通信行业模块系列报告之四-光通信网络：网络架构升级看算力产业需求确定性

光通信网络：网络架构升级看算力产业需求确定性——光模块系列报告之四长城证券产业金融研究院分析师侯宾执业证书编号：S1070522080001分析师姚久花执业证书编号：S1070523100001证券研究报告强大于市（维持）时间：2023年12月29日www.cgws.comwww.cgws.com|2◆ 核心观点◆ 网络架构持续迭代优化，端口速率适配数据传输速率超更高发展：随着网络由4G发展至5G，5G基站建设催生电信侧网络架构升级，由两层架构升级到传统数据中心三层架构；5G时代数据中心需求明显增加，东数西算“东西向”流量占据主导地位，催生更加扁平化的叶脊网络架构升级；AI时代下由于更高传输速率要求，无收敛比Fat-Tree得到广泛应用。我们认为，随着通信协议的升级，下游应用场景及AI高速发展，数据传输速率要求越来越高，且网络核心层速率滞后底层算力基础设施速率发展，当前光模块向800G/1.6T发展，驱动网络架构不断升级演变，端口速率进入400/800G升级迭代周期。◆ 网络架构升级带动算力产业需求确定性：从网络架构由4G到AI时代升级迭代可知，网络架构不断适应数据传输性能，各端口收敛比逐渐趋于优化，对应机柜与光模块比数量逐渐增多；当前AIGC发展趋势确定，Fat-Tree无收敛比带宽较前几轮来看，对应算力底层基础设设施配比数增加，长期看好光模块/AI服务器/交换机及芯片下游需求旺盛情况。◆ AIGC生态革命下，算力基础设施长期空间广阔：据TrendForce报告数据显示，全球光模块到2025年市场规模为113亿美元；AI服务器市场规模318亿美元，主要由Microsoft、Google、Meta、AWS占据绝大份额；交换机市场主要由海外主导，我国商用交换机芯片占比较低，当前国产化替代加速，份额有望加速提升。◆ 推荐标的：AI服务器/交换机：中兴通讯、紫光股份、浪潮信息、中科曙光、锐捷网络、星网锐捷；交换机芯片：盛科通信；服务器/交换机代工：共进股份、菲菱科思、工业富联、海能达。◆ 风险提示：高算力发展不及预期、宏观经济波动风险、全球贸易波动风险、行业竞争风险。光通信网络架构升级演变复盘www.cgws.com 二层结构无线接入网，基站与核心网直接相连4G时代下的无线网架构，网络收敛比为3:1数据来源：意瑞联科技官微，长城证券产业金融研究院4G网络通常采用分层的网络结构，其中包括核心网和无线接入网。在无线接入网中，通常采用二层结构。这意味着网络基站（如LTE基站）之间通过交换机连接，形成一个扁平的网络拓扑，其中每个基站都可以直接与核心网连接。这种结构旨在提供高速数据传输和较低的延迟，其网络收敛比为3:1。图表1：4G网络架构图www.cgws.com4数据来源：李晶辉,陈沛.4G通信网络架构和关键技术分析[J].信息技术与信息化,2015(07):101-102.，长城证券产业金融研究院图表2：4G通信网络架构图5G时代下的网络架构www.cgws.com55G网络的组网视图，分为中心级、汇聚级、区域级和接入级。中心级负责控制、管理和调度功能，汇聚级包括控制面网络功能，区域级承载数据流和移动边缘计算，接入级包含无线接入网的CU和DU功能。收敛方式：根据电信《5G时代光传送网白皮书》中对于城域OTN网络架构的设计，若以5G成熟期为目标市场，在节点数方面，省干层:核心层:汇聚层:接入层=4:20:400:10000。数据来源：中国信通院《5G网络架构设计白皮书》，长城证券产业金融研究院图表6：5G网络组网视图数据来源：中国信通院《5G承载网络架构和技术方案白皮书》，长城证券产业金融研究院5G承载网的首要目标则是为生成的空口数据提供泛在的连接，高效满足不同类型业务数据的Qos。5GNR要求的大带宽、低时延和高可靠性等性能指标，最终是5G承载网协同作用的结果。此外，网络连接调度、组网保护和管理控制等关键特性也由5G承载网得以实现。 组网分为中心级，汇聚级，区域级和接入级图表3：5G承载组网架构 5G移动通信逻辑架构：5G移动通信的逻辑架构图是由：手机-接入网-承载网-核心网-承载网-接入网-手机；在接入网中，主要通过无线接入网（即基站）传输。在5G网络中，接入网被重构为CU、DU和AAU，前传、中传、回传是它们间不同实体之间的连接。图表4：5G移动通信逻辑架构图表5：5G网络部署形态数据来源：光纤在线，长城证券产业金融研究院数据来源：光纤在线，长城证券产业金融研究院5G时代下的网络架构www.cgws.com65G核心网采用服务化架构，将摒弃隧道建立的模式,控制面所有NF之间的交互采用服务化接口，同一种服务可以被多种NF调用，降低NF之间接口定义的耦合度，最终实现整网功能的按需定制，灵活支持不同的业务场景和需求。数据来源：长焜科技官微，长城证券产业金融研究院图表8：基于SBA的5G核心网架构图表7：5G无线接入网数据来源：中国信通院《5G网络架构设计白皮书》，长城证券产业金融研究院5G无线接入网通过引入接入网和应用服务器的双向交互，实现无线信道与业务的动态匹配。双向交互体现在，一方面接入网可以向应用服务器提供接入网络状态信息，比如当前服务用户可用的吞吐量信息，从而对应服务器进行速率估计和应用速率适配；另一方面，应用服务器可以向接入网络传递相关应用信息，比如视频加速请求信息，接入网可以提供服务适配，进行服务等级动态升级。通过无线智能感知功能增强，能够提高业务感知和路由决策的效率，能够实现业务的灵活分发和跨网关平滑的业务迁移。5G接入网数据吞吐量更大。www.cgws.comwww.cgws.com|75G通信市场网络架构对应光模块需求测算 5G基站：光模块数目=1：8.5，光模块市场需求约为2672万只。依据我国工信部数据，截止至2023年8月底我国5G基站数量为313.8万座。根据《5G时代光传送网技术白皮书》所提供的三大技术方案，假设光纤直连：无源WDM：有源WDM/OTN/SPN=7:1:2，测算得出总前传所需光模块数量为1882.80万个。根据电信《5G时代光传送网白皮书》中对于城域OTN网络架构的设计，在节点数按照收敛比4:20:400:10000=省干层:核心层:汇聚层:接入层，接口数按照30:23:5:1=省干层:核心层:汇聚层:接入层，测算得出光模块数量为：中传（接入层）为627.6万个，回传（汇聚层+核心层）为154.3896万个，省干网（省干层）为7.5312万个；共计约为2672万个。图表9：5G光模块需求测算数据来源：工信部、《5G时代光传送网技术白皮书》，长城证券产业金融研究院测算其中，依据《5G承载光模块白皮书》对应的封装方案，光模块种类上：前传主要为25G；接入层（中传）为25G；汇聚层（回传）为100G；核心层（回传）为200G；省干层（省干网）为400G。5G中传、回传以及省干网市场光模块数量测算OTN网络接入层汇聚层核心层省干层采用光模块种类25G SFP28 40km100G QSFP28 40km200G CFP2-DCO 80km400G CFP2-DCO 80km节点数(万个)313.812.5520.62760.12552接口数 (个)1523