光模塊是網(wǎng)絡(luò)通信的核心配件之一，作用是光電轉(zhuǎn)換，發(fā)送端把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖傳輸后，接收端再把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。簡單的說，用到光纖的地方就會用到光模塊。

1、交換機(jī)：在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署、數(shù)據(jù)中心建設(shè)都離不開光模塊和交換機(jī)，光模塊主要是用來將電信號與光信號進(jìn)行傳輸，而交換機(jī)則是對光電信號起到轉(zhuǎn)發(fā)作用，交換機(jī)會采用GBIC、1*9、SFP、SFP+、XFP光模塊等。

2、服務(wù)器：服務(wù)器一般搭配交換機(jī)使用，跟交換機(jī)采用的光模塊相對應(yīng)

3、光纖收發(fā)器：光纖收發(fā)器主要應(yīng)用在因網(wǎng)線無法覆蓋、需要使用光纖來延長信號傳輸?shù)倪h(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)中，常用于光纖入戶、安防監(jiān)控、小區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和廣播電視傳播等領(lǐng)域。光纖收發(fā)器采用1*9與SFP光模塊

4、光纖路由器：光纖路由器的網(wǎng)口是使用光纖，可以用來解析入戶光纖中的光訊號。光纖路由器一般采用SFP光模塊

5、光纖網(wǎng)卡：光纖網(wǎng)卡能夠?yàn)橛脩粼诳焖?a target="_blank">以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)提供可靠的光纖連接，為用戶提供可靠的光纖到戶和光纖到桌面的解決方案。光纖網(wǎng)卡采用1*9光模塊、SFP光模塊、SFP+光模塊等。

6、視頻光端機(jī)：無論是模擬光端機(jī)還是數(shù)字光端機(jī)，都需要用到光模塊。光模塊把驅(qū)動電路和激光器、光電探測器和放大器集成在一起模塊化，使數(shù)字光端機(jī)成為免調(diào)試產(chǎn)品，大大提升了現(xiàn)場應(yīng)用的穩(wěn)定性。一般采用1*9單模光模塊，一些高清類的光端機(jī)也會采用SFP光模塊，如光纖高速球機(jī)。

7、基站：在移動通信系統(tǒng)中，移動通信基站需要光模塊來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互連，連接固定部分與無線部分，并通過空中的無線傳輸與移動臺相連的設(shè)備?。?通信基站常采用SFP、XFP光模塊。

多模光模塊和多模光纖光模塊的差別

（1）光波長不一樣

多模光纖光模塊的工作中光波長一般是850nm，多模光模塊的工作中光波長一般是1310nm、1550nm。

（2）傳輸間距不一樣

多模光模塊常見于長距離傳輸，傳輸間距可以達(dá)到150至200km。多模光纖光模塊則用以短路線傳輸中，傳輸間距可以達(dá)到5km。

（3）光纖線種類不一樣光模塊中的多模，事實(shí)上只指光纖線類型。依照光模塊在光纖線中的傳輸方式可分成單模和單模光纖。

單模光纖通稱MMF，纖徑一般為50/125μm或是62.5/125μm。單模通稱SMF，纖徑為9/125μm。

（4）燈源不一樣

多模光纖光模塊的燈源是發(fā)光二極管或激光發(fā)生器，而多模光模塊的燈源是LD或光譜線窄小的LED。

（5）運(yùn)用范疇不一樣

多模光纖光模塊多用以SR等短路線的傳輸中，這類網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)和連接頭都比較多，應(yīng)用多模光纖光模塊能夠 控制成本；

多模光模塊多用以傳輸速度相對性較高的路線中，如傳輸網(wǎng)。除此之外，多模光纖機(jī)器設(shè)備只有在單模光纖上合理運(yùn)作，而多模機(jī)器設(shè)備在單模和單模光纖上面能夠 合理運(yùn)作。

（6）成本費(fèi)不一樣

多模光模塊中應(yīng)用的元器件是多模光纖光模塊的二倍，因此多模光模塊的整體成本費(fèi)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高過多模光纖光模塊。

光模塊的用量隨算力和數(shù)據(jù)容量增長

在5G、千兆光網(wǎng)以及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新通信、應(yīng)用開始普及之后，云計(jì)算、云應(yīng)用這些詞在各個地方出現(xiàn)的頻次也變得越來越多。而隨著社會經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速，云應(yīng)用也成為百業(yè)千行里將必備的能力。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮之下，各行各業(yè)在云應(yīng)用、云業(yè)務(wù)領(lǐng)域會帶來更多的機(jī)遇。

根據(jù)三大運(yùn)營商的2022年財(cái)報數(shù)據(jù)顯示，2022年里聯(lián)通云業(yè)務(wù)收入增幅達(dá)121%、移動云業(yè)務(wù)收入增幅有108.1%、電信云業(yè)務(wù)收入增幅也有107.5%。這樣業(yè)務(wù)收入增速均超過100%的盛況也足以說明如今三大運(yùn)營商在云業(yè)務(wù)方面的發(fā)展速度之快。

電信目前擁有700多個數(shù)據(jù)中心和3000多個邊緣DC，IDC機(jī)架達(dá)到51.3萬架，機(jī)架利用率超過70%，IDC資源在國內(nèi)數(shù)量最多、分布最廣。

而移動則計(jì)投產(chǎn)云服務(wù)器超71萬臺，凈增超23萬臺，算力規(guī)模達(dá)到8.0EFLOPS，凈增2.8EFLOPS。對外可用IDC機(jī)架達(dá)到46.7萬架，凈增6萬架，優(yōu)化了“4+N+31+X”集約化梯次布局。

聯(lián)通也在完善“5+4+31+X”多級架構(gòu)，加強(qiáng)骨干網(wǎng)時延領(lǐng)先及多云聯(lián)接優(yōu)勢。IDC機(jī)架規(guī)模達(dá)到36.3萬架，千架數(shù)據(jù)中心覆蓋23個?。粌?nèi)外部云池連接達(dá)到336個。

電信計(jì)劃今年預(yù)計(jì)在IDC方向上投入95億元，云資源池投入195億元。而移動則計(jì)劃今年在算力網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域投資452億元，這可比去年又增加了117億元。聯(lián)通也規(guī)劃今年在算網(wǎng)投資不少于146.1億元，占比將超過19%，預(yù)計(jì)同比增長超過20%。

光模塊：算力網(wǎng)絡(luò)核心環(huán)節(jié)，龍頭強(qiáng)者恒強(qiáng)

光模塊作為數(shù)據(jù)中心和算力網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，行業(yè)具備新產(chǎn)品升級周期驅(qū)動特征。

隨著5G建設(shè)推進(jìn)及數(shù)據(jù)中心建設(shè)加速、AI應(yīng)用和云計(jì)算的高速發(fā)展以及傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需要，海量數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出新的要求，有望帶動配套高速光模塊的需求提升。

此外光模塊作為光通信產(chǎn)業(yè)鏈中游，在“東數(shù)西算”工程中承擔(dān)信號轉(zhuǎn)換任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)光信號的產(chǎn)生、信號調(diào)制、探測、光路轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等功能，將賦能千行百業(yè)，市場前景較大。

根據(jù)LightCounting的測算，光模塊市場在2020-2022年分別增長17%、10%、14%。然而，預(yù)計(jì)在2023年增速將放緩至4%，隨后在2024-2025年恢復(fù)，2022-2027年全球光模塊市場CAGR為11%。盡管2023年增速或許疲軟，2027年全球光模塊銷售額有望達(dá)到200億美元。

