的可靠性,激光器工作时会有较大的温升现象,在高密度集成的应用当中容易出现复杂的热管理问题,并且环境温度的变化也会造成激光输出波长的漂移,进而对系统长期的稳定性及精确度产生影响。
把光源从封装体系里移开之后,可以明显减少系统内部热应力的分布,进而提高激光器整体寿命,改善运行可靠性。当外界的光束进入硅基光波导之后,该光束对于进入光的偏振状态有着极为敏感的特点,哪怕是很小的程度偏离了理想的偏振方向,都会导致耦合效率迅速降低,进而给器件的功能稳定带来负面影响。由于传统的光纤传输路径存在着随机偏振态波动的现象,因此与基于硅基光电集成结构的设计需求相比很难完全一致。
1.5.2 保偏光纤在CPO架构中的定位
在这样的环境下,由于保偏光纤具有诸多的优势,所以它被应用得非常广泛。该材料的主要性质就是对入射光线性偏振态有较好的保持作用,在传输过程中信号的输出和输入的极化状态十分一致。把保偏光纤集成到外部光源和硅光器件之间耦合路径上,可以实现光信号高效稳定的传输,也可以有效解决由于硅基波导偏振依赖性带来的技术难题。
传统的认识里,保偏光纤常常被当作小众的细分市场典型代表,应用范围主要集中在传感、激光方面。随着CPO(共封装光学)技术在数据中心领域的推广,保偏光纤的战略价值也越来越大。虽然单条链路需求规模小,但是考虑到未来CPO接口数量会呈指数增长的趋势,所以该产品的市场前景还是很乐观的。
二、保偏光纤的技术属性与产业应用
2.1 光的偏振特性与传输基础
2.1.1 偏振现象的基本原理
在研究保偏光纤之前,首先要解释偏振这个关键的概念。虽然“偏振”这个词在生活中很少被提到,但它却有着十分广泛的使用范围并且非常重要。佩戴偏光太阳镜所产生亮度的变化现象、使用3D眼镜进行观看时所具有的特性等等,无一不是偏振物理特性及其实际应用的例证。以上实例清楚地说明了偏振理论不单是基本科学问题,而且给许多工程技术领域带来了重要的影响。
把光波看作在三维空间内周期性振动的弦线模型,它的基本性质就是振幅呈随机分布。自然光的偏振状态是无序变化的,只有当光波的振动方向被限制在一个平面内时,才称其为线偏振光。在精密光学系统研发时,保证输出光束具有稳定的、可控制的偏振态,对于使设备长期稳定工作有着十分重要的作用。
2.1.2 普通单模光纤的偏振态漂移问题
就理论而言,普通单模光纤的设计目的就是实现一定的模式光信号的高速传输。在实际生产当中,由于原材料本身的固有缺陷、敷设过程中受到的外力以及弯曲变形等外界因素的影响,致使入射光在传播过程中会出现偏振态的无序波动。该种现象表现为横向或者斜向的振动,没有规律性的周期性特点。
在一般的通信场合下,偏振态失配给系统造成的危害一般不会被察觉到,只要接收到的解调参数达到最小的阈值就可以保证接收端的正常工作。然而在光纤陀螺仪、相干光通信、硅基集成器件的耦合应用当中,哪怕是一个非常微小的偏振改变也会造成整个系统不稳定甚至出现故障。为了克服以上困难,需要用有方向传输特性的、长距离传输时不改变偏振性的保偏光纤材料进行通信。
2.2 熊猫型保偏光纤的实现机制
2.2.1 应力区双折射效应的作用逻辑
保偏光纤是特种光纤的一种,保偏光纤有着多种多样产品形式。商业上,由于“熊猫型”保偏光纤端面独特的形状,因而受到人们的重视,“熊猫型”保偏光纤端面像熊猫脸部一样具有一定的形状。该光纤是双轴对称结构,纤芯位于中间位置,两边各有一个圆柱状的应力区,因而具有非常特殊的光学特性以及明显不同的物理性质。
该区域所用特种材料的热膨胀系数和纤芯不同,在光纤冷却固化时,应力区给纤芯施加非对称的约束力。该过程会使光纤内部出现双折射效应,使得沿着这两个主轴传播的光信号由于折射率的不同而产生速度上的偏差,从而导致其相互之间的转变变得不可能,最终使传输过程中进入光纤中的入射偏振态保持不变。
2.2.2 制备工艺的精度要求与难度
它的基本原理看起来很简明扼要,在实际使用时却会碰到许多难题。应力分布形态、尺寸参数和材料特性都必须达到很高的精确度要求,任何偏离设计值的情况都会使保偏性能大大降低。因为光纤纤芯的直径很小,工序人员应力场的定位误差不能太大,一般要求为亚微米级别。此操作难度与在头发丝般细小的光纤内部建立高度对称、均匀分布的复杂应力结构相比,远远大于常规光纤生产技术。
这种严格的工艺标准已经把很多中小型生产企业排除在外。由于保偏光纤生产工艺十分复杂、成本急剧上升,且其质量要求极高,目前只有极少数几家具备大规模高质量生产能力和供货条件的企业在全球范围内。
2.3 传统应用场景的市场格局
2.3.1 光纤陀螺领域的核心刚需
保偏光纤由于具有良好的偏振态稳定性,被用作惯性导航领域的研究对象,主要以光纤陀螺仪的形式出现。惯性导航系统的主要组成部分之一就是光纤陀螺,它根据萨格纳克效应来对飞机、导弹、舰船等各类设备做角速度以及方位角的精确测量。在较长时间里,光纤陀螺是保偏光纤最主要的终端用户市场之一。
该行业有很高的准入门槛,产品质量可靠、运行稳定、环境适应性好等各个方面的要求都非常严格。供应商和采购方之间合作关系一般具有很强的稳定性,很难改变。整体市场规模小,市场竞争格局趋于稳定,行业内主要企业已经基本上将市场上的大部分份额瓜分完毕。
2.3.2 激光与传感领域的稳定需求
保偏光纤因为具有良好的偏振保持性能,在高性能传感器件、精密激光设备以及相干通信系统等方面都具备着十分明显的优势。虽然这些领域对于保偏光纤的市场需求很小,但是它们市场定位已经变成高度依赖核心技术以及专业化制造能力的小众高端市场。
行业的整体发展趋向是平稳的、逐步前进的,在高端制造、精密传感、光通信等细分子行业中持续地发展,市场规模稳步扩大,并没有出现大幅度的波动或者急剧的衰退情况。企业运营比较稳定,依靠技术创新和客户资源形成的竞争壁垒来稳固自身地位。
2.4 数据中心场景的增量空间
2.4.1 CPO商业化进程的带动作用
由于人工智能对于算力的需求越来越大,CPO技术也快速发展起来,保偏光纤在新的应用场景中有着广阔的市场前景。虽然其在军事传感领域的市场规模很小,但是由于数据中心的建设而带来的增长潜力很大。预计当CPO技术取得商业上的成功以后,保偏光纤的需求就会有爆发性的增长。
目前CPO技术还不能达到大规模应用的标准,还处在实验室测试和局部示范的初级阶段。由于没有广泛的商业化需求,保偏光纤市场的发展空间比较小。行业发展趋势趋于明朗,主流光纤制造企业正在加快产能布局,加强产品质量,为以后规模性扩大做好准备。
2.4.2 市场规模的长期增长逻辑
发展过程中充满了技术和规模化生产的过程,也存在着市场开拓等问题,一般要经过数年才能完成。一旦产业达到关键临界点,原来位于边缘的某种产品就会突然成为光通信行业的重要细分市场,并且会有较快的增长。
除了CPO之外,在相干光通信领域里,保偏光纤还有很大的应用前景。由于相干光模块传输速率的大幅提升,其对于偏振态的稳定度要求越来越高,预计未来会存在多种应用场景,进而带动市场的需求增长,给保偏光纤产业带来了持续发展的机会。
2.5 产业共识与技术路线的不确定性
2.5.1 全产业链的技术验证推进情况
目前保偏光纤产业虽然市场规模小、发展速度慢,但是随着高性能光通信系统、精密传感设备、先进激光技术等领域的发展,保偏光纤的市场需求也在逐步扩大。在这种情况下,CPO(协处理器)技术的演进就成了一个重要驱动因素,而行业对于外部光源方案的认识加深,将会使保偏光纤的应用更加可行、更具发展前景。
目前,光纤制造企业把研发重点转向了相关领域,光模块供应商、网络设备制造商、云计算服务提供商也都进行了相关的试验和验证工作。这样一种全产业链协同推进的模式,可能会使人们对于技术演进的速度产生新的认识。虽然领军企业样品研制阶段取得了较好的成果,但是在质量良率提高和成本控制方面还存在着很大的问题。
2.5.2 潜在技术替代路径的可能性
技术架构存在一定的改善之处。如果硅基光子芯片在偏振敏感性方面得到解决,那么传统的保偏光纤使用就可以被减少。基于当前研发进展评估,该情形出现的概率相对较低。由于硅材料本身的物理特性所决定的,它的波导结构很难彻底消除偏振状态的影响。目前外置光源+保偏光纤的方案,经过成本效益以及系统可靠性的综合考量之后,被证明更加适合使用。
