国泰君安电信运营行业叶脊架构大行其道高端光模块需求爆发光模块行业

请务必阅读正文之后的免责条款部分[Table_MainInfo][Table_Title]2017.07.18叶脊架构大行其道，高端光模块需求爆发——光模块行业研究报告宋嘉吉（分析师）任鹤义（研究助理）朱威宇（研究助理）[e-mail]@[e-mail]证书编号S0880514020001S0880116040028S0880116060115本报告导读：云计算推动全球数据中心想新型网络架构（叶脊网络）演进，推动高端光模块需求快速爆发，国内相关具有高端光模块研发实力的厂商受益。摘要：[Table_Summary]云计算推动全球数据中心不断向新型叶脊网络架构演进，推动高端光模块需求爆发。市场已经意识到流量爆发推动对光通信器件/模块的需求，但流量结构变化究竟会对各类光模块需求结构产生何种影响，光模块投资应该如何布局并未有清晰的认识。我们认为，随着IDC内部东西流量的快速爆发，传统网络将由叶脊网络架构替代，推动高端光模块需求快速爆发。IDC内部东西流量快速爆发，推动叶脊网络架构代替传统架构，对光模块需求增长数十倍。传统IDC网络架构有利于解决南北向数据传输问题（IDC内部与外部之间），然而伴随着虚拟化、云计算、超融合系统等应用，使得东西向数据流成为主要流量。根据思科的统计，目前数据中心内部流量占全网超7成。传统三层网络架构下，东西向数据流存在明显的传输瓶颈；新型叶脊网络架构可以解决这一瓶颈，大大提高网络的效率，特别是高性能计算集群或高频流量通信设备。叶脊架构所需高端光模块数量达到传统架构的数十倍。叶脊网络结构使得网络规模变大、网络扁平化、光纤覆盖率提升，使得网络需要更多的交换机、叶/脊交换机之间更快的传输速率（40Gbps以上）以及更高的光纤覆盖率（达到了80%，传统构架只有60%）。叶脊架构所需要的高端（40G以上）光模块数量十倍于传统三层架构。我们测算，对中大型数据中心而言，机柜和服务器数量增加，叶脊架构所需的高速光模块数量可以达到传统三层架构的15-30倍。推荐个股：具备高端光模块研发能力的公司受益。全球IP流量爆发式增长，云计算、虚拟化等加速渗透，推动全球数据中心不断向新型叶脊架构演进，带动光模块由10G/40G向100G/200G等高端器件升级，尤其是40/100G光模块需求强劲。国内厂商在高端光模块方面成长迅速，有望受益。我们推荐具备高端光模块研发能力的个股：中际装备300308、博创科技（300548）、光迅科技（002281）。催化剂：相关厂商高端光模块研发顺利、叶脊架构推广顺利。风险提示：相关厂商高端光模块研发进度不及预期。[Table_Invest]评级：增持上次评级：增持[Table_subIndustry]细分行业评级通信设备及服务增持[Table_Report]相关报告电信运营：《中报业绩为王、坚守龙头白马》2017.07.16电信运营：《物联网落地超预期，注意把握中报行情》2017.07.09电信运营：《电信首发NB-IoT套餐，物联网崛起在即》2017.07.06通信设备及服务：《移动光纤光缆招标，行业寡头化趋势明显》2017.07.02通信设备及服务：《MWC提升5G热度，物联网临近爆发前夜》2017.07.02行业深度研究电信运营股票研究证券研究报告行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分2of18目录结论：IDC向叶脊架构演进，推动高端光模块需求爆发........................31.IDC东西向流量崛起，叶脊网络架构将大行其道.............................41.1.云计算推动IDC内东西流量崛起，传统网络架构出现瓶颈.....41.2.扁平化的叶脊架构，更符合数据中心的新需求..........................62.叶脊架构将推动高端光模块需求爆发.................................................72.1.大型叶脊架构数据中心所需高速光模块数十倍于传统架构......72.2.叶脊构架数据中心对高速光缆、光模块需求爆发......................93.海外科技巨头基于叶脊架构打造高效能数据中心...........................123.1.Facebook基于叶脊架构打造高效网络.......123.2.谷歌数据中心第五代Jupiter全面拥抱叶脊架构.......................144.标的推荐...............................................................................................165.风险提示...............................................................................................17行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分3of18结论：IDC向叶脊架构演进，推动高端光模块需求爆发全球IP流量爆发式增长，云计算、虚拟化等加速渗透，推动全球数据中心不断向新型叶脊架构演进，带动光模块数量和传输速率需求不断提升。我们区别于市场的观点：1）市场对IDC数据中心内部网络流量模式新的演变趋势——东西流量快速增长——带来网络构架的边际变化认识不足。市场已经意识到流量爆发推动对光通信器件/模块的需求，但流量结构变化究竟会对各类光模块需求结构产生何种影响，光模块投资应该如何布局并未有清晰的认识。我们认为，随着IDC内部东西流量的快速爆发，传统网络将由叶脊网络替代，从而对相关器件产生新的需求。2）市场IDC数据中心内部新型叶脊架构替代传统三层网络架构的变化趋势未有认识。传统IDC网络架构有利于解决南北向数据传输问题（IDC内部与外部之间），然而伴随着虚拟化、云计算、超融合系统等应用，使得东西向数据流成为主要流量。