光模塊行業(yè)概覽

光模塊是光通信設(shè)備最關(guān)鍵的組成部分，主要作用是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。也可以說光模塊是實(shí)現(xiàn)光信號和電信號相互轉(zhuǎn)換的連接器和翻譯器。

一個光模塊，通常由光發(fā)射器件（TOSA）、光接收器件（ROSA）、激光器芯片（LDChip）、光探測器芯片（PD Chip）、電路板（PCBA）、光纖接口、電接口等部分組成。

光模塊具備豐富的應(yīng)用場景，分為電信市場與數(shù)據(jù)通信市場，包括電信通訊、數(shù)據(jù)寬帶、FTTx、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，近年來數(shù)據(jù)通信市場逐步成為帶動光模塊市場增長的主要細(xì)分領(lǐng)域。

從數(shù)據(jù)中心上游IT設(shè)備成本占比看，在硬件采購成本中，服務(wù)器占比為69%；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、存儲設(shè)備分別占數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備采購成本的11%、9%、6%；光模塊及其他占比5%。

根據(jù)LightCounting的測算，全球前五的云廠商，阿里巴巴、亞馬遜、Facebook、谷歌和微軟2026年在以太網(wǎng)光模塊上的支出將超過30億美元。

800G光模塊將從2025年底開始主導(dǎo)這一細(xì)分市場。另外，谷歌計(jì)劃在2-3年后開始部署1.6T模塊。

CPO（共封裝光學(xué)）將在2024-2026年開始取代云數(shù)據(jù)中心中的可插拔光模塊。

光模塊產(chǎn)業(yè)鏈

行業(yè)研究數(shù)據(jù)庫?資料顯示，光模塊位于光通信行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈中游，上游包括芯片、光器件等，下游則包括電信和數(shù)據(jù)通信市場兩大應(yīng)用領(lǐng)域，終端客戶包括中國移動等運(yùn)營商，以及云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心廠商等。

光芯片是光模塊中必不可少的元件。國內(nèi)廠商按覆蓋環(huán)節(jié)主要分專業(yè)光芯片廠商和光芯片模塊綜合廠商。其中，專業(yè)光芯片企業(yè)包括源杰科技、武漢敏芯、中科光芯、光安倫、云嶺光電、仕佳光子等；而綜合光芯片模塊廠商包括光迅科技、海信寬帶、華為海思等。

光芯片產(chǎn)業(yè)鏈：

資料來源：國泰君安

光模塊競爭格局

過去十年中，我國光器件和模塊供應(yīng)商逐漸在全球市場上獲得份額，我國供應(yīng)商目前在全球以太網(wǎng)光模塊市場上占主導(dǎo)地位。

另外，在FTTx和無線前傳等較小的細(xì)分市場，幾乎都是中國供應(yīng)商。由于無法與中國供應(yīng)商競爭，許多非中國供應(yīng)商相繼退出光模塊市場。

例如：美國光器件廠商AOI在2022年9月將其光模塊業(yè)務(wù)出售給宇瀚光電科技（上海）有限公司，使AOI重新專注于激光芯片制造。

光模塊發(fā)展迅速，光模塊行業(yè)競爭較為激烈，國內(nèi)廠商憑借工藝積累不斷提升國際市場份額。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2021年全球光模塊市場中，收購了Finisar的II-VI以17%的份額排名榜首，中際旭創(chuàng)份額10%排名第二，國內(nèi)廠商光迅科技8%市場份額排名第四，國內(nèi)主要廠商還包括華工科技、新易盛、博創(chuàng)科技和劍橋科技等。

隨著數(shù)通市場對于高速光模塊需求逐步釋放，國內(nèi)龍頭光模塊公司有望盡享行業(yè)發(fā)展技術(shù)迭代期紅利，實(shí)現(xiàn)業(yè)績高速增長。

資料來源：Omdia

數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)新基建快速推進(jìn)、數(shù)據(jù)流量高速增長推動光通信行業(yè)快速增長。我國光模塊供應(yīng)商最初的成功得益于國內(nèi)對光模塊的強(qiáng)勁需求，與此同時，未來AIGC算力產(chǎn)業(yè)對云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施帶來的增量將繼續(xù)推動我國光模塊供應(yīng)商快速成長。

ChatGPT：確立LLM模型的大參數(shù)和深度學(xué)習(xí)兩大屬性

ChatGPT的出現(xiàn)確立了大語言模型兩個必備元素：大參數(shù)+深度學(xué)習(xí)（Large&Deep） ChatGPT是基于自然語言處理（NLP）下的AI大模型，產(chǎn)品能夠通過大算力、大規(guī)模訓(xùn)練數(shù)據(jù)突破AI瓶頸，通過理解和學(xué)習(xí)人類 的語言來進(jìn)行對話，并引入新技術(shù)RLHF 進(jìn)一步 提升了人工智能模型的產(chǎn)出和人類的常識、認(rèn)知、需求、價值觀保持一致。在在GPT模型出現(xiàn)之前，行業(yè)對于AI大模型的構(gòu)建并沒有取得較高關(guān)注，核心在于沒看到模型展現(xiàn)出靠近人類的特征。GPT模型 首次展示出了通過深度學(xué)習(xí)和大模型參數(shù)的輸入，AI模型可以涌現(xiàn)出靠近人類的特征。一般認(rèn)為模型的思維推理能力與模型參數(shù)大小有正相關(guān)趨勢，一般是突破一個臨界規(guī)模（大概62B，B代表10億），模型才能通 過思維鏈提示的訓(xùn)練獲得相應(yīng)的能力。如果在6B以下，那很可能還只是GPT-2級別的初級模型。

AI大模型下，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向低延時高速率演進(jìn)

AI模型作為高性能計(jì)算業(yè)務(wù)，強(qiáng)調(diào)低時延高速率，通常由IB網(wǎng)絡(luò)承載。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部有三類典型的業(yè)務(wù)：通用計(jì)算（一般業(yè)務(wù)）、高性能計(jì)算（HPC）業(yè)務(wù)和存儲業(yè)務(wù)。每類業(yè)務(wù)對于網(wǎng)絡(luò)有不同的訴求，比如：HPC業(yè)務(wù)的多節(jié) 點(diǎn)進(jìn)程間通信，對于時延要求非常高；而存儲業(yè)務(wù)對可靠性訴求非常高，要求網(wǎng)絡(luò)0丟包；通用計(jì)算業(yè)務(wù)規(guī)模大，擴(kuò)展性強(qiáng)，要求網(wǎng)絡(luò)低成本、易擴(kuò)展。由于上述業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求不同，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部一般會部署三張不同的網(wǎng)絡(luò)：由IB（InfiniBand）網(wǎng)絡(luò)來承載HPC業(yè)務(wù)，由FC（Fiber Channel）網(wǎng)絡(luò)來承 載存儲網(wǎng)絡(luò)，由以太網(wǎng)來承載通用計(jì)算業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)中心從云時代進(jìn)入AI時代。在企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，數(shù)據(jù)資產(chǎn)逐步成為企業(yè)的核心資產(chǎn)。和云計(jì)算時代比，AI時代企業(yè)數(shù)據(jù)中心 的使用正在聚焦業(yè)務(wù)快速發(fā)放向聚焦數(shù)據(jù)高校處理轉(zhuǎn)變。未來滿足在AI時代下數(shù)據(jù)高效處理訴求，0丟包、低時延、高吞吐成為AI數(shù)據(jù)中心 核心考核指標(biāo)。

Infiniband高速網(wǎng)絡(luò)，大模型下優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