有学者认为由于CPO技术现在还是研发初期,所以对于偏振保持特性研究还很前沿。该论点有一定的合理性,但是其合理性具有明显的局限性,在较短的时期内(大约两年左右),保偏光纤的应用主要是集中在传统领域,市场还没有显著的增长。从产业发展全局来讲,战略布局应该具有前瞻性。如果只在实际需求产生之后才增加产能,就会造成失之交臂的状况。业内经验表明,那些处于行业前列的企业一般都会提前几年预见市场走向,并且会及时作出反应。
三、数据中心布线系统的升级逻辑
3.1 光纤跳线的基础设施属性
3.1.1 跳线产品的基本构成与作用
大多数参观者走进数据中心以后,首先看到的就是那些整齐排列着的机柜阵列,但是对于机柜内部复杂繁多的线缆系统并没有给予足够的关注。高密度布线现在已经发展成为核心部件之一的光纤跳线。它是一种典型的光通信设备,主要是由中心传输光纤和两端连接器组成,用简单的对接方式完成光信号的高效传递和连接任务。
虽然外形普通,但是它是人工智能算力网络中最重要的无源互联节点,在数据交互过程中起着至关重要的作用,就像是支撑系统正常运转的神经中枢一样。布线系统性能好坏直接影响到集群数据传输速率和稳定性,任何一点的细节上的失误都会造成整个系统的可靠性受到很大冲击。
3.1.2 MPO连接器的高密度优势
传统数据中心架构所使用的LC、SC型光纤连接器,由于其单双芯结构、大体积设计等原因,在带宽需求急剧增加的情况下存在明显的不足。伴随着人工智能技术迅猛发展以及应用场景不断扩展,单通道数据传输方式已经不能满足新的业务对于性能的需求。和以上两种类型的连接器相比,MPO型光纤连接器由于具有较好的集成性能以及灵活的扩展性,被渐渐地取代为行业标准连接器的选择。
MPO是一种集成多芯光纤的多模光纤连接器,在空间有限的情况下,具有很好的性能,可以大大提高光纤配接效率,也可以很好地改善端口密度的配置。人工智能时代数据中心里无论是近距离的直连服务器和交换设备,还是长距离的传输,MPO跳线也成了主流的一种。
集群算力提高时,光模块的需求也会增加,但是使用MPO跳线的情况也和它的使用有关。当光模块数量不断增加的时候,MPO跳线需求也会同步上升,且存在较强的线性相关性。
3.2 算力集群扩张驱动的用量增长
3.2.1 集群规模升级带来的架构变化
人工智能大模型的训练时所需要的算力资源越多,其效能就越高。集群需求不断增大,上万张显卡的超大规模并行计算集群也成为当今行业主流的趋势。云计算领军企业已经构建起百万乃至更大的计算集群,并且运行得非常有效。随着集群规模的越来越大,网络架构设计要随之作出相应的改变,才能满足新的计算任务对于数据传输速度和带宽的要求。
在中小型集群环境下使用两级交换机架构(接入层和核心层)能满足性能要求,该架构结构简单,管理方便,成本低。当计算节点数量大于10万时,传统的两级架构已经不能满足高密度的部署要求,这时就要用到三级交换机来提高网络的吞吐量以及可靠性。三层架构提高了设备的互联复杂度,但是经过合理的安排可以有效地控制光模块的数量以及光纤的铺设。
3.2.2 叶脊架构下的东西向流量需求
数据中心运营模式的转变,对它的网络结构造成很大影响。传统的数据中心大多使用以北南向为主的业务模型,主要对服务器与外部网络之间的数据交换起作用。面向人工智能应用场景的数据中心更加重视东西向通信特性,它所要求的服务器之间高效协作、GPU等高性能硬件资源协同处理。大规模深度学习任务中集群各个节点之间会频繁地进行参数的更新以及数据的传递工作,从而造成内部流量急剧增加、分布越来越复杂,给现有的网络基础设施工作了新的要求。
就极值方向性流量而言,行业内大多采取叶脊型胖树架构的方式来保证性能的稳定。该架构由两层交换设备组成,叶节点处理服务器接入任务,脊节点负责管理叶节点的集中调度,所有的叶节点和脊节点之间用全维度直连的方式建立拓扑网络。既保证了足够的带宽资源,又可以对任意两台终端设备之间通信路径做进一步的改善。它最大的不足就是端口规模的扩大,光纤资源的浪费,冗余配置造成的成本上升等。
随着集群规模变大,由于全连接架构需要占据大量的光纤资源,其消耗的光纤面积是集群物理空间增长数量的指数倍,增长速度比集群物理空间扩张快很多。新增层级的网络互联会造成光纤使用量按一定比例逐层增大。以拥有十万张计算卡的超大规模数据中心来说,其光纤布线的需求会达到非常巨大的数目。尽管业界普遍认为服务器、交换机等是构成数据中心的基本构成要素,但是布线系统的隐形价值却常常被人忽视。设计不合理会使高性能计算设备性能不能得到充分发挥。
3.3 速率迭代带动的价值量提升
3.3.1 光模块速率升级与芯数需求增长
光模块的传输速率正处在迅猛发展的阶段,从400G逐渐向800G过渡,而后走向1.6T的时代,它的技术革新周期大大缩减。由于速率的不断提高,光纤通道数量也相应增多,因此连接器端口数量也越来越多。初期8芯MPO连接器可以满足400G设备的需求,在800G以后为了满足更高的带宽需求,一般会采用12芯或者其它高密度的连接器方式,对于1.6T的情况可能会采用支持更高的核心数的新型号的连接器。
随着核心数量的增多,精确对位变得越来越复杂,加工精度要求也越来越高。单根跳线成本随着芯数增加而上升。在传输速率不断改善的时候,插入损耗的控制标准也越来越高,即使是稍许超出规定的损耗值也会对产品性能造成不良影响。这样一种情形给制造企业精密研磨工艺、精细对准技术等提出了更高的要求,使行业技术门槛和进入壁垒得到提高。
多主干光纤连接器(MPO)市场的“量价齐升”特点最为明显,市场需求和产品价格都处在不断上升的状态之中,产业规模正在以迅猛的速度扩张。
3.3.2 低损耗要求下的工艺门槛抬升
MPO跳线组件的装配看起来比较简单,但是它的制造工艺中包含了各种复杂的工艺参数。从插芯加工、端面打磨、多芯精准定位、损耗测试等十几项工序都要加以控制。多芯连接器的对中精度要求为亚微米级别,微小的偏差都会造成产品质量不合格的情况出现。
中游跳线制造工艺由于工序繁杂、精度要求高,不能依靠单一技术积累完成生产任务,必须依靠完善的自动化生产线来保证制造工艺的顺利执行。简单的购置设备不能达到预期的效果,必须经过长时间的技术研发和工艺改进才能保证产品质量,实现大批量生产。伴随着加工效率的提高、工艺水平的不断提高,能够达到相应生产能力的企业数量将会减少,从而使行业的集中度稳步上升。
3.4 光互联渗透的新场景与新产品
3.4.1 Scale up场景下的柜内光连接
光互联技术的发展主要有两条主要的道路,集群扩展和集群融合。集群扩展模式表现为数据中心规模不断扩大、机柜数不断增加、机房面积不断扩大,用光纤来实现内部节点的高效连接。此模式近几年来增长迅速,已经成为目前促进行业发展的主要推动力量之一。
规模扩大方面,机柜级和服务器级技术改进是主要的。由于铜基互连材料对于高频信号传输存在着较大的传输距离限制,在单机柜内部服务器之间的通信距离超过一定范围的时候,就会出现传统铜缆传输性能的不足。随着跨机柜应用范围的不断扩大,依靠光互联技术解决现有的瓶颈,进而达到更高层次的数据互联的目的已是大势所趋。
CPO(Coherent Pluggable Optics)和NPO(Next-Generation Pluggable Optics)作为推动光互连技术普及的核心模式,其发展进程呈现出显著的协同特征。随着光引擎越来越靠近芯片周围的区域,光纤布线也慢慢深入到封装里面去。它使光纤跳线使用率大大提高,并且给光纤密度布置、信号传输损耗、物理空间占用提出了更高技术标准。
3.4.2 光背板产品的出现与技术特点
受机柜容量所限和散热效能的束缚,传统的布线方式已经不能满足现代计算环境下的高密度连接的要求了。在此情况下,Shuffle光背板就出现了,它所采取的技术关键是采用预先在光纤中嵌入并精确布置在载体上的方案,并依靠路径优化算法来达到模块化集中的效果。该装置可以使服务器在插入的时候自动把信号传输接口的匹配做好,省去了繁琐的用手跳接的操作。
