2022年11月，OpenAI旗下的ChatGPT横空出世，打响了全球AI的军备竞赛；2024年2月16日，OpenAI带着Sora生成的1分钟视频，再次打出了AI的春季攻势。不出意外的是，最先迎来高光时刻的又是英伟达。从“淘金热”到“AI热”，历史的发展总有相似之处，始终不变的是，最先赚的盆满钵满的总是作为“基座”出现的各类“卖水人”“卖铲人”。
光模块是国内为数不多能在AI浪潮中与全球AI产业链挂钩、形成共振、兑现业绩的板块。AI对算力的无尽需求，也推动了光模块的迭代一浪接着一浪。薄膜铌酸锂调制器兼具高速率和低能耗，已经是1.6T光模块的核心元件。天通股份(600330)作为国内少数掌握大尺寸铌酸锂晶片成套技术和工艺的企业，则将在光模块产业中扮演关键的“卖水人”。
AI浪潮牵引算力建设光模块需求持续火热
从文字聊天、文生图片到文生视频，模型迭代升级的背后是海量数据的训练和推理。国泰君安研报显示，Sora大模型延续了此前GPT模型“源数据-Transformer-Diffusion-涌现”的技术路径，这意味着其发展成熟同样需要“海量数据+大规模参数+大算力”作为基座，且由于视频训练所需数据量远大于文本训练的数据量，预计Sora大模型将进一步拉大算力缺口。
在此背景下，全球算力需求仍将保持快速增长。除了看得见的GPT和Sora，还有数实融合悄然渗透的自动驾驶、智能制造、智慧交通、远程医疗等多个实体领域，都要求算力要成为像水电一样便捷、普惠的基础设施。根据中国信息通信研究院测算，算力每投入1元，将带动3元至4元的国内生产总值（GDP）增长。
AI的发展和应用存在明显的“木桶效应”，其中之一是算力服务器集群之间的数据交换需要数据中心内部的网络互联做配套，从而激发出对高速率、低能耗光模块的大量需求，推动光模块行业发展。Yole Intelligence的数据显示，全球光模块（指光收发一体模块）市场将在2022年—2028年间以12%的年复合增长率增长，届时光模块市场将翻一番，从2022年的110亿美元增长至2028年的223亿美元。
目前，市场对于光通信在AI时代的重要性有着较为充分的理解。历了上一轮云计算的洗礼，国内光通信产业链在众多环节优势均较为明显，国内光模块核心企业逐渐成为全球龙头。在这一轮的AI浪潮中，光模块的“卖铲人”效应更加凸显。此次面对Sora大热，光模块企业早已经摩拳擦掌，直面新一轮算力建设带来的需求浪潮。
算力时代背景下，光模块技术的升级不仅仅是简单的速率翻倍，更需要解决速率提高所带来的功耗高、成本大等问题。根据FiberMall测算，以以太网光模块为例，400G、800G、1.6T、3.2T速率下的光模块，功耗分别约10W、15W、20W、30W；从800G到1.6T，速率提升至2倍情况下，功耗从仅增加30%，单位功耗持续优化，在AI低功耗诉求下供给端升级驱动力强。
薄膜铌酸锂调制器蓄势待发
从产业规律看，电子元器件的创新升级主要依靠封装工艺优化和材料进步带来的提升，LPO、CPO、硅光和薄膜铌酸锂方案有望成为解决该系列问题的突破口。其中，薄膜铌酸锂作为新一代的创新材料，正处于批量导入的前夜。
根据国盛证券、天风证券的研究，薄膜铌酸锂作为新的集成光电子材料，近年来受到了广泛的关注，其本身具有的高电光系数、大带宽、高功率、高稳定性、低驱压、低损耗等优异特性，可实现超快电光响应和高集成度光波导。基于CMOS工艺所制备的薄膜铌酸锂调制器可以很好的发挥其高速调制的特性，能够满足PAM4单波200Gbps甚至单波400Gbps的速率要求。低电压的特性也有效降低了使用能耗。
资料显示，考虑到性价比的问题，目前光通信领域800G已经开始使用铌酸锂材料制作的器件。而未来800G光模块的渗透率也会逐渐提升。Light Counting预测，800G光模块的市场占比有望从2022年的7%提升至2025年的50%。其他低速率光通信应用需求未来随着成本下降也会逐步替代硅光器件。根据Research Diave数据预测，2023年全球铌酸锂调制器市场规模将达40.76亿美元，预计2030年将达到65.43亿美元，2022年—2030年CAGR将实现6.09%。
铌酸锂调制器设计难度大，工艺复杂，技术门槛高，全球仅日本的富士通和住友，以及美国Lumentum（2019年由光库科技收购）三家光通信厂商可以批量生产电信级别的铌酸锂调制器。考虑到薄膜铌酸锂材料优异的性能，当前主要光模块厂商新易盛、联特科技等以及供应商光迅科技、华工科技等均已布局铌酸锂技术路线。
广泛应用拉动铌酸锂晶体需求
铌酸锂晶体作为薄膜铌酸锂调制器的上游关键原材料，主要供应商为日本信越化学、住友金属、德国Korth Kristalle等公司。从供应链安全和国产替代的角度出发，铌酸锂单晶国产替代进程同样处于快速推进。国内的天通股份（子公司天通凯巨），德清华莹、南智芯材均有布局，其中天通股份已经于2023年5月实现铌酸锂大尺寸晶片的正式量产。从主要各公司官网展示的产品指标看，如厚度偏差、翘曲度、透光范围等核心指标国内企业已接近国外第一梯队日本住友金属、德国Korth Kristalle等企业。
从发展方向看，由于下游器件向小型化、批量化、低成本方向发展，因而也要求铌酸锂晶体材料向大尺寸方向发展，对于大尺寸（6至10英寸）铌酸锂单晶生长来说，存在生长界面温场调控困难、继承性缺陷多、晶体热应力大等问题，长晶装备的设计成为最核心的环节。
值得注意的是，天通股份是国内少数聚焦“材料+装备”的光电材料生产企业。对电子原材料而言，材料的性能、生产效率与核心工艺、装备水平密切相关，行业中的TDK、村田等企业都是大量使用自制装备，其产品性能、产值规模在全球都遥遥领先。
目前天通股份已经掌握了铌酸锂晶体材料制备的自动放肩技术、自动单畴化技术和还原技术，大尺寸晶片研磨、抛光等生产关键核心技术，成功自主研发并量产6英寸的钽酸锂（LT）、铌酸锂（LN）晶体和黑化抛光晶片产品，同时开发出8英寸压电晶体材料；技术自主可控，实现国产替代。公司生产的铌酸锂晶体除了应用于光通信领域的薄膜铌酸锂调制解调器之外，还用于无线射频领域的“卡脖子器件”声表面波滤波器（SAW），广泛用于5G移动通信、物联网、雷达、卫星导航及消费电子等领域。
根据光大证券预测，预计2025年全球铌酸锂晶体市场规模有望达到35.0—40.4亿元，2022年—2025年CAGR17.9%—23.6%，其中光模块领域薄膜铌酸锂市场规模的占比将有望达到7.2%—19.6%。随着人工智能与万物互联的融合发展，作为“卖水人”的天通股份将显著受益不断提升的市场空间。（CIS）