以太網(wǎng)是一種廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，但其傳輸速率和延遲無法滿 足大型模型訓(xùn)練的需求。相比之下，端到端IB（InfiniBand）網(wǎng) 絡(luò)是一種高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，能夠提供高達(dá) 400 Gbps 的傳輸速 率和微秒級別的延遲，遠(yuǎn)高于以太網(wǎng)的性能。這使得IB網(wǎng)絡(luò)成 為大型模型訓(xùn)練的首選網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Infiniband網(wǎng)絡(luò)（IB網(wǎng)絡(luò)）：是指通過一套中心 Infiniband 交換 機(jī)在存儲、網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)器等設(shè)備之間建立一個單一的連接鏈路， 通過中心 Infiniband 交換機(jī)來控制流量，能夠降低硬件設(shè)備間數(shù) 據(jù)流量擁塞，有效解決傳統(tǒng) I/O結(jié)構(gòu)的通信傳輸瓶頸，還能與遠(yuǎn) 程存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連接

端到端IB網(wǎng)絡(luò)還支持?jǐn)?shù)據(jù)冗余和糾錯機(jī)制，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸 的可靠性。在處理大模型中較多的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)傳輸錯誤或數(shù)據(jù) 丟失可能會導(dǎo)致訓(xùn)練過程中斷甚至失敗，因此保證傳輸?shù)目煽啃?尤為重要，而IB網(wǎng)路有效實(shí)現(xiàn)了保證。

ChatGPT場景下需求彈性測算

A100：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析

AI大集群數(shù)據(jù)中心的方案部署通過切分基本單元進(jìn)行部署，每個基本單元英偉達(dá)定義為SuperPOD。對于一個網(wǎng)絡(luò)集群的用量測算邏輯需要關(guān)注三個關(guān)鍵指標(biāo):1）單集群服務(wù)器個數(shù)；2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（決定交換機(jī)和光模塊用量）；3）交換機(jī)速率（決定光模塊速率上限） 每個DGX A100 SuperPOD基本部署結(jié)構(gòu)信息為：140臺服務(wù)器(每臺服務(wù)器8張GPU）+交換機(jī)（每臺交換機(jī)40個端口，單端口200G） 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為IB fat-tree（胖樹），交換機(jī)速率為200Gb/s。

根據(jù)A100的端口來看，一共分為四個網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)（compute）、存儲網(wǎng)絡(luò)（storage）、In-band管理網(wǎng)絡(luò)和out-of-band管理網(wǎng) 絡(luò)，其中計(jì)算側(cè)的端口數(shù)為8個，存儲兩個，In-band兩個，out-of-band 1個，一共13個端口?？紤]到光模塊的用量集中在計(jì)算側(cè)，我們僅針對計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)行光模塊用量測算。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：英偉達(dá)在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)部分選擇了無收斂胖樹，無收斂胖樹的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于上下行的端口數(shù)是完全一致的，所以 只要知道其中一層的網(wǎng)絡(luò)的連接線纜數(shù)就可以推算出每一層網(wǎng)絡(luò)的線纜數(shù)。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層數(shù)：針對于80臺及以下A100服務(wù)器集群，一般會 進(jìn)行兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署（服務(wù)器-leaf層交換機(jī)-Spine層交換機(jī)）， 針對140臺服務(wù)器，會進(jìn)行三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署（服務(wù)器-Leaf層交換 機(jī)-Spine層交換機(jī)-Core層交換機(jī)）。140臺服務(wù)器三層交換機(jī)的部署數(shù)量分別為56臺-80臺-28臺，一共 是164臺交換機(jī)。每層交換機(jī)對應(yīng)的線纜數(shù)分別為1120根-1124根-1120根。假設(shè)服務(wù)器和交換機(jī)之間采用銅纜，其余采用AOC或者光纖，均使 用光模塊， 所以光模塊的需求為 （1124+1120）*2=4488個。一個基本單元內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)硬件需求比例：交換機(jī)：光模塊=140：164：4488=1：1.2=32.1。

A100：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)需求彈性測算

基于下游應(yīng)用呈現(xiàn)規(guī)模角度，即按照單GPT4.0模型對于服務(wù)器需求 用量測算。假設(shè)1：單個應(yīng)用的需求角度看，服務(wù)器潛在用量為1.5萬臺。假設(shè)2：全球假設(shè)國內(nèi)和海外有潛在20家公司可能形成同樣類型 規(guī)模應(yīng)用。假設(shè)3：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比例按照單個SuperPOD方式部署，即服務(wù)器：交換機(jī)：光模塊的用量比例=1：1.2：32.1。假設(shè)4：服務(wù)器價格參考英偉達(dá)價格，為20萬美元；交換機(jī)結(jié)合 Mellanox售價，假設(shè)為2.5-3w美金，光模塊根據(jù)交換機(jī)速率，現(xiàn) 在主流為200G，假設(shè)單個售價為250美金。

從A100到H100，性能全面提升

2023年一季度英偉達(dá)發(fā)布A100下一代H100 GPU方案，性能全面提升，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：新增FP8數(shù)據(jù)類型和新的Transformer引擎相結(jié)，與 A100 GPU 相比，提供6倍的吞吐量。Transformer Engine明顯加速了基 于 Transformer的模型（例如大型語言模型）的AI計(jì)算。H100擁有18個第四代NVLink 互連，提供900GB/秒的總帶寬，是A100 GPU 600 GB/秒總帶寬的1.5倍，是 PCIe Gen5 帶寬的 7倍。NVSwitch：H100采用全新的第三代NVSwitch，提供64個第四代NVLink互連端口，加速節(jié)點(diǎn)內(nèi)GPU通信；節(jié)點(diǎn)外的二級 NVSwitch 互連支持具有地址空間隔離和保護(hù)的大型 NVLink 域（最多32個節(jié)點(diǎn)或256個GPU），并提供57.6TB/秒的全部帶寬。

算力角度，H100服務(wù)器用量需求測算

從用戶使用角度來測算，我們對于服務(wù)器算力的測算受大模型參數(shù)，日活人數(shù)，每日每人提問等多因素影響。和A100時期的不同，需求測算的參數(shù)有以下更改：關(guān)于單臺H100服務(wù)器的算力：A100時期，在FP16位時，單臺A100的算力處理能力為5 PFLOPS，在H100時，首先新增FP 8位，對 應(yīng)算力能力提升到23 PFLOPS，提升了6倍，在FP16位時對應(yīng)算力能力為15PFLOPS，考慮到模型調(diào)用時會存在不完全使用FP8位 置，折中選擇單臺H100的算力處理能力為20PFLOPS。關(guān)于每人每天提問字?jǐn)?shù)，考慮到算力的提升以及模型升級為多模態(tài)，假設(shè)提問字?jǐn)?shù)升級為5000字?；谝韵录僭O(shè)，我們可得到對應(yīng)一個在1億日活的應(yīng)用需要的AI服務(wù)器的需求約為7716臺。

H100：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)需求彈性測算

基于下游應(yīng)用呈現(xiàn)規(guī)模角度，即按照單GPT4.0模型對于服務(wù)器需求用量測算。假設(shè)1：單個應(yīng)用的需求角度看，服務(wù)器潛在用量為7716臺。假設(shè)2：全球假設(shè)國內(nèi)和海外有潛在20家公司可能形成同樣類型規(guī)模應(yīng)用。假設(shè)3：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比例按照單個SuperPOD方式部署，服務(wù)器：交換機(jī)：400G光模塊：800G光模塊用量比例=1：0.375：8：12。假設(shè)4：服務(wù)器價格參考性能提升的幅度，假設(shè)提升為50萬美元；交換機(jī)假設(shè)單價較200G時期提升2.5倍，對應(yīng)為5w美金，光模塊假設(shè)400G光模塊單個售價為400美金，800G光模塊售價為1000美金。