北美多家企业,如博通、Meta等都已经开始了自己的光背板技术研究。该技术对于信号路由的优化有明显的优势,也有利于在空间资源配置上做到最优配置,并且有利于液冷散热系统的共同整合。随着布线结构越来越复杂,相关的领域技术创新难度以及商业潜力都在持续上升。
传统跳线制造只是简单的连接器,新型光背板的设计就要形成复杂的光学传输系统并且要实现整体集成化。该种技术革新对于制造企业而言,对研发实力和综合运营能力有更高的要求。产业转型期间,由于行业整合效应的出现,一些不能适应产业发展需要的企业将会被排除在外。
3.5 国内厂商的产业地位提升
3.5.1 精密制造能力的全球竞争力
经过几十年的技术革新和实践探索,国内跳线业在生产工艺、技术创新上取得重大的发展,形成起了较为完整的自动化生产线系统。规模化生产能力和产品品质稳定度已经达到了行业先进水平。依靠高效成本控制的机制,企业具有很强的国际市场竞争力。许多龙头企业既得到了康宁、藤仓、长飞等国际著名企业技术方面的支援,又以供货商或者代工的形式给北美云计算企业供货,从而达成战略合作并加以资源整合。
北美本土布线企业受到产能不足以及经营成本不断攀升的压力,其产品订单出现往中国转移的现象。在此过程中,我国有关企业有较大的规模和良好的成本控制能力,因而可以获得较好的利润。虽然短期内这主要是因为全球产业链重构而产生的阶段性红利,但是从长远来说,这样的转变会提高企业行业的竞争力。
3.5.2 产业链向上延伸的长期路径
我国的企业为了摆脱传统代工模式的束缚,努力往产业链高端迈进。从最初的简单组件加工开始起步,已经完成了关键性的技术突破,在光缆、插芯等主要的零部件上实现了自主研发并且实现了产业化生产。另外以 Shuffle 光模块、多通道光纤阵列等高附加值新产品领域为突破口,有效地提高了整个产业链的增值水平。
在此之前,相关的产业领域一直被外资企业所控制,国内企业处于激烈的市场竞争中也只停留在低端市场。近些年来,我国企业开始突破关键技术壁垒,形成起了北美地区云计算服务供应商产品供应体系,并且这种产业链地位不断加深。在此过程中,贸易争端、技术封锁、客户准入门槛等各方面的困难和障碍时有出现。从长远来看,依靠制造业所形成的比较优势,中国的企业可以在精密制造方面取得更加明显的竞争优势。
四、光通信产业链核心企业的发展现状
光通信产业体系是由上游原材料供应和光芯片研发制造、中游无源和有源器件以及光模块生产加工、下游光纤光缆铺设和系统设备集成应用等组成的。选取的16家代表性企业分布在产业链各个环节上,商业模式和发展的路径是多样的,有的在细分市场上有较大的市场份额和较强的市场竞争力,有的依靠科技创新获取独特的竞争优势,大部分企业以规模化经营的方式在非核心业务方面取得资源整合和效益提高的效果。
将研究样本划分为四个组进行内部差异性检验,有利于对各个群体之间的相对位置以及具体表现有更清楚的呈现。
4.1 光器件平台与高密度互连组件赛道
这四家骨干企业都把数据中心间的高速互联作为重点,它们在人工智能算力体系的创建过程中起着重要的作用,因此受到了人们的重视。虽然两者都处于产业发展的前沿地位,但是市场占有率、核心竞争力却存在着较大差别。
4.1.1 天孚通信:全品类布局的平台型龙头
2025年天孚通信实现营业收入51.63亿元,比上年同期增长58.79%;归属于母公司所有者的净利润为20.17亿元,比上年同期增长了50.15%。有源光器件板块营收占比总营收的58.06%,毛利占比是总营收的46.63%,无源光器件板块所占营收为20.84亿元,占总营收的40.37%,无源光器件板块的毛利率最高达到了63.67%。根据地区分布数据可知,外销业务规模远远大于内销,外销量为38.39亿元,占总销售额的比例达到74.35%,内销量仅为13.24亿元,只占到25.65%。内外结合的市场布局很好地提高了协同效应,公司的业绩逐步提高。
从财务数据可知,该企业并没有表现出典型的电子器件制造企业的特点。无源业务板块的毛利率一直保持在六成以上,属于全球光通信领域的领头羊。公司主要从事光互联为主的一站式综合服务,主要服务的领域有各个细分市场。产品矩阵包含光纤阵列、波分复用器等基本无源器件,面向800G和1.6T高速传输的有源封装系统也已经实现核心自主可控及规模化生产。在泰国、新加坡、日本、美国等地建立了生产销售服务网络,并且是高效的、全方位的全球供应链网络。
它的核心竞争优势不是靠单一产品最好的性能来支撑的,而是靠这三大因素一起形成的壁垒来支撑。该种特有的结构有很强的不可重复性,很难被竞争对手所超越或者仿造。
精密制造平台的创建对于企业保持较高的良品率有着重要的意义。以光引擎、光纤阵列为典型的微米级加工零件直接决定最终产品性能。研究结果表明,生产良率每提高一个百分点,一般会给企业带来比较大的毛利率增长。无源业务领域里最早一批企业的天孚通信,在经过长时间的工艺技术深耕、细密的管理改善之后,仍旧拥有着将近一半左右的毛利率表现,这得益于它持续加大技术工艺研发,并且保持精细的精细化管理的优势。卓越的成绩不是一次研发而成,是长期研发和实践经验积累逐步形成的。
北美地区人工智能领域核心企业之间形成的垄断现象,其实是带有隐性壁垒性质的一种市场准入方式。其在全球市场的业务比重达80%,已经深深嵌入到北美主要云计算服务提供商的主要供应网络里了。此类高端客户审核资质程序十分繁杂,牵涉到许多时间长而复杂的综合检查、试点工作,耗时较多,且技术要求高。由于供应商转换所造成的巨大风险以及高昂的成本,一旦企业经过严格认证进入这个生态系统,就很容易建立起一种稳定的长期合作关系,进而大大减少潜在替代的可能。
第四种增长模式就是指产品由无源形态向有源方向发展所产生的协同放大作用。每一次技术革新都会使该类产品依靠现有的架构来实现功能的扩大,而且会通过增加高附加值的环节来应对新技术的冲击。不管技术的走向如何改变,都需要依靠系统的产物改良和革新来应对市场的需求发生改变,并且有效地降低被产业边缘化的危险。
本企业的客户集中度过高,销售集中在单一客户身上,属于高度客户集中型的经营模式。平台型的、大型的云计算企业合作受规模效应限制而产生。虽然过高的客户依赖程度会降低企业的抗风险能力,但是被行业领先企业选择为合作方也显示出它具有很强的竞争力以及市场影响力。
经由2026年一季度的财务数据统计可知,该企业营业收入、净利润均有较大增长。内生性增长期内,营业收入增长了40.82%,利润也增长了45.79%,总营业收入达到了4920万元。体现出了公司持续高速增长、具备较强市场的竞争能力。作为国内最大的光器件厂商,以60%以上的无源器件毛利率、接近47%的有源器件毛利率以及74%的海外业务占比著称的,在业内占据着特殊的地位并且早早地将研发重心放在了包括1.6T以及CPO在内的诸多前沿技术上面。
4.1.2 太辰光:聚焦MPO赛道的垂直玩家
到2025年,太辰光的年营业收入为15.47亿元,比上一年增长了12.26%,归属于母公司所有者的净利润由上一年的2.99亿元增加到现在的2.99亿元,增幅达14.43%。其主要业务集中在核心产品上,主产品是光器件,销售额达15.15亿元,占总营业收入的97.96%,其它业务合计0.04亿元收入。外销业务为主,总额为11.96亿,占全部销售额77.33%,内销为3.51亿,占全部销售额22.67%。
该公司只经营某一个领域,它的经营收益全部来源于对光通信器件的生产和销售。MPO、MTP高密度光纤接头属于主要产品,还包含有多种无源光器件组合型产品。就市场营销方面来说,主要是为北美地区的大型数据中心和电信运营商服务,海外业务所占的比重是总收入的77.7%。企业的经营业绩受北美数据中心资本支出变动的影响较大,有很强的经济相关性。
以MPO高密度跳线业务为依托,将自身在精密加工技术上独有的优势以及海外市场的良好客户关系结合起来形成竞争优势。所研制出的产品由于具有优秀的纯度性能,集中于某个细分领域,在目前人工智能数据中心对于光通信连接密度不断上升的情况下,具备较高的发展潜能和广阔的发展空间。
