为什么光通信最近这么火？如何去迎接光时代的到来？

作者：华创证券 束海峰

我们站在时代转变的十字路口，迎接光的时代到来；

1、为什么光会这么火？

光取代电作为信息载体是未来的趋势，从光通信到光芯片，光将渗透到人们生活的方方面，这一进程正在加速；面临海量的数据需求的场景下，电的进化在变弱，光的技术在变强；

图表 1 集成电路摩尔定律逐渐失效 V.S. 数据流量持续增长

资料来源:Google图片，华创证券

为什么电的进化在变弱？集成电路发展的基石：摩尔定律在逐步失效；

• 温度限制：过去技术提高将芯片不断变小，变小可以自动解决所有问题；但是随着微电路缩小到90纳米以下的时候，上述“自动解决”的方式开始不再有效，随着越来越小的硅电路里的电子移动越来越快，芯片开始变得过热。为了解决发热问题：一个是增加一个芯片增加更多处理器，所以出现了多核，八核、十核，但是需要这么个处理器同时同步运算，算法上很快也出现瓶颈；寻找新的材料：在计算速度上不亚于硅晶片，但发热量显著低于硅的材料，石墨烯就是大家在探索的一个方向；

• 计算设备走向移动化：专用芯片走向集成芯片，导致过去十年芯片行业成本的提升导致了企业间大量的重组并购，如今，世界上绝大多数的芯片生产线都属于少数几家企业比如英特尔、三星和台积电等；

• 不能再小了：14纳米已经可以生产了，7纳米工艺也会在2018或2019年到来；再往下到达5纳米，芯片上的设计元素就和10个独立原子差不多大了，在这个维度下，经典物理学定律在这里将不再适用，并会被不稳定性原理所取代；

但同时用户的需求在不断提升，整个互联网的流量仍是呈现几何级的增长，怎么去处理这些流量，是产业面临的问题的。

2、光的未来：高速率、低能耗、无干扰

光和电，都是信号承载的载体，相对于电通信，光通信的以下优点，使得光通信的到来成为一种必然：

由于光子没有质量、不带电荷，传递信息时不受电磁场作用，千万束光也能平行或相互交叉传播，彼此互不干扰、齐头并进地同时穿越一只光学元件，其传递速度基本是光速，远远高于电子携带信息的传递速度。光子“无导线”传递信息，信息通道是平行的且密度极大。1角硬币大小的棱镜，其形成的并行信息通道的传输能力，可超过全世界现有电缆的许多倍。光子除在产生它的光辐射源（激光源）需要少许能量外，在传递和转换及存储和处理信息时能量消耗极低。正因为如此，光子计算机最重要的优势是信息的并行传输、高速处理、大容量存储以及运行的低能量消耗。总结下就是：

• 传输速率高，光纤通信目前单波长速率已经超过200Gbps，相比铜缆通信六类线的1Gbps已经高出两个数量级，而光纤通信的理论速率将远远高于目前的传输速率水平；

• 能耗效率高，无论是有源光器件还是无源光器件，其使用能耗和发热量都要远远低于同等级别的铜缆产品；

• 无信号间干扰，光缆之间不存在互相干扰的问题，更加适合现代数据中心内部密集的布局形式

3、光通信历史以及现在所处发展阶段

1966年高琨（诺贝尔物理学奖得主、光纤之父）博士发表的一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，其中开创性地提出了光导纤维在通讯上应用的基本原理，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信-光纤通信的基础。光通信发展史才50年，而电的发展已经400多年了，一个新事物替代旧的事物是需要时间的；

（1）光通信速率不断提高，当前一对光纤的通信容量已经超过10Tbps

目前光通信正处在不断提速的过程中，自1990年以来，光通信行业先后经历了光纤、激光器、光放大器等升级，目前一对光纤的通信容量已经超过10Tbps的水平。未来随着相干光通信的发展，新的调制方式将进一步提高光纤通信容量。

图表 2  光通信发展历程简图

资料来源:NEC，华创证券

（2） 流量增长并下沉，“光进铜退”从骨干网向接入网、数据中心渗透，未来硅光可期

同时由于流量不断增长以及下沉，通信网络消耗的流量也从骨干网、长途网不断下沉到接入网、数据中心甚至是服务器之间以及电路板之间。光通信应用也正在从长途骨干网、城域网向短距离数据中心以及未来的板级互联、硅光推进。

图表 2  光通信的替代过程：从传输、交换、存储、最终到处理

光网络从光传输、光交换向智能全光网络迈进，从历史来看，通信网络都是从点对点传输开始变得复杂。为了减少光电转换带来的能耗和带宽以及时延上的浪费，光网络的发展趋势是全光化、网络扁平化。目前来看，光网络的发展历程可以分为三代：

• 第一代光网络SDH，主要实现大容量传输，所有的交换、选路和其他智能都在电层面上实现，较大地限制了光纤可用带宽的利用；

• 第二代光传送网OTN，可以在光层面实现很多交换、选路、和其他智能功能；

• 第三代光网络是以ASON/ASTN为代表的智能光网络，智能化的ASON在ITU-T被定义为通过能提供自动发现和动态连接建立功能的分布式控制平面，在OTN或SDH网络之上实现动态的基于信令和策略驱动控制的一种网络。

图表3  光层技术向电层技术的渗透

资料来源:华创证券

4、驱动光发展的本质因素就是：流量，流量几何级的增长，如何去迎接光的时代到来？

按照韦总的观点来看：

（1）移动网络主要靠光纤网承载：网络全程6900km的端到端的数字连接99.9%靠光纤，其中巨量的基站互联和回传是使用的主要场景；

（2）新的带宽驱动力：

• 新网络：4G到5G，扩容10+倍

• 新终端：智能手机、物联网终端

• 新应用：云计算、VR、4K等

（3）5G：更加依赖光网络的支撑：

• 网络架构扁平化导致了回传和前传的带宽大幅攀升；

• 高频段决定了小基站的特征和2-5倍基站数量及密度，带来对光纤资源和带宽的极大需求；

（4）光器件将是前传成本的瓶颈，特别是可调制激光器；

要致富先修路，巨量的基站互联和回传对传统的移动通信运营商运营商压力巨大（他们过去没有固网），全球的运营商们都开始加大他们线路的投入

• 光纤光缆持续超预期：中国移动已经投了三年了，开始是FTTH，后面还是5G;中移动近期的投资还有望超预期，推荐关注亨通光电、中天科技、长飞光纤光缆等；

• 光器件：未来弹性最大的部分，单基站的流量十到百倍增加，基站数2-5倍的增加，推荐关注光迅科技、中际装备、新易盛、博创科技等