傳統(tǒng)光模塊市場概述

光模塊主要用于實(shí)現(xiàn)光、電信號的轉(zhuǎn)換

光模塊是用于設(shè)備與光纖之間光電轉(zhuǎn)換的接口模塊。光模塊主要用于實(shí)現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)換。光模塊主要由光學(xué)器件和輔料（外殼、插針、PCB與控制芯片）構(gòu)成。光學(xué)器件（包括光芯片和光學(xué)元件組件）約占光模塊成本70%以上，輔料（外殼、插針、PCB與電路芯片等）占光模塊總成本近30%。光發(fā)射組件TOSA一般包含激光二極管、背光監(jiān)測二極管、耦合部件、TEC以及熱敏電阻等元件。一定速率的電信號經(jīng)驅(qū)動芯片處理后驅(qū)動激光器（LD）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號通過光功率自動控制電路，輸出功率穩(wěn)定的光信號。光接收組件ROSA一般包含光電探測器、跨阻放大器、耦合部件等元件。一定速率的光信號輸入模塊后由光探測器轉(zhuǎn)（PD/APD）換為電信號，經(jīng)前置放大器（TIA)放到后輸出相應(yīng)速率的電信號。

光模塊傳統(tǒng)應(yīng)用場景：電信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心

電信網(wǎng)絡(luò)的光通信應(yīng)用：1980年代光纖誕生以來，光通信應(yīng)用從骨干網(wǎng)到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、基站。目前國內(nèi)傳輸網(wǎng)絡(luò)基本完成光纖 化，但數(shù)據(jù)在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時仍需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；未來向全光網(wǎng)演進(jìn)。數(shù)據(jù)中心的光通信應(yīng)用：1990年代開始，光通信應(yīng)用從中短距離的園區(qū)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)延伸到大型數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)機(jī)架間、板卡間、模 塊間、芯片間應(yīng)用。仍以光模塊為例，據(jù)LightCounting數(shù)據(jù)，數(shù)通市場（以太網(wǎng)+光互連+光纖通道）收入占比在55%-60%左右。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用占比已經(jīng)超過電信市場。據(jù)FROST&SULLIVAN預(yù)測，2020-2024年全球光模塊市場規(guī)模預(yù)計(jì)從2020年的105.4億美元 增長到2024年的138.2億美元，年復(fù)合增長率約為7.0%。應(yīng)用于數(shù)通領(lǐng)域的光模塊市場規(guī)模預(yù)計(jì)則由2020年的54.2億美元快速增長 2024年的83.9億美元，年復(fù)合增長率約為11.5%，其占比從51.4%進(jìn)一步提高至60.7%。

電信市場：運(yùn)營商5G資本開支平穩(wěn)，光纖接入市場景氣度高

無線側(cè)：用于5G資本開支預(yù)計(jì)2022年達(dá)到高點(diǎn)，后期逐步下行，電信運(yùn)營商的Capex具有周期性特點(diǎn)，在代際升級的主建設(shè)期，運(yùn)營商 Capex會有明顯的上升。接入側(cè)：技術(shù)升級和滲透率提升帶來持續(xù)需求。國內(nèi)在政策驅(qū)動千兆光網(wǎng)滲透，海外大部分國家光纖接入率仍較低，具有明顯提升空間；技術(shù)上光纖接入步入10G-PON時代，帶來持續(xù)新增需求。根據(jù)LightCounting的數(shù)據(jù)，2020年FTTx全球光模塊市場出貨量約6289萬只，市 場規(guī)模為4.73億美元，隨著新代際PON的應(yīng)用逐漸推廣，預(yù)計(jì)至2025年全球FTTx光模塊市場出貨量將達(dá)到9208萬只，年均復(fù)合增長率為 7.92%，市場規(guī)模達(dá)到6.31億美元，年均復(fù)合增長率為5.93%。

交換機(jī)系統(tǒng)升級推動數(shù)通光模塊迭代

數(shù)通市場：交換機(jī)芯片產(chǎn)品升級節(jié)奏影響光模塊升級部署。一般來說，從交換機(jī)芯片推出到光模塊開始放量需要2-3年的時間。博通首款32X100G交換機(jī)芯片2014年開始送樣，亞馬遜等北美云廠商2016H2起量部署100G光模塊。2017年底博通32X400G交換芯片Tomahawk3開始送樣，亞馬遜、谷歌等北美云廠商從2018年H2開始部署400G產(chǎn)品。2019年底具備25.6Tbps 交換能力的交換機(jī)芯片Tomahawk4發(fā)布，2020-2022年是400G光模塊的快速起量期。2022年博通和英偉達(dá)、思科等均有800G交換機(jī)布局。

光模塊市場空間：預(yù)計(jì)2026年超過170億美元

2020年全球光模塊市場規(guī)模80億美元，未來五年預(yù)計(jì)穩(wěn)步增長。根據(jù)LightCounting預(yù)測，2016-2018年光模塊行業(yè)增長平緩，2019年后光 模塊升級加速，尤其2020年受疫情和新基建政策催化，電信和數(shù)通市場需求強(qiáng)勁，全年光模塊市場規(guī)模為80億美元，同比增長23%。預(yù)計(jì) 到2026年，全球光模塊市場將超過170億美元，2021-2026年的五年CAGR為14%。分下游客戶來看，數(shù)通客戶市場規(guī)模超過電信客戶市場規(guī)模，是未來光模塊行業(yè)的主要驅(qū)動力。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2020年光模塊市場中，數(shù) 通市場規(guī)模約為電信市場的1.2倍；2026年預(yù)計(jì)數(shù)通市場將為電信市場2.6倍。

以太網(wǎng)光模塊市場空間：高速光模塊放量是核心動力

以太網(wǎng)光模塊的收入在光模塊市場中占比將近一半，市場空間超過百億美金。根據(jù)LightCounting最新報告，以太網(wǎng)光模塊的銷售額在2021年達(dá)到46.52億美元，同比增長25%。預(yù)計(jì)2022年用戶側(cè)以太網(wǎng)光模塊的營收增幅為 22.3%。未來隨著新技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)流量長期保持持續(xù)增長，以太網(wǎng)光模塊銷售額也將保持較快增長并不斷迭代升級。預(yù)計(jì)到2026年，以太網(wǎng)光模 塊市場將達(dá)到88.51億美元，約為全球光模塊市場規(guī)模的52%。22-26年復(fù)合增速11.7%。高速以太網(wǎng)光模塊（200G、400G和800G）是以太網(wǎng)光模塊需求增長的核心驅(qū)動。2021年100G及以下的光模塊收入規(guī)模約為30億美 元，在以太網(wǎng)光模塊市場中占比64%。當(dāng)前200G及以上光模塊迅速放量，后續(xù)將成為增長主力。

市場格局變化：國內(nèi)廠商已占據(jù)領(lǐng)先位置

國內(nèi)光模塊企業(yè)全球地位持續(xù)提升。10G時代以北美光模塊廠商為主，40G時代，中際旭創(chuàng)和AOI崛起，2021年旭創(chuàng)和II-IV成為出貨量 頭部廠商。國產(chǎn)廠商崛起原因分析：（1）歐美日光模塊廠商起步較早，專注于芯片和產(chǎn)品研發(fā)，部分廠商剝離低毛利的光模塊業(yè)務(wù)，制造生產(chǎn)端產(chǎn) 能逐步向以中國為代表的發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移；（2）國內(nèi)光模塊廠商依托勞動力成本、市場規(guī)模以及電信設(shè)備商扶持等優(yōu)勢，在光模塊封裝、 測試等環(huán)節(jié)積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以中際旭創(chuàng)和新易盛為代表的國內(nèi)廠商在競爭中取得份額突破，積極擴(kuò)建產(chǎn)能；（3）云廠商采購模式 變化和封裝工藝的變化，帶來行業(yè)洗牌機(jī)會。