该模式的不足之处和可能的风险也较大。目标消费群体存在明显的集中化现象,最大一个单一客户所占的营业收入比例占到68.48%,前五大客户合计所占的份额高达84.05%。高度依赖于某一市场的经营模式会削弱企业的抵御风险能力,同时也会把企业的盈利能力过分地集中到少数几个核心的客户上。关键客户转向自制或者其它的供应商渠道都会对企业运营稳定性以及财务健康情况造成无法忽略的影响。
2025年第四季度其收入及利润比上报告告期分别少28%、66%。管理层认为是由于订单交付周期的变化所导致的。无论其业绩为什么会衰退如此之大,已经很明显地反映出它的客户结构过于集中所造成的一种系统性的弱点。此类潜在风险具有很严重的负面作用,很难用短期手段来消除或者隐藏。
经过对产品的属性进行剖析之后可知,MPO跳线的优势之处在于其具备的精密加工工艺以及大批量生产的特性,在这样的基础上能够有效地控制住自身的成本。和光纤阵列、光电集成模块这些高复杂度的光电器件相比,它所具有的技术壁垒低。市场竞争日趋激烈,企业靠价格谈判来获取利益的空间也变小了。
本企业2026年第一季度的营业收入为3.41亿元,与上一年同期相比减少8.04%,净利由2025年同期的66万元减少到现在1.12亿元,减少了1.4%。经营绩效短期波动主要是由交付周期的变化所引起的,经营绩效的改善趋势将会通过改善核心客户的采购策略和方法来实现。从行业发展态势以及企业自身发展能力出发,发展情况较稳健,但因为客户的构成不尽合理,造成市场定位不符合预期的最佳区间,在实际的执行过程中与原来的设想存在一定的差距。
4.1.3 长芯博创:依托上游资源的转型企业
25.33亿元的2025年营收规模,对应44.93%的同比增速,归母净利润3.35亿元,同比大幅增长364%。业务结构上,数通、消费和工业互联市场收入20.39亿元,占比80.50%,同比增长89.86%;电信市场收入4.81亿元,占比18.98%,同比下滑28.21%。境外收入15.05亿元,占比59.44%,境内收入10.27亿元,占比40.56%。
该公司原名博创科技,主要从事PLC分光器、电信级AWG器件的研发和制造,是电信设备制造商。长飞光纤集团在完成对长芯盛公司的股权投资并取得控制权之后,把业务重心转移到数据通信上。目前公司在总体营业收入中约80%来源于数据中心(Data Center)市场,所生产的产品主要是有源光缆、高速铜缆和MPO连接器等。近些年来战略调整顺应了行业发展的大势,也抓住了人工智能及有关技术革新市场的机遇。尤其是在海外特别是数据中心客户需求量大的市场当中,公司的净利润率是57%,而国内同行业的平均水平仅为20%左右,由此可见公司在全世界范围内实行的全球化经营策略所带来的显著经济效益。
该企业所具有的核心竞争优势,并不是依靠技术革新或者高端制造能力所形成,更不是来自于半导体芯片研发方面的大规模创新成果。以上游预制棒、光纤材料深度融合为依托,长飞公司创建起成本控制体系,在此基础上形成起明显的竞争优势。依据长芯盛在消费级有源光缆市场的品牌优势以及销售网络资源,公司中下游业务发展的路径得以顺畅推进,取得了明显成效。
以上特点很明显。电信市场业务规模持续缩小,并且表现出非常明显的长期性衰退特点,是必须要清除的主要负担。虽然数通领域收入呈增长趋势,但是市场竞争日趋激烈。在有源光器件、高速铜缆等细分领域中,由于参与者众多,价格战日趋激烈,公司综合毛利率一直维持在40%左右,和天孚通信无源器件业务高毛利率相比有较大差距。
当前情形可以被看成是以长飞公司技术、资源等为依托的系统集成商,还没有形成关键性战略依附关系。若中游企业能在北美数据中心市场拓展有源光缆、MPO产品并解决好电信领域库存积压问题,那么它所处的地位就会大大提高。由于该企业正在经历转型期,所遭遇的竞争压力还处在相对一般的状况之下,并没有达到极其短缺的程度。
4.1.4 致尚科技:多业务布局的精密零件商
根据预测结果可以得知,2025年企业全年营业收入将达到9.98亿元,与上年相比增长约2.48%,归属于母公司净利润的目标是9408万元,比上一年增加了39.84%。扣除非经常性损益之后,公司的归属于母公司所有者的净利润为负数(-4,590万元),主要是由于商誉减值准备的确认、股权激励费用的发生及汇率变动等原因所导致。根据主营业务结构,光通信产品的销售收入为5.61亿元,占总营业收入的比重大约为56.17%,比游戏机零部件销售大很多,占总营业收入的比重大约是22.37%,虽然数量不多,但是收入比重仍然占据其一部分中的一个部分,即占总营业收入的10.69%。出口业务成为主要的收入来源,2019年销售收入达到6.72亿人民币,占总收入比例67.27%,国内市场销售只占总收入的32.73%。公司已经把在越南设立的生产基地全部投入使用,逐渐发挥出它的生产能力。
该企业的业务布局涉及诸多方面,但是其光通信业务所占的比重不大。公司在光纤连接器方面主要研究MT插芯、MPO插头和MMC插头这三种产品技术,并且进行产业化生产。并且依靠与索尼的合作经历,积极开展游戏机重要零部件的市场开拓工作,逐步打造涵盖自动化设备制造等各类业务的多元化产业布局。
MT插芯和光纤连接器生产制造技术依靠精密陶瓷、金属材料加工工艺,虽然具有一定的技术储备,但是还没有达到天孚通信在行业的领先水平。尽管该领域占公司总营收一半以上,但是其核心业务仍然以光学连接器件和游戏机配件为主,业务结构过于单一,光通信板块并不是企业战略的重点。就扣非净利润数据来说,2025年公司归属于母公司净利润大都依靠投资收益,这样可能会造成主营业务盈利能力存在隐患,发展可能存在着一定的风险。
尽管越南具备避开关税壁垒、贸易摩擦的潜力,MMC类产品也渐渐渗入到目标客户的供应链当中,但是它的经济效益以及持久性还要靠长时间的经营数据来支撑。总体上来说,该企业在光通信领域的扩张依靠的是行业整体的发展态势,新兴领域的扩张虽然可以分享到市场发展的红利,但是缺少能够抵御产业周期波动的核心竞争能力。行业处于繁荣期的时候可以实现业绩同步增长,但是在经济衰退期会面临抗风险能力不足的问题。
4.2 光芯片与光子器件赛道
以产业链核心环节和技术创新门槛极高的部分为“光芯片”产业,由于我国“光芯片”产业的国产化程度较低而受到人们的重视。虽然它的名称带有了技术创新的特征,但是在发展的过程中也存在着阶段性的差异,其中有些样品研究还处在起步阶段,而有一些企业由于具有规模化生产、可靠性和供应链整合能力,已经在市场中占据了主导地位。目前该领域内有四家企业各具特点,用不同的战略布局了各自的市场。
4.2.1 仕佳光子:无源IDM向有源延伸的代表
预计该公司2025年的营业收入为21.29亿元,比去年增长超过90%。归属母公司所有者权益净利率为5.41%,高于上年的185.48倍;扣除非经常性损益后的归属于母公司所有者权益净利率为4.96%,和上年相比的变化很小。就主营业务结构而言,光芯片与器件业务占主导地位,所占的收入比例为74.73%,主要包含MPO连接器贡献的8.6亿元、阵列波导光栅产品销售的5.5亿元、DFB激光器销售的0.8亿元和PLC光分路器销售的0.7亿元等。室内光缆和线缆材料板块总金额为5.07亿元,占总投资额的12%和11.8%。国际化的成果十分显著,境外市场的收入已经占到总收入的52.69%,第一次超过了国内份额。
该企业实行的是垂直整合式的发展战略,对产品设计、芯片生产以及封装测试等主要业务方面实行全方位的掌控。公司从PLC光分路器业务入手,不断开发晶圆生产工艺,打破分路器芯片的自主生产壁垒,在国内电信市场形成明显优势。该战略布局表现出了它对于产业链核心环节的控制力。
到2025年,由于数据中心互联(DCI)领域飞速的发展而出现的机会非常大。伴随着阵列波导光栅技术大规模进入400G和800G模块,该技术也慢慢向1.6T平台的芯片组组件发展,并且开始进入商业验证或者小规模生产阶段。在此情况下,该企业在全球市场上开拓取得了较大成功,海外业务收入比历史数据提高三倍以上,很好地体现了北美企业级网络市场战略的现实意义,实行了多领域的盈利增长。