根据思科的统计，目前数据中心内部流量占全网超7成。传统三层网络架构下，东西向数据流存在明显的传输瓶颈；新型叶脊网络架构可以解决这一瓶颈，大大提高网络的效率，特别是高性能计算集群或高频流量通信设备。3）市场对IDC叶脊网络架构推动高端光模块需求爆发未有认识。市场对叶脊网络构架带来的高端光模块需求爆发未有认识。叶脊网络结构使得网络规模变大、网络扁平化、光纤覆盖率提升，使得网络需要更多的交换机、叶/脊交换机之间更快的传输速率（40Gbps以上）以及更高的光纤覆盖率（达到了80%，传统构架只有60%）。叶脊架构所需要的高端（40G以上）光模块数量十倍于传统三层架构。我们测算，对中大型数据中心而言，机柜和服务器数量增加，叶脊架构所需的高速光模块数量可以达到传统三层架构的15-30倍。行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分4of181.IDC东西向流量崛起，叶脊网络架构将大行其道我们认为，目前计算和存储资源已经遭遇瓶颈，网络已经成为了提升IDC数据中心运行性能的关键点，是维持数据中心资源效率平衡的关键。随着虚拟化、云计算等技术的流行，数据中心的传统三层网络拓扑结构已经越来越不能满足现代网络的需求。目前，IDC数据中心中计算和存储资源已经遭遇瓶颈，IDC发展更多依赖于网络性能增强：1）计算方面，随着半导体技术面临的物理障碍不可逾越，摩尔定律失效的时限日益临近，因此单个计算节点的性能提升有限，从而必须依赖于分布式计算技术，而分布式集群中节点间的网络将成为影响集群工作效率的关键；2）存储方面，支持管理机制和存储空间分离的分布式存储技术已经解决了存储容量的问题，但是存储I/O仍是瓶颈(高性能的Flash当前仍旧停留在缓存的范畴)，因此存储性能的改进也非常依赖于网络能力的增强。叶脊拓扑网络作为一种新兴的网络结构，克服了传统三层网络的局限，为数据中心构建了一种快速有效、可预测、可扩展的数据传输机制。叶脊拓扑网络已经成为先进数据中心的主流部署方式。1.1.云计算推动IDC内东西流量崛起，传统网络架构出现瓶颈云计算推动数据中心内部东西向数据流快速爆发。云计算、虚拟化、超融合等新型业务使得数据中心内部数据通信越来越多，其结果就是数据中心内部流量远高于数据中心与外部之间的流量，根据思科的统计，数据中心内部流量占全网的7成。IDC内部服务器、存储和网络设备节点之间的流量传输（东西流量）快速爆发。传统网络架构在东西流量传输上存在瓶颈。基于传统三层网络架构的数据中心，主要是基于纵向(南北向)流量而建的，信息从数据中心外部传向中心内部。传统三层网络架构由底层的接入层、中层的汇聚层和上层的核心层组成。其中，接入层是向本地网段提供工作站接入，汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，核心层是网络的高速交换主干，这种图1：数据中心内部流量快速崛起图2：数据中心内部流量构成2019年全球主要流量数据来源：思科，国泰君安证券研究数据来源：思科，国泰君安证券研究613760956118514951886234321432564723905260233424233523563587756020004000600080001000012000201420152016201720182019用户访问IDC流量IDC互访流量IDC内部流量GAGR：用户访问IDC流量25%IDC互访流量31%IDC内部流量24%单位：EB行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分5of18三层网络结构十分适合服务器和外部设备间的传输。图3：传统三层网络结构数据来源：飞速网，国泰君安证券研究然而，对于计算机和服务器四处分布的大型虚拟化数据中心，一个服务器和另一个服务器间的传输则需要经过两个汇聚层交换机和一个核心层交换机，这会产生较大的延迟性甚至阻塞数据传输。图4：传统三层网络架构主要是基于纵向(南北向)流量而建数据来源：TechTarget，51CTO，国泰君安证券研究传统三层网络架构，东西向网络数据传输在纵向设计的网络拓扑中传输数据会带有传输的瓶颈。因为东西向数据经过了许多不必要的节点(如路由和交换机等设备)，会导致潜在的、而且非常明显的性能衰减。如果在接入层交换机上的一个主机需要和接在另一个接入层交换机上的系统进行快速通信的话，那么在接入层和汇聚层的上行链路都会变得很拥塞。行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分6of18图5：传统三层网络架构横向(东西向)流量传输困难数据来源：TechTarget，51CTO，国泰君安证券研究1.2.扁平化的叶脊架构，更符合数据中心的新需求叶脊架构能够解决东西流量传输瓶颈，使IDC内部服务器节点之间实现高效互联。叶脊拓扑网络由上层的脊交换机和下层的叶交换机组成，其中，脊交换机充当汇聚交换机的角色，叶交换机充当接入交换机的角色。在叶脊拓扑网络结构中，所有的叶交换机都和每一台脊交换机连接，因此，任何一台服务器和另一台服务器间的数据传输只需要经过一台叶交换机和一台脊交换机，这种设计大大提高了数据传输的效率，满足IDC高性能计算集群应用。图6：叶脊拓扑网络结构数据来源：飞速网，国泰君安证券研究叶脊架构将IDC网络从三层扁平化为二层，提高了网络效率。叶脊构架每一个叶交换机都和另一个叶交换机之间都只是隔了一跳，这减少了设备寻找或者等待连接的需求，结果是减少了延迟以及降低了瓶颈。行业深度研究请务必阅读正文之后的免责条款部分7of18图7：叶脊架构更加扁平化数据来源：思科，国泰君安证券研究叶脊架构网络比传统网络效率更高，部署成本更低。在叶脊架构中，所有横向的主机在网络位置上是平行的，极大提高网络的效率，特别是高性能计算集群或高频流量通信设备。叶脊网络扩大接入和汇聚层，一个主机可以通过叶支交换机和另一个叶支交换机上的主机进行通信，而且是独立的通道，比传统网络拥有更高的效率。叶脊拓扑网络提供了高度的可扩展性，几乎能适