技術(shù)演進(jìn)趨勢：硅光子集成

硅光子技術(shù)意在提升光模塊集成度?；跇?biāo)準(zhǔn)硅制造的硅襯底材料，利用半導(dǎo)體晶圓材料可延展特性，采用CMOS 等工藝應(yīng)用于光電一體集成器件制造。其物理架構(gòu)由硅襯底激光器、硅襯底光 電集成芯片、光纖等輔助物料封裝構(gòu)成。硅光技術(shù)的難點(diǎn)之一是集成激光器和調(diào)制器，PD各種被動器件，目前，相關(guān)技術(shù)主要包括獨(dú)立激光器，混合集成， 異質(zhì)集成，單片集成等。硅光模塊市場空間：根據(jù)Yole預(yù)測，硅光模塊市場將從2018年的約4.55億美元增長到2024年的約40億美元，復(fù)合年增長率達(dá)44.5%。硅光行業(yè)市場格局：Infinera是大規(guī)模InP PIC技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者；Intel、Luxtera等是硅基光子集成產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的引領(lǐng)者，Sicoya、 Rockley、Inphi、Acacia在硅基光電集成收發(fā)芯片的設(shè)計(jì)方面也較為領(lǐng)先，硅光模塊封裝環(huán)節(jié)依舊是傳統(tǒng)光模塊的封裝廠商占主導(dǎo)。

AI驅(qū)動高速光模塊迭代加快

AIGC等新場景：有望成為新一輪的云基建建設(shè)驅(qū)動力

AIGC等新應(yīng)用場景的出現(xiàn)，成為未來云基建投資的重要推動力。數(shù)據(jù)中心作為流量的基石，算力的重要載體，核心受益于算力和流量 的擴(kuò)張，近十年行業(yè)經(jīng)歷了幾輪快速的發(fā)展增長，分別受益于移動互聯(lián)網(wǎng)、疫情帶來的線上流量增長等；隨著AI等新應(yīng)用場景的出現(xiàn)， 為行業(yè)賦予了新的增長動能，有望帶動行業(yè)新一輪建設(shè)升級。

AI：無人機(jī)、自言語言處理以及計(jì)算機(jī)視覺為主要應(yīng)用場景

人工智能主要利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者由數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器，模擬、延伸和擴(kuò)展人類的智能，感知環(huán)境、獲取知識并使用知識獲得最佳結(jié) 果的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng) 。AI的核心技術(shù)主要包含：深度學(xué)習(xí)（DL）、計(jì)算機(jī)視覺（CV）、自然語言處理（NLP）和數(shù)據(jù)挖掘（DM）等， AI目前主要的應(yīng)用場景包括：醫(yī)療、無人機(jī)、自然語言處理和計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理等。

通信行光模塊行業(yè)研究

（報告出品方/作者：東北證券，史博文、劉云坤）

1. 光模塊：光網(wǎng)絡(luò)核心連接器件，深度受益算力帶寬增長需求

1.1. 全光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)如火如荼，光通信產(chǎn)業(yè)鏈大有可為

我國通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)前正處于向綠色全光網(wǎng)邁進(jìn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通信網(wǎng)絡(luò)是支撐我國數(shù) 字經(jīng)濟(jì)建設(shè)及經(jīng)濟(jì)社會進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵性公共基礎(chǔ)設(shè)施，其帶寬、時延、連接能 力的提升是支撐滿足 AIGC 爆發(fā)下大流量需求的必要條件。而與傳統(tǒng)銅線相比，光 纖作為通信介質(zhì)既可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，又能夠降低能耗，符合國家綠色中 國戰(zhàn)略要求?；仡櫸覈叹W(wǎng)通信接入領(lǐng)域發(fā)展歷史，2010 年前主要以銅纜連接為主， 當(dāng)時技術(shù)尚不成熟，速率低且距離受限。2010 年-2020 年為光纖網(wǎng)絡(luò)逐步普及，滲 透率緩慢提升階段，骨干網(wǎng)部分銅纜被光纖替代，光纖到戶開始建設(shè)。2020 年至今 我國已較大程度實(shí)現(xiàn)光纖到戶，進(jìn)一步提速的雙千兆戰(zhàn)略正在建設(shè)，我國固定網(wǎng)絡(luò) 建設(shè)正向 F5G 千兆光網(wǎng)的綠色全光網(wǎng)時代邁進(jìn)。

光通信普及解決傳統(tǒng)通信方式銅纜信號衰減、高能耗痛點(diǎn)。傳統(tǒng)固網(wǎng)建設(shè)大都采用 銅線作為通信傳輸媒介，存在信號衰減快、能耗更高等缺點(diǎn)，此外銅作為國家戰(zhàn)略 資源，自給率較低。根據(jù)中鋁集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，我國銅精礦自給率從 2000 年的 43.25%降 至 2020 年的 22.8%，固網(wǎng)建設(shè)繼續(xù)大量使用銅纜會進(jìn)一步加劇銅礦供應(yīng)短缺風(fēng)險。而 F5G 千兆光網(wǎng)采用光纖作為介質(zhì)，其原料二氧化硅易獲得且使用壽命長，此外光 信號傳輸相比電信號傳輸衰減損耗及抗干擾能力更強(qiáng)。對家庭用戶使用光纖網(wǎng)絡(luò)相 對于銅線/同軸電纜的節(jié)能幅度可以達(dá)到 60-75%/70-85%，每戶每天可節(jié)省電量達(dá) 0.15kWh。

1.2. 光模塊是光通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心部件

光通信在通信系統(tǒng)中不可或缺，應(yīng)用范圍有望持續(xù)拓展。光通信作為目前多種通信 方式中的一類，主要指以玻璃光纖為介質(zhì)。光纖通信的通信系統(tǒng)，屬于通信技術(shù)的 一種。因光纖傳輸?shù)母咚俾实蛽p耗優(yōu)勢在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。目前電信系統(tǒng)組成 中的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、傳輸媒介以及模擬數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化過程中均需用到光通信技 術(shù)。隨著全光網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程深入光通信將進(jìn)一步提升在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用廣度，光通信產(chǎn)業(yè)鏈處于長期成長周期。

光通信產(chǎn)業(yè)鏈：光芯片國產(chǎn)化潛力大，光模塊世界領(lǐng)先深度受益 AI 需求爆發(fā)。光 通信光通信產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的光芯片、光組件廠商，中游的光器件、光模塊及 光通信設(shè)備廠商以及下游的客戶三個環(huán)節(jié)。光通信設(shè)備主要應(yīng)用在電信市場的運(yùn)營 商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及數(shù)據(jù)通信市場的互聯(lián)網(wǎng)廠商的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)通信中。從各個環(huán)節(jié)來看， 光芯片環(huán)節(jié)價值量高，但尤其在高速光芯片領(lǐng)域由國外廠商主導(dǎo)，國內(nèi)廠商從低速 光芯片開始逐步提升滲透率。光器件光模塊領(lǐng)域，國內(nèi)龍頭中際旭創(chuàng)、新易盛、光 迅科技、天孚通信等已取得世界領(lǐng)先地位，已成為北美頭部云廠商等客戶重要供應(yīng) 商，深度受益 AI 算力爆發(fā)帶來的高速光模塊需求，有望迎來業(yè)績爆發(fā)式增長。光通 信設(shè)備環(huán)節(jié)我國華為、中興、烽火等廠商均取得全球領(lǐng)先地位，國產(chǎn)化率較高。