阵列波导光栅(AWG)芯片的晶圆级制造技术成了它的核心竞争力的重要构成部分。企业技术、研发到产业化应用都有完整的自主知识产权体系,依靠IDM模式建立了独立完善的生产线,在国内市场实现了PLC工艺晶圆的大规模稳定供应,在行业竞争格局里具有非常突出的和稀缺的特点。波分复用系统中属于重要部分的是此类芯片,在有关方面具有无法取代的战略地位。
传统业务现金流入具有很强的稳定性。虽然PLC分路器业务处在成熟阶段,但它的发展潜能并不大,只能产生稳定的现金流来支撑新产品的研发以及生产规模的扩张。
对此现象应该持谨慎态度。高利润业务正向阵列波导光栅、MPO连接器等新的方向发展,但是过度的竞争会对其盈利造成威胁。DFB激光器在有源光芯片细分市场里还处在产业化初期,全年实现营收不到0.8亿元,离创建起整个光芯片生态系统还有很大一段距离。
企业在这个企业已经有了无源晶圆、组件的全部生产环节,还完成了800G数据通信市场的规模化商用。虽然其在国内相关领域具备较好的竞争能力,但是并没有形成一个完整的产业链。如果CWDFB激光器和高速有源芯片技术取得突破并实现产业化,将明显提高企业的市场独特性。按照目前的战略布局以及技术发展的潜力,企业有着十分广阔的发展前景以及巨大的成长空间。
4.2.2 源杰科技:数据中心激光器芯片的核心厂商
2025年预计企业的总营收为6.02亿元人民币,全部为光芯片的营收。由上表可知,各类产品在营收中所占比例分别是数据中心应用场景的产品营业收入3.93亿元(65.39%)和电信设备类业务的营业收入2.06亿元(34.33%)。目前企业销售网络以国内为主,海外市场的收入只占总收入的约0.32%。
以光通信领域激光器芯片研发为主的IDM企业,其产品结构就具有明显的多元化特点。其业务范围有PON系统中2.5G/10G芯片、无线接入前传应用中25G DFH半导体激光器、面向数据中心使用的CW激光器和高功率DFB器件等主要部分。公司已经建立起了一个以MOCVD外延材料生长技术、芯片封装测试为主的技术体系,在连续波光源国产化方面,也成了少数几家可以大规模商业化的公司之一。
外延生长技术属于行业内的主要技术壁垒。分布式反馈(DFB)激光器的波长精确度、温度稳定性以及工业级可靠性能,都是由它的外延材料配方和光栅结构制备工艺所决定的。这并不是一个可以靠高端设备来完成的,必须依靠不断的实践积累经验,再利用失效案例进行分析并加以参数改进,从而不断提高技术水平。由于一些核心工艺参数是企业技术的“机密”,不能公开获取,从而造成学术界对该领域研究成果的数据短缺。
进口替代具有较强的合理性。目前高端光芯片市场仍然被境外的Lumentum、II-VI、住友等国外企业所控制。伴随着国内光模块产业对于供应链安全以及成本控制的要求越来越高,国产化趋势也越来越明显。在这个环境里,以源杰科技为代表的本土企业,会享受到行业更替所造成的重大发展机会。
该公司所处的成长空间是被诸多要素所限定的。目前的营业收入只有6亿元,说明它的市场开拓和用户开发还处在起步阶段,渗透率还要提高。目前境外业务所占比例很小,产品主要供给国内的设备制造商和模块供应商,没有进入北美云服务巨头的核心采购体系。该种情况既显示出同国际竞品的区别,也体现出今后要着重发展的战略重点。
我国目前能够制备出DFB外延片并实现产业化的企业数量较少。源杰科技在数据中心CW激光器方面已经取得明显的优势,并且有较强的发展市场定位能力。由于其产能小、国际化客户开发不足,使得该企业在行业中占据的优势没有得到充分发挥,并且还有许多问题需要解决才能取得进一步的发展。
4.2.3 长光华芯:高功率激光芯片的跨界布局者
该公司依靠自己在高功率半导体激光芯片(泵浦源)方面的技术优势成为国内这个细分市场的龙头企业。其产品已经广泛应用于锐科、杰普特等光纤激光器制造企业,并且正在逐步向VCSEL、车载激光雷达和部分通信激光芯片等新兴领域扩展,使业务布局趋于多样化发展并且实现层级跃升。
高功率激光芯片的研发及生产过程中存在着很多的技术难题,主要有高效散热设计、腔体表面钝化处理、长期可靠性的评价等主要部分。技术瓶颈的解决要依靠对失效机理的全面认识以及工艺参数不断改进,不能只是依靠实验室的数据来做出判断。规模化商业化的实现以及产品的稳定性都是靠资金的大量投入和多年的经验积累才能达到的。工业现场中此类高性能芯片一般会出现供应紧张的情况。
目前,光通信芯片行业的大部分企业规模很小,主要业务还是集中在工业激光泵浦上。虽然该细分市场前景十分广阔,但是它对于整体业绩的贡献还不大,更多的是被当作有战略意义的研发投资项目,而不是短期盈利的主要驱动因素。外部公众对企业职能的认知存在偏差,大多认为其是一家专注于通信芯片研发的公司,但事实上它最大的利润来源还是来自于工业激光领域所积累下来的传统竞争优势。尽管工业泵浦芯片的技术难度与通信芯片相仿甚至更高,但是由于技术应用场景的特殊性,其重要性并没有引起人工智能算力发展问题的研究者们的注意,在市场评价方面常常被忽略或者低估。
该高功率泵浦芯片由于具有通信光芯片方面独有的技术优势,因此常常受到行业的低估。目前其商业化的进程还处在初探阶段,较低的市场估值主要是由于市场对于通信应用场景的价值认识不到位造成的。
4.2.4 光库科技:铌酸锂调制器的国内独苗
14.74亿元的2025年全年营收,对应47.56%的同比增速,归母净利润1.77亿元,同比大幅增长163.76%。拆分业务来看,光通讯器件7.86亿元,占比53.34%,同比增长100.37%;光纤激光器件4.99亿元,占比33.78%;激光雷达业务1.01亿元,占比6.87%。国内收入7.38亿元,占比50.04%,国外收入7.36亿元,占比49.96%,内外销几乎各占一半,结构非常均衡。
该公司的主营业务有两个具有很强的商业价值的领域。首先就是铌酸锂高速薄膜调制器技术,在超大规模光通信网络中,如CPO架构以及速率在1.6T及以上的相干或者直接调制设备上,它起着十分重要的作用。全球有规模化生产能力的公司极少,美国Lumentum、日本富士通光电子是行业龙头,我国仅有光库科技掌握核心技术自主权,具有明显的优势。第二是光纤激光器件的研发制造,属于公司传统的主营产品业务,既是企业长期稳定的收入来源,也是保证企业持续经营的重要资金支持。
铌酸锂调制器研发过程是晶圆加工、极化调节、电极设计等多道工艺环节并行交织而成的技术壁垒很高、专业性很强的产业链条。目前全球市场上对本类产品的供应商高度集中形成寡头垄断的局面,能够实现产业化的企业很少。在这种情况下,光库科技依靠自身所拥有的自主研发关键技术和材料,在国内首次实现了薄膜铌酸锂调制器从科研成果到商业化应用的转变,有着重要的战略意义。从数据可知,公司2025年将数据中心用光纤通信器件销售量比上一年大幅度增加,说明公司的该类产品正在步入大规模生产。
该公司现在正处在许多困难之中。受制于经营规模小,超过十四亿元的营业收入不能支持其战略部署。铌酸锂调制器技术验证进程在主要客户群体里走得比较慢,产能扩充和市场拓展都要用较长的时间才能得到突破。虽然盈利能力得到提升,但是净利润率依然处于约12%的低水平上,不能达到预期。光纤激光业务由于工业市场的周期性波动,造成了它在某些时候的阶段性困境,而激光雷达板块由于同比下滑了27.5%,对整个业绩造成了较大的影响。
在全球竞争格局中,参加该领域的企业数目很少。光库科技属于中国大陆仅有的几家具备技术突破能力的企业之一,其战略安排已经跳出了短期经济收益所界定的范围内。如果其量产计划得以顺利实现,那么产品就会因为供给紧张而出现价值上升的情况。在此节点处,公司将自身定位于稀缺资源型企业,并且对未来的方向进行前瞻性地谋划,有着十分重要的战略意义。
4.3 光纤光缆与海洋工程赛道