光纖通信通過光電信號轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)高速信息傳輸。光纖通信網(wǎng)絡(luò)主要由發(fā)射機(jī)、中繼 器、接收器及光纖光纜等部件組成。其中光發(fā)送機(jī)由光源、驅(qū)動電路等組成，光源 將輸入信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過連接器及耦合技術(shù)注入光纖線路在光纖 中通過折射傳播。光中繼器的作用為將經(jīng)過長距離傳輸后受到損耗的微弱光信號通 過放大、整形等環(huán)節(jié)再生成一定強(qiáng)度的光信號，降低信號失真并保證通信質(zhì)量。光 接收機(jī)由光探測器、放大器和相關(guān)電路組成，負(fù)責(zé)將從光纖線路輸出的光信號轉(zhuǎn)化 為電信號，并經(jīng)過放大和后處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。

光模塊目前以可插拔式為主，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成中 TOSA 和 ROSA 為核心器件。光模塊 集成了發(fā)射及接收數(shù)字或模擬信號的功能，通常以獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)外部的可插拔式為主， 也有網(wǎng)絡(luò)芯片形式。一個典型光模塊包含發(fā)射器、接收器、集成電路、射頻電路、 數(shù)字控制及機(jī)械部件等部分。其中 TOSA（發(fā)射光組件/Transmitter Optical Subassembly）、ROSA（接收光組件/Receiver Optical Subassembly）及電路板是成本 占比最高的部件。而 TOSA 和 ROSA 作為發(fā)射和接收信號的關(guān)鍵器件，直接影響整 體光模塊性能，其中 TOSA 主體為 VCSEL、DFB、EML 等激光器芯片，ROSA 主 體為 APD、PIN 等探測器芯片。一般光模塊中光芯片成本占比在 30%-40%左右，而 高端高速光模塊這一比例可以提升至 50%左右。

光模塊技術(shù)演技路線方面，光模塊技術(shù)迭代速率持續(xù)加快。從光模塊行業(yè)技術(shù)演進(jìn) 時間節(jié)點(diǎn)來看，2014 年-2018 年行業(yè)主要以 100G 光模塊為主流產(chǎn)品，2020-2021 年 行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)開始啟動 400G/800G 光模塊研發(fā)推進(jìn)工作。在 AIGC 推動下，預(yù)計(jì) 800G 光模塊在 2023 年開始小批量生產(chǎn)，下一代 1.6T 光模塊預(yù)計(jì) 2025 年開始逐步 量產(chǎn)。

光模塊技術(shù)集成化趨勢不斷提升以應(yīng)對算力劇增帶來的更高技術(shù)要求。AIGC 爆發(fā) 下大模型訓(xùn)練需求快速提升、算力及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)需求催生對于更高速率、更高性 能機(jī)低功耗的光模塊產(chǎn)品需求。通過不斷縮減光模塊與交換機(jī) ASIC 的距離，從而 一方面減少銅線的使用降低功耗、另一方面縮短使用銅線的傳輸距離而提高光纖傳 輸?shù)木嚯x占比從而提高整體光模塊的傳輸速率。目前大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線為可插 拔式光模塊，技術(shù)成熟。主要通過 QSFP 連接器與交換機(jī)電路板連接，通過銅線與 交換機(jī)ASIC芯片傳輸數(shù)據(jù)。未來光模塊會逐步集成到電路板上，并逐步縮進(jìn)與ASIC 芯片的物理距離：OBO 板載光學(xué)為將收發(fā)模塊通過插槽插到電路板上，該項(xiàng)技術(shù) 2015 年開始研發(fā)；近封裝則是將光引擎插到承載交換機(jī)芯片的有機(jī)襯底上，光引擎 與交換機(jī)芯片距離縮減到 150mm，預(yù)計(jì) 2026 年左右時間點(diǎn)開始會有大規(guī)模應(yīng)用；共封裝技術(shù)下光學(xué)與交換機(jī)芯片距離進(jìn)一步縮至 50mm，且通過TSV 技術(shù)完全集成， 2.5D 共封裝技術(shù)成為主導(dǎo)時間點(diǎn)推測在 2032 年左右，3D 共封裝完全繼承時間點(diǎn)則 要更遠(yuǎn)。

從行業(yè)遠(yuǎn)期發(fā)展來看可插拔式光模塊受限于能耗指數(shù)級增長，推動以 CPO 為主要 降低功耗技術(shù)路徑的研發(fā)及商業(yè)化需求。根據(jù) Science 雜志文章《Recalibrating global data center energy-use estimates》數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心能耗 2010-2018年僅增長了 8%， 外推到 2022-2023 年僅增長 2%-3%，主要原因在于云廠商將算力從企業(yè)級數(shù)據(jù)中心 向超大型數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移提高效率、以及服務(wù)器級內(nèi)存效率穩(wěn)步提升。從能耗分布來 看，數(shù)據(jù)中心能源消耗主要來自于服務(wù)器和基礎(chǔ)設(shè)施。隨著數(shù)據(jù)中心 PUE 值降低及 效能比提升，服務(wù)器電力消耗逐漸成為主要部分。存儲消耗占比也有較大提升但占 比較低，基礎(chǔ)設(shè)施消耗占比逐漸下降。網(wǎng)絡(luò)消耗占比一直處于較低水平， 2012/2018/2022 年數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)側(cè)用電占比分別僅有 1%/2%/3%。隨著 800G 等高速 光模塊滲透率提升，功耗將呈指數(shù)級增長，預(yù)計(jì)到 2028 年光學(xué)部分能耗在數(shù)據(jù)中心 占比將超過 8%，傳統(tǒng)可插拔式光模塊進(jìn)一步提速將受到功耗急劇增長限制，而以 CPO 為代表的新興技術(shù)相比可插拔式光模塊可實(shí)現(xiàn) 25%-30%的功耗節(jié)省，CPO 技 術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)在于封裝和低損耗光線互聯(lián)，在技術(shù)成熟后可以大幅改善光模塊 耗電情況，支撐數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)傳輸帶寬提升。

1.3. AIGC、云計(jì)算等驅(qū)動下數(shù)據(jù)流量爆發(fā)增長，算力需求及支出激增

人工智能、云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)、元宇宙等新技術(shù)應(yīng)用爆發(fā)下數(shù)據(jù)流量高速增長， 數(shù)據(jù)中心主導(dǎo)數(shù)據(jù)流量處理和交換。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，2021 年全球產(chǎn)生數(shù)據(jù)流量為 20.8ZB，其中 99.04%（20.6ZB）為數(shù)據(jù)中心 IDC 產(chǎn)生的流量。其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部、 數(shù)據(jù)中心與用戶間、數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心間產(chǎn)生的流量分別為 14.7ZB、3.1ZB、2.8ZB。2016 到 2021 年全球數(shù)據(jù)中心流量從 6.8ZB 增至 20.6ZB，年復(fù)合增速 24.8%，而云 數(shù)據(jù)中心流量從 6ZB 增至 2021 年的 19.5ZB，年復(fù)合增速達(dá) 26.6%。在我國東數(shù)西 算、數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)背景下對于核心算力基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)中心的高吞吐及大帶寬需求愈 發(fā)迫切。