以显著的规模效应、良好的营收状况为依托的企业具有较强市场竞争力,但主要的业务领域大多都是基础性的支撑。有些企业只做上游关键原材料的生产供应,另一些企业只在海洋工程技术服务或者电信运营商市场做布局。对于该类企业而言,在对其经营绩效进行评价的时候,并非要套用光通信行业共性的分析模式,而是需要经由分层拆解并加以细致探究的方式来全面认识其实际情况。
4.3.1 长飞光纤:掌握预制棒核心技术的龙头
到2025年为止该企业营业收入为142.52亿,同比增长16.9%;归属于上市公司股东的净利润为8.14亿,增长率为20.4%。以主营业务构成来看,光传输产品中光棒+光纤+光缆的合计部分总价值达83.46亿元,即总收入的一半多一点,比例比较明显。其中,由于长芯博创并表,光互连组件的销售收入由原来的29.04亿元增加到现在的31.44亿元,占公司总销售收入的22.1%,同比增长约48.6%;其他业务板块为24.97亿元,占总营收的19.3%左右。按地区分,境内市场依然是主要的收入来源,业务贡献额为79.52亿元,占总收入的57.3%;海外市场表现出来的是强劲的增长势头,当年实现营业收入60.92亿元,同比增长率达到47.8%,企业国际化战略成效明显,具有较强的竞争力。
在光纤产业中,“预制棒制备能力决定企业核心竞争力”的观点已经被人们所普遍接受。预制棒属于光纤生产的要紧原材料,它占据光纤总成本的大比重,并且会对整个产业链的成本构造以及竞争状况造成深远的影响。长飞公司凭借在全世界范围内独有PCVD(等离子体化学气相沉积),OVD(氧化物挥发沉积),VAD(轴向蒸汽沉积)这三种主流光棒生产工艺技术积累,实现规模化产业化应用,从而具备明显的竞争优势。该技术积累是企业上游供应链掌控能力的根基,不是单一的营销活动或者短期战术形成的品牌优势。
企业增长潜力从两个方面体现出来,第一就是依靠全球产能布局的调整避开贸易壁垒,提高运营效率,具体来说就是海外光棒和光纤生产设施建设在印尼、波兰等地方进行搬迁或者新建,第二是通过并购整合的方式将长芯博创收入到旗下,开拓数据中心用特种光纤的产品,并开始对新的市场应用展开尝试,以此达到业绩迅速增长的目的。由于人工智能领域对于数据传输的需求增大了,所以也促使了G.657抗弯光纤和空芯光纤等新型特种光纤技术得到广泛应用和发展。
有必要对光纤光缆行业的核心特性加以理性的判断。该行业存在较大的周期性,经常受价格战的影响,毛利率大都在20%-31%之间,比同行业内的天孚通信这样的光学元件制造企业还要差一些。虽然预制棒技术确实存在较高的进入门槛,但是行业整体周期性波动所形成的资源稀缺性价值实现受到制约。虽然稀缺性更多地体现在产业链基础环节上,而不是典型的暴利型稀缺资源,但是在复杂的市场博弈当中,它的盈利弹性仍然比高精尖制造型企业差一些。
4.3.2 亨通光电:海缆业务为核心的综合厂商
668.55亿元的2025年全年营收,对应11.45%的同比增速,净利润26.80亿元,同比下滑3.2%,主要受铜导体低毛利业务的拖累。业务拆分来看,智能电网247.96亿元,占比37.09%;铜导体200.84亿元,占比30.04%,毛利率只有1.45%,这块基本就是走流水,赚不了什么钱;工业与新能源73.08亿元,占比10.93%;海洋能源与通信57.37亿元,占比8.58%;光通信56.09亿元,占比8.39%,同比下滑14.53%,毛利率27.53%。境内收入514.03亿元,占比76.89%;境外收入147亿元,占比21.99%。
部分市场主体认为该公司的发展定位属于传统的光通信企业。实际上,其营业收入超过600亿元,大部分的收入来自于海洋能源和通信业务,即海底光缆的生产以及海洋工程总包等。依靠突出的技术优势以及整合资源的能力,在行业内形成起稳固的竞争力。
海上风电项目、海底光缆系统建设都对海缆技术、专业施工船舶的运行、EPC总承包模式下综合服务的要求提出综合性的要求。在国内具备这样的集成能力的公司数量很少,主要被亨通光电、中天科技、东方电缆等公司所控制。行业准入标准当中,码头设施配备状况、专业敷设船队的数量、资质认证是否齐全、历史业绩好不好等要素起着决定性的作用,给潜在的市场竞争者设置了很高的门槛。
目前光通信业务有明显现金流量特征,它对企业的战略发展起着重要的作用。在世界市场重新构建之时,此行业处于严重的价格战环境中,利润不断下滑。从技术属性上来说,只依靠光通信技术自身就不能表现出它所具有的独特稀缺性。海底电缆施工虽有优势,但其优势更多是工程实施领域所具有的专长,而不是光通信技术核心竞争力欠缺的直接表现。有些观察者把海底电缆同光通信系统相混淆起来,事实上海底电缆和光通信系统存在着本质的区别。
4.3.3 中天科技:海洋业务高增的产业集团
525.00亿元的2025年全年营收,对应9.24%的同比增速,归母净利润29.02亿元,同比增长2.25%。业务拆分来看,电网建设222.64亿元,占比42.41%;铜产品95.21亿元,占比18.14%;光通信及网络73.70亿元,占比14.04%,同比下滑8.94%;海洋系列63.49亿元,占比12.09%,同比增长74.25%;新能源56.97亿元,占比10.85%。境内收入429.8亿元,占比81.87%;境外收入90.85亿元,占比17.31%。
亨通集团的评价体系和它的前期论述有很高的重合度。在这个市场环境下,由于供需失衡造成价格持续走低,给企业的收入和利润带来较大的压制作用。相对于而言,海洋业务板块增长速度比较快,比去年同期增长率高出很多。
海底电缆产业以及海洋工程领域的资本需求大、进入门槛高,因此具有很强的壁垒性。光通信业务作为传统支柱型产业对企业发展起到稳定现金流的作用,但是增长空间一般不大。就光通信企业的发展角度而言,它的主要优势在于海洋业务板块,而不是依靠光通信行业的扩大逻辑进行估值。
4.3.4 烽火通信:运营商市场的设备供应商
249.19亿元的2025年全年营收,同比下滑12.17%,归母净利润4.36亿元,也处于下滑状态。业务结构上,通信系统设备186.55亿元,占比74.86%,同比下滑16.4%;光纤及线缆46.54亿元,占比18.68%;数据网络14.20亿元,占比5.70%,同比增长24%。国内收入167.35亿元,占比67.16%;国外收入79.93亿元,占比32.08%。
国内光通信设备行业的领头羊,在三大电信运营商的大规模采购项目中一直占有相当大的比例的市场。随着人工智能算力基础设施建设需求越来越大,尤其是1.6T OTN技术大规模商用化之后,其业务发展的可能增长机会和潜在的收益区间也随之扩大。
主要矛盾就是由于运营商主导的集中采购政策不断压低,使得相关企业面临着巨大的成本控制难题。通信设备制造企业的毛利率为18.8%到25%之间的光纤线缆产品毛利率平均25%-30%。年收入20亿元以上的仅有四千多万元利润,净利润率为2.5%,属于典型的微利企业。因此由于运营商资本支出增长缓慢,企业经营性收入也渐渐变紧缩。
电信运营商市场的关键供应商所形成起来的客户壁垒具有较强的稳定性,但是更多地表现为收入的连续保证,而不是盈利的增强。该类企业一般具有低市盈率、防御性明显的特点,依靠稳定的客户群和市场份额来保证自身的经营稳定性。它的技术开发成果还没有达到明显的竞争垄断的地位,资源的稀缺程度一般,主要依靠规模化经营和人力资源优化的成本控制策略来维持盈利。
4.4 跨界龙头与特种光电赛道
上述四家企业都把光通信产业作为自身的主营业务领域。一些公司只对电子陶瓷材料进行研发生产和销售,另外一些公司对军工领域的精密连接器和传感器技术等细分市场做深入研究开发;而还有企业实现了激光设备和光通信产品双轨制发展。尽管它们主要的经营方向并不直接指向光通信行业,但是由于资源整合而形成起来的多元化竞争优势,在某些方面已经超越了只专注于光通信领域的企业。
4.4.1 三环集团:电子陶瓷平台的隐形冠军
预计2025年该企业实现营业收入为90.07亿元,比上一年增加22.13%,归属于母公司净利润预测为26.18亿元,同比增长率为19.54%。财务表现具有很强的优势,净利率为29%,毛利率达到42.14%,资产负债率为18%,流动资产中现金、银行存款等现金类资产总和大约为145亿元,说明该公司的偿还债务能力强、资金流动性充足。从从业务结构上看,电子元件(以片式多层陶瓷电容器MLCC为主)与通信器件系列两项业务收入之和占总营收的36.73%,比上一年增长了43.95%;通信器件系列占总营收比例为28.80%,上升了12.5%;其中MLCC子模块是通信器件系列的主要构成部分,其毛利率达44.36%;电子及陶瓷材料板块仍然保持着较好的发展状况,收入达19.59亿元,所占总营收的比例为21.75%。
从严格的专业角度来讲,该企业实际上就是一家全球领先的电子陶瓷材料整合平台。主要产品线有氧化铝陶瓷基板、氮化铝基板、陶瓷插芯和固体氧化物燃料电池(SOFC)隔膜片等。虽然以上述产品作为光通信系统的重要结构部件,在功能的实现上处于核心地位,在企业业务布局中所占比例不大,但是从战略全局角度来看,光通信领域对企业的综合贡献度并不是很高。
该企业核心竞争力来源于五十余年间在重型工业制造方面所形成的多项技术壁垒,涵盖陶瓷粉体配方改进、流延共烧工艺改良以及多层复合技术等诸多技术环节。该优势不能简单地依靠研发投入就可以轻易地复制或者超越,其中最重要的是对烧结窑炉温度场的准确控制能力和保证粉体批次性能稳定的关键管理,背后还存在着许多复杂的物理化学机理。在全世界范围内具有同样技术水平的公司十分稀少,基本上被京瓷、丸和这些日本企业所掌控。
在中我国制造业的产业结构中,出现这样一种明显而巨大的行业壁垒现象十分少见。虽然光通信业务只是该企业经营范围中的一个部分,在市场环境发生改变的时候,通过开发新的业务领域(MLCC、半导体封装、燃料电池等)可以实现风险的分散以及稳定的经营。部分投资者只看到人工智能(AI)和光通信技术协同作用所产生的短期效应,并没有去探究背后所隐藏的战略价值基础。实际上企业所具有的核心竞争力就是其在高端陶瓷材料领域取得的技术创新性突破,该技术的突破不但使企业摆脱了对核心原材料进口的依赖,而且也符合MLCC国产化的大趋势,更重要的是它在全球光通信陶瓷骨架市场占有了几乎全部的份额。这类资产有着十分重要的战略支撑作用,但是由于自身所具有的独特技术优势,还没有完全符合目前资本市场上对于光通信应用需求的中心焦点。
4.4.2 中航光电:军工连接器领域的龙头企业
经由统计数据可知2025年该企业的营业收入为213.86亿元,同比增长率为3.39%,但是由于净利润出现大幅度下降的情况,致使该企业在2025年的净利润相比上一年度有显著减少的趋势。从主营业务看主要集中在电连接器和集成互连组件、光连接器和光器件、液冷系统这三大块。电连接器以及集成互连组件板块的收入为159.43亿元,占总收入比例达到74.55%,相比上年同期而言减少了1.65%;光连接器及相关部件收入为36.59亿元,所占百分比是17.11%,但是同比增速非常高,达到了28.74%;液冷技术方案所带来的收入是17.85亿元,所占比例为8.34%。按照地区分布来说,在国内市场中,该公司境内销售收入占全部销售的91.59%,即195.88亿元,而国际市场收入只占比较低,但增长速度较快,由原来的25%迅速增加到了目前的18亿元,地域布局也愈加广泛。
本企业是中航工业集团在中国航空、军工、轨道交通、通信设备等连接器市场上的重要参与者。其业务结构中防务类产品收入所占的比重比较大。从数据上可知,2025年公司净利润下滑的原因主要是防务市场需求阶段性疲软、贵金属市场价格波动、税收政策调整等诸多因素的共同作用所造成的,并不是主营业务的核心竞争力减弱所导致的。但是公司的营业总收入仍然在大约214亿元人民币左右徘徊。
国防工业和航空航天领域连接器市场具有很强的进入壁垒。此类产品不但要满足型式试验和质量管理体系的要求,还要依靠大量的实际飞行运行数据来证明它的可靠性。对于新兴企业来说,在缺少充足的资源的情况下很难对付复杂的情况,于是成了比技术创新更难的行业竞争障碍。
将此企业同光通信产业做直接对比,是概念性的错误。虽然其业务范围向光电元件延伸了,但是企业在电连接器方面所具备的核心竞争能力远远大于传统的光学器件行业。由于目前的发展道路以及战略规划没有真正进入到人工智能算力等前沿市场的关键点上,因此它和光通信产业的协同效应并不高。该企业独有的价值主要体现在它所处的特殊应用场景里存在的一种稀缺性的市场需求上,而不是依靠光通信市场的过量依赖。
4.4.3 长盈通:光纤环细分的专精特新企业
3.98亿元的2025年全年营收,对应20.32%的同比增速,归母净利润2393万元,同比增长33.37%。业务拆分来看,光纤环器件2.01亿元,占比50.50%,毛利率54.27%;特种光纤7874万元,占比19.78%,毛利率59.2%。境内收入3.65亿元,占比91.76%;境外收入只有3280万元,占比8.24%。
该机构是国家级专精特新“小巨人”企业,主要从事光纤陀螺核心部件的研发工作,主要产品为光纤环。产品在军事惯性导航系统中已经得到了广泛的应用,被用到了导弹、无人飞行器、舰船等装备上。根据公开资料显示,保偏光纤相关产品的销售收入占比较小,目前主要处于非通信领域内的初步商业化探索期,并没有形成大规模的市场应用。
军工惯性导航产业中,光纤环属于重要细分市场,依靠深厚的科技积累和良好的客户关系,有明显的优势。该领域的市场规模比较小,每年的营业收入少于四亿元,国际竞争格局还没有形成,对外贸易的依赖程度较低,抵御风险的能力还有待提高。作为一个典型的军民融合型中小企业,主要提供军工配套产品,没有涉及算力、光通信等新兴领域。尽管有些投资者因为保偏光纤技术对这家企业的产生浓厚的兴趣,但是其实验室的研究结果仍然只集中在专业军用产品上,并没有对民用通信市场进行延伸布局。
4.4.4 华工科技:激光与光通信双栖的装备商
该企业业务架构主要有四个主要部分,即激光加工设备为传统优势领域,依靠先进的技术在工业激光市场占有一席之地;光通信领域下,其子企业华工正源专注于光模块业务,在数据中心和电信网络等领域的产品研发上占据一席之地;并且涉及传感器相关的产业经营和发展。
虽然在国内的光通信模块企业方面已经有了一些发展,但是仍然存在与中际旭通、新易盛等国内外的龙头企业有较大差距的情况。受制于制造业投资周期波动的激光设备行业,企业经营业绩具有很强的阶段特性。虽然多元化战略使整体抗风险能力以及综合竞争力得到提升,但是却不能冲破行业领先企业的限制。相比专注于代工生产的企业,以装备制造为支柱的综合型企业在技术和产业链整合方面有较高的壁垒,协同效应也更好。光通信模块不是此类企业的核心优势领域。就整体而言,在各个业务领域内都具有较强的竞争力,但是在细分市场中仍没有达到行业领头羊的位置。
五、产业稀缺性的核心判断逻辑
企业在评价市场竞争对手的时候,一般都会对“稀缺性”的内涵做详细的分析。行业营收水平、技术革新程度、盈利能力等常常被用来做评价,但是这些表面上的数据并不是真正的依据。稀缺性的主要特点就是,对手即使在短期内集中资源投入到技术研究中,但其技术和有效复制的能力所受到的限制又是怎样体现出来的。
5.1 资本投入与时间积累的壁垒差异
5.1.1 可通过产能扩张解决的门槛类型
一部分人把产能扩张当作产业竞争中的一种实质性的障碍,其实质只是一种表面的虚假障碍。当机械设备可以市场化采购,人力资源充足的时候,高额利润就会有大量资本流入到某个行业,造成该行业供过于求、资源错配。
普通光纤跳线、低速光模块封装领域有较大产能拓展空间,如果企业有足够资源,那么可以很快扩大生产能力。由于该类业务的市场准入门槛较低、市场竞争激烈、盈利能力较差,不能形成丰厚的利润。行业兴盛之时,该种业务会有部分的经济收益;市场衰退之时,会因为激烈的降价竞争造成利润下滑或者亏损。
5.1.2 依赖长期工艺沉淀的核心屏障