數(shù)據(jù)流量爆發(fā)及 AIGC 驅(qū)動下，企業(yè)人工智能（AI）支出快速增長，中國智能算力 規(guī)模高速提升。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，全球企業(yè) AI 投資從 2019 年的 612.4 億美元增至2021 年的 924.0 億美元，預(yù)計(jì) 2022 年增長 26.6%至 1170.0 億美元，2025 年有望突 破 2000 億元。AI 支出增速顯著高于數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入增速。數(shù)字化進(jìn)程推進(jìn)下海量 數(shù)據(jù)增長使得我國算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展。根據(jù)《2022-2023 年中國人工智能 計(jì)算力發(fā)展評估報告》，我國智能算力規(guī)模預(yù)計(jì)從 2021 年的 155.2EFLOPS 增至 2026 年的 1271.4EFLOPS，2021-2026 年年復(fù)合增長率達(dá) 52.3%，而同期通用算力規(guī)模從 47.7EFLOPS 增至 111.3EFLOPS，年復(fù)合增長率 18.5%。

大模型推動中國 AI 相關(guān)支出快速增長。根據(jù) IDC 數(shù)據(jù)，2022 年中國 AI 市場規(guī)模 小幅低于預(yù)期，同比增長 17.9%，主要系疫情、經(jīng)濟(jì)形勢及供應(yīng)鏈等原因使得政企 客戶市場服務(wù)器及存儲系統(tǒng)采購放緩。到 2023 年隨著 ChatGPT 大模型引領(lǐng)下的 AIGC、數(shù)字人、多模態(tài)大模型等需求爆發(fā)，增速有望回升，市場規(guī)模將達(dá) 147.5 億 美元，到 2026 年將達(dá) 264.4 億美元，2021-2026 年五年復(fù)合增長率超過 20%。細(xì)分 產(chǎn)品來看，AI 硬件占比超過一半；AI 軟件受益于 NLP、CV 等大模型帶來的性能提 升占比有望快速增長，預(yù)計(jì)到 2026 年中國 AI 軟件市場規(guī)模將達(dá)到 76.9 億美元，占 比 29%，較 2021 年提升 10 個百分點(diǎn)；AI 服務(wù)市場到 2026 年將達(dá)到 32.7 億美元， 五年年復(fù)合增長率近 30%。細(xì)分市場來看，互聯(lián)網(wǎng)云廠商等專業(yè)服務(wù)領(lǐng)域行業(yè)客戶 仍是主要需求方，其次為地方政府、銀行和通訊領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到 2026 年占比分別為 29.3%、8.9%、7.8%和 7%。其中銀行和地方政府增速最快，五年 CAGR 超 23%。

1.4. 電信側(cè)光模塊：前傳、中后傳向更高速率演化

5G 演進(jìn)下前傳帶寬催生 50Gb/s 及更高速率光模塊需求。通信領(lǐng)域前傳光模塊是連 接基帶處理單元（BBU）與遠(yuǎn)端射頻單元（RRU）/有源天線處理單元（AAU）的重 要構(gòu)成部分。其速率不斷演進(jìn)從 2G 的 1.25Gbps、3G 的 2.5Gbps 到 4G 的 6/10Gbps， 傳輸距離包括 300m、1.4km 和 10km 等。5G 接入網(wǎng)下 AAU 天線數(shù)量將提升 8 倍， 空口帶寬從 20MHz 升至 100MHz，同樣 CPRI 方案下帶寬需求將提升 40 倍。通過 eCPRI 切分方案將部分 BBU 部署在 AAU 上降低帶寬需求從而使得目前 5G 前傳接 口帶寬需求為 25Gbps。未來隨著 Sub 10GHz、毫米波等頻段上逐步部署，天線和空 口數(shù)進(jìn)一步增加，前傳光模塊速率將達(dá)到 50Gb/s，推動對更高速率光模塊需求提升。

5G 中回傳光模塊有望提升對 400G 及 800G 高速光模塊的需求。5G 中回傳接入層 以環(huán)形拓?fù)錇橹?，典型帶寬需求?10/25/50/100Gb/s，而隨著高速率遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓?模塊技術(shù)如 400Gb/s、30/40km 技術(shù)方案的成熟和 800Gb/s 光模塊的演進(jìn)升級，下一 階段 5G 中回傳光模塊有望采用更高速率新型光模塊技術(shù)方案。

1.5. 東西向流量推動數(shù)據(jù)中心架構(gòu)不斷演化，高速率低能耗成為數(shù)通光 模塊發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，由傳統(tǒng)三層分層模塊化結(jié)構(gòu)向更扁平易擴(kuò)展的 CLOS 架構(gòu)演進(jìn)。傳統(tǒng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心一般采用分層模塊化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)中心通常呈 三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：1）接入層/機(jī)頂交換機(jī)：用于所有計(jì)算點(diǎn)的連接；2）匯聚層：匯聚 交換機(jī)與 Access 交換機(jī)相連接，具備網(wǎng)關(guān)、路由策略等功能、并部署有防火墻、負(fù) 載均衡等業(yè)務(wù)；3）核心層：核心交換機(jī)用于匯聚層的互聯(lián)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心與外部網(wǎng) 絡(luò)的通信。早期數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)流量大多為南北向流量（數(shù)據(jù)中心外客戶端到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器流量），三層架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較好的負(fù)載均衡。而隨著東西向流量（數(shù)據(jù)中心 內(nèi)部服務(wù)器之間的流量）占據(jù)主導(dǎo)地位，催生三層架構(gòu)分層模塊化轉(zhuǎn)向 CLOS 架構(gòu)， CLOS 架構(gòu)又包括 Fat-Tree 胖樹、Spine-Leaf 的架構(gòu)，更加扁平更易于水平擴(kuò)展。

交換芯片速率提升帶動 800G 和 1.6T 高速率光模塊需求增長。從目前數(shù)據(jù)中心光模塊部署進(jìn)度來看，2019-2020 年起亞馬遜、谷歌、微軟、Facebook 等北美頭部云廠 商及科技企業(yè)的超大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連已開始商用化部署 400Gb/s 光模塊；而國 內(nèi)數(shù)據(jù)中心節(jié)奏相對較慢，目前處于 100Gb/s 向 400Gb/s 的過渡正在大規(guī)模部署。此外，從數(shù)據(jù)中心交換芯片吞吐量歷史演進(jìn)來看，平局每兩年速率提升一倍，預(yù)計(jì) 2023 年將達(dá)到 51.2Tb/s，2025 年之后達(dá)到 102.4Tb/s。交換芯片速率指數(shù)增長下 800Gb/s 和 1.6Tb/s 等更高速率將光模塊需求有望逐步放量。