技术壁垒本质上依靠的是专业的知识和经验来建立起来的。对于光芯片外延生长参数、陶瓷粉体配方、光纤拉丝工艺等核心技术知识而言,并没有公开发表到学术论文里去,都是隐藏在生产实践中长期积累下来的结果。从业人员要经历多年的工作实践,在不断的失败案例中总结出成功的诀窍,才能得到最好的解决办法。依靠经验传承形成起来的知识体系不能用短期的资金投入加以打破,只有经过长时间的持续学习和摸索方能逐步掌握。
以全球最大的云计算公司和服务军事部门为主导的大型企业供应商准入体系是周期长、复杂多样的,并且还带有标准严格的特点。初审之后经过多轮测试、修改才能定稿,一般是经过了初审之后才能进入下一步的工作,一般都要经过初审之后再由第二审人员对材料进行复审并作出最终的判断。企业一旦经过资质审核,由于技术转移所造成的高昂成本和未知性,客户会出于成本效益的角度出发,从而决定保持长久的伙伴关系。合作模式无法仅仅依靠价格竞争来改变或者重塑。
在高端细分市场中,专利和标准化壁垒有明显的特点,核心技术专利大多被少数的领军企业所控制,后发企业很难冲破这些限制参加到市场竞争当中。即便有充足的资本支持,很多发展困境仍然不能得到根本的改善。只有经过长时间的投入、积累的经验、偶然性的机遇等各种各样的原因,才能越过这些深刻的障碍。
5.2 产业链卡位与定价权的对应关系
5.2.1 必经节点型环节的价值属性
资源稀缺性同市场结构之间存在着密切的关系。以零部件产业为例,它的经济属性由产业链位序决定的,核心环节的企业由于自身的优势,在行业内拥有很强的竞争优势,相比之下在下游或者上游的公司竞争激烈。在光纤制造业中,预制棒属于重要的原材料,拥有这项技术研发能力的生产企业可以改善成本情况并确立起自身在市场上的话语权,在连接器行业里,由于陶瓷插芯存在全球供应集中度高的现象,这就使得关联企业具备了较强的优势,并且具有较强的供应链管理能力。
阵列波导光栅(AWG)、铌酸锂调制器等核心器件由于技术复杂、市场供应受限制,在当前市场需求不断扩大的情况下,已经形成了明显的价格垄断。产业链价值分配一般会向具有垄断地位的企业倾斜,稀缺资源所具有的溢价效应,更多地依靠的是相关领域特有的技术壁垒来实现。
5.2.2 充分竞争环节的盈利特征
相反的是,在市场上参与的主体多、产品趋于同质化的时候,稀缺性效应就很难得以体现。以普通光纤跳线、低速光模块为代表的技术门槛不高、竞争激烈,整个行业的整体利润率也处在较低的水平。当市场处于景气时,企业的利润只达到基点水平,经济萧条时,其经营状况就会变得很危险。
该类企业凭借规模化经营和成本控制的方法来建立竞争优势,竞争实力主要是靠运营效率提高而不是依靠核心技术壁垒。尽管它们在产业链中处于重要地位,但是普遍具有可替代性强的特征,在稀缺性要素的形成上遇到很大难题,还容易受到同行业竞争者的影响。
5.3 不同产业周期下的稀缺性表现
5.3.1 成长赛道的稀缺性放大效应
各个行业的周期造成的壁垒具有明显的异质性。成长型产业中,以人工智能数据中心为主的光器件、光芯片制造企业由于市场需求快速增长而导致产能短缺,这就使得它具有了独特的一次性、不可替代性。即使这些企业不具备技术上的绝对优势,但是其所在的行业却可以高速发展,从而获得很高的经济效益。
在需求快速膨胀的时候,产能和技术水平存在明显的供给不足状况。产品达到基本合格标准以后,其市场前景就非常广阔。由于存在稀缺性,以前比较次要的生产环节也越来越成为市场竞争中重要的因素。
5.3.2 周期赛道的稀缺性波动规律
周期性行业的代表性企业有普通光纤光缆和工业激光产业等,它们的市场需求有很强的周期性。产能过剩阶段即使企业有较强的竞争力也无法对抗整个行业的下滑压力,在市场企稳回升时期,供需情况好转会明显改善企业稀缺性价值和竞争力。
由于军工行业的特殊性,它与宏观经济之间存在较低的相关性,并且具有较高的稳定性,而且还有很高的进入门槛以及有限的发展前景。它的缺乏并不是因为增长速度过快所导致的,而是由于对潜在风险的有效控制所导致的。对于相关资产的价值评估来说,不能用传统的成长型或者周期型行业的判断标准和方法来进行评判,应该从行业特性以及具体情况出发做系统的评价工作。
5.4 国产替代进程中的动态变化
5.4.1 技术突破带来的稀缺性转移
稀缺性特点不是一成不变的,会随着产业升级演进而不断发生变化。一些高端产品在开始的时候,因为国外企业占据主导地位并且国内供给不足,所以它们具有较高的资源稀缺性。伴随着我国企业技术创新能力和生产规模的不断扩大,相关产品的供应能力也得到了提升,原来的市场供不应求的局面可能会因为本国企业的竞争力增强而发生本质上的变化。
在我国光芯片、高端调制器和特种光纤等主要领域,我国产业还处在发展的初期,国产化替代过程比较缓慢。由于具有规模化生产能力的企业数量很少,行业中龙头企业的数量较多,这些企业凭借技术和规模的优势占据了市场的主导地位。预计在五年到十年之内,由于国产化速度加快、市场参与主体增多等因素,上述领域供需关系会出现大的变化。
5.4.2 格局固化后的价值回落逻辑
一些目前市场上已经非常激烈的赛道,在技术不断进步的影响下,它的未来格局也会随之发生较大变化。随着CPO(共封装光学)技术的发展,传统的可插拔光模块企业可能会受到市场地位下降的影响,但是无源器件和特种光纤制造厂商却可以通过发展而快速地成长起来。
在产业格局不断变化的时候,传统的竞争优势很难做到长久稳固。曾经被认为是稀缺资源的要素,将来可能会慢慢变成普遍存在的基础性要素;眼前看似无足轻重的因素,说不定就是有重大意义的核心变量。企业内在价值应该把技术创新推动和产业结构更新作为持续的考察对象,并做出及时的调整。
结语:光连接产业的长期发展趋势
近半个世纪的发展历程中,光通信产业虽然常常处于幕后,但是它一直是最能带动数字经济发展的核心动力。从固定电话的传统通讯方式向互联网宽带接入、移动互联以及目前的人工智能大模型应用等不断推进的过程中,每一次的技术革新技术的背后都有着一个由关键技术的更新换代和重大革新驱动所形成起来的发展轨迹。
过去的社会大众对于光通信产业的认知主要集中在光纤光缆的生产、电信运营商大宗采购这些传统领域,把它当作技术发展趋于成熟的传统产业,并且对其创新发展潜力的认识也比较有限。随着人工智能技术迅速发展,人们渐渐认识到依靠强大的算力支撑来完成数据高效流通是不切实际的,创建高效的光学传输网络才是实现顺畅数据交流的基础。该行业实际上还存在许多核心技术以及重要的技术环节,也催生了一大批有较强竞争力的企业。
随着技术的发展,光模块的插拔式设计发展为共封装光学技术,传统的铜基线缆通信转变为全光传输系统,普通光纤向特种保偏光纤应用发展。在这个过程当中,产业链上各个环节的企业的战略都存在着差异性的发展,部分企业只专注于对关键工序的改良,从而保持目前所占有的市场地位,另外一些则致力于打破关键核心技术方面的壁垒,对于高性能光芯片的制备技术进行攻坚克难工作,还有企业会集中力量去开拓新的应用场景,并且去寻找可持续发展的可能性。
尽管企业数字化转型过程里不张扬,并没有引起公众的注意,但是它们所起的作用却是不可小视的。精密光电器件、高性能光纤和稳定的通信网络等技术是智能化系统高效运作的根基,缺少了这些技术的支持,再好的算法也达不到预期的效果。
产业优化升级不能依靠大型骨干企业,而应该依靠许多细分领域的中小企业共同发展。对于原料供应、核心零部件生产、系统整合等各个环节的技术突破,都会对产业升级造成较大的影响,进而促使整个产业链实现质的飞跃。
未来一段时间CPO(Coherent Pluggable Optics)技术可以打破实验性的限制,实现商业化,而且以硅材料为基础的光电子器件的性能也会得到改善,趋于成熟。伴随着人形机器人、智能驾驶等前沿应用场景的出现,高精度光通信系统需求量也会越来越大。在此情况下,行业的竞争态势会有大的变化,部分企业依靠自身技术革新、资源整合等手段有所建树,有些企业由于战略调整迟缓会陷入被淘汰的困境之中。只有集中精力做核心业务研发和工艺革新,才是企业将来竞争取胜的保证。
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