光通信在數(shù)據(jù)中心傳輸中逐步向短距離場景滲透。目前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下機(jī)柜內(nèi)部大部分 由銅線連接，隨著 SerDes 速率提升解決速率限制瓶頸，銅線連接將向具備更大帶寬 容量、更好電磁抗干擾性的光纖轉(zhuǎn)移，從機(jī)架之間向板到板、芯片到模塊以及新派 到芯片領(lǐng)域光學(xué)部件應(yīng)用有望逐步提升。預(yù)計(jì)機(jī)柜頂交換機(jī)將同時具備數(shù)個用于向 下連接的可插拔接口以及向上連接的 CPO 節(jié)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)中心互聯(lián)下光模塊向更高速率持續(xù)迭代，下一代 800G 光模塊蓄勢待發(fā)。數(shù)據(jù) 中心內(nèi)部依據(jù)具體場景不同目前運(yùn)用的光模塊速率及技術(shù)不同。葉脊架構(gòu)下數(shù)據(jù)中 心互聯(lián)場景可以分為數(shù)據(jù)中心之間、脊-核心、葉-脊、TOR-葉、服務(wù)器-TOR、服務(wù) 器之間場景，除服務(wù)器與服務(wù)器間場景外其余場景互聯(lián)均應(yīng)用有光模塊。預(yù)計(jì)隨著 AI 帶來的流量爆發(fā)驅(qū)動下，TOR-葉連接及之上的連接層級下一代均向 800G 速率轉(zhuǎn) 換，光模塊廠商迎來新一代技術(shù)帶來增量需求。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)數(shù)據(jù)流量（東西向流量）占比大，光模塊向高速率、低功耗、低 成本和智能化方向演進(jìn)。速率方面，提升驅(qū)動力主要來自交換芯吞吐容量和 Serdes 帶寬提升，Serdes 是 ASIC 芯片與外界交換數(shù)據(jù)的基本單元，光端口帶寬為 Serdes 帶寬整數(shù)倍，如 100G CAUI4 端口包含 4 個 25G NRZ Serdes。功耗方面，400Gb/s 光模塊早期功耗為 10~12W，預(yù)計(jì)隨著技術(shù)進(jìn)步長期功耗有望降低至 8~10W；目前 800Gb/s 光模塊功耗為 16W 左右，此外光電共封裝光引擎（CPO）技術(shù)也是未來發(fā) 展趨勢，通過光引擎與交換芯片合封來降低互連 SerDes 功耗及成本能夠降低光模塊 未來隨著速率提升而帶來的功耗指數(shù)級增長。降低成本方面，主要通過調(diào)整機(jī)柜布 局、DAC 代替光纜、非相干方案長距離拓展等途徑實(shí)現(xiàn)。智能化方面，AI、機(jī)器學(xué) 習(xí)、大數(shù)據(jù)技術(shù)賦能光模塊健康度監(jiān)控及故障預(yù)警等功能的增加也對光模塊提出了 新的要求。

短期內(nèi)技術(shù)成熟成本低的可插拔式光模塊仍將為主流方案，未來 CPO 共封裝模式 將逐步成為主流方案之一。預(yù)計(jì) 2024 年之前，可插拔式光模塊仍將是市場主流技 術(shù)路線。其技術(shù)成熟、成本低，可以快速出貨滿足頭部云廠商客戶快速構(gòu)建大模型 所需算力基礎(chǔ)設(shè)施的激增需求。此外頭部光模塊廠商也于近幾年相繼推出板載光學(xué) /共封裝光學(xué)方案，目前處于滲透率提升、出貨爬坡階段，未來幾年可插拔將與 CPO 路線共存，而隨著 CPO 技術(shù)路線成熟、技術(shù)工藝進(jìn)步帶來成本降低下，預(yù)計(jì) 2030 年后 CPO 將憑借性能優(yōu)勢成為主流技術(shù)路線。

英偉達(dá) A100、H100 GPU 為 AI 服務(wù)器普遍選擇方案，A100 SurperPOD 架構(gòu)下采 用 200G 光模塊。當(dāng)前英偉達(dá) GPU 方案為 AI 服務(wù)器芯片主流，OpenAI 即用英偉達(dá) H100 訓(xùn)練 ChatGPT。英偉達(dá)于 3 月推出算力更強(qiáng)的 A100 GPU 和 H100 GPU,算力 進(jìn)一步提升行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，預(yù)計(jì)大模型廠商均將英偉達(dá) A100 等為主要服務(wù)器 芯片方案。以 A100 為例，在英偉達(dá) AI 數(shù)據(jù)中心架構(gòu)解決方案 SuperPOD 中，每臺 服務(wù)器配有 8 塊 A100 GPU，每個 SuperPOD 共有 140 個 A100 服務(wù)器 170 個 200G InfiniBand 交換機(jī)，此外每臺 DGX A100 配有 8 個 200Gbps 的高速計(jì)算網(wǎng)和 2 個 200Gbps 的高速存儲網(wǎng)。每臺交換機(jī) 40 個 200G 端口，則 170 個交換機(jī)共有 6800 個端口，考慮端口冗余下 70%-80%的端口利用率，則共 4760-5440 個 200G 光模塊 需求，SuperPOD 共 1120 塊 A100 GPU，則英偉達(dá)解決方案下 GPU 與光模塊數(shù)量之 比為 1：4.25-4.86。

AI 推算類大模型帶來算力需求為光模塊帶來的市場空間增量約為 6%-10%。依據(jù) 集邦咨詢推測，類 ChatGPT 大模型訓(xùn)練及推理運(yùn)營所需算力合計(jì)約為 30000 塊英偉 達(dá) A100 GPU；假設(shè)按照英偉達(dá) SuperPOD 方案，根據(jù)上述測算，GPU 與光模塊數(shù) 量之比為 1：4.25-4.86，取 4.5 計(jì)算。假設(shè)保守/中性/樂觀情境下，類 ChatGPT 大模 型數(shù)量分別有 15/20/25 個，200G 光模塊單價為 200 美元，則最后得出在保守/中性/ 樂觀情景下 AI 服務(wù)器及數(shù)據(jù)中心帶來的光模塊增量市場空間分別為 4.05/5.40/6.75 億美元；根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2021 年全球數(shù)通光模塊市場空間約 59 億美元，2021-2027 年 CAGR 為 19%，按照 2022 年增速 20%測算，則 2022 年全球數(shù)通市場規(guī)模約為 71 億美元。AI 大模型帶來的數(shù)據(jù)中心光模塊增量在保守/中性/樂觀情景下分別為 6.4%/8.5%/10.6%。

2. 需求端：AI 驅(qū)動高速光模塊增量快速增長

2.1. 互聯(lián)網(wǎng)/云廠商數(shù)通需求逐步成為主導(dǎo)，AI 驅(qū)動資本開支有望反彈

AI 推動下互聯(lián)網(wǎng)廠商資本開支有望迎來拐點(diǎn)。光模塊行業(yè)景氣度與下游應(yīng)用客戶 通信運(yùn)營商及互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商的資本支出情況高度相關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)測算，2015 年 以來通信運(yùn)營商資本開支整體增長幅度不大，2021Q3、Q4 因國外運(yùn)營商 5G投資加大有所增長?；ヂ?lián)網(wǎng)廠商則為應(yīng)對數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長帶來的服務(wù)需求不斷加大資本 投入，2015Q1 互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICP）的資本開支占比不足 20%，至 2022Q4 占 比已超過 50%。從季度增速來看，ICP 資本支出增速長期大幅快于 CSP，但二者在 22 年均受疫情及經(jīng)濟(jì)影響逐季度下滑。而 OpenAI 的 ChatGPT 大模型的推出催生各 廠商加大大模型投入，ICP 資本開支增速有望回升。

運(yùn)營商資本開支整體變化幅度不大，全球及我國運(yùn)營商資本開支 2022 年受疫情及 經(jīng)濟(jì)影響有所下行。從歷史趨勢來看，全球頭部通信運(yùn)營商季度資本開支整體穩(wěn)定 在 400-450 億美元水平，因代際移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)存在一定周期性。2022 年下半年資本 開支因 2021 年下半年支出較高而出現(xiàn)較大降幅。主要系 21 年下半年我國運(yùn)營商 5G、算力等相關(guān)資本開支達(dá)到高峰所致，2021 年第三、四季度我國運(yùn)營商資本開支 同比增速分別達(dá)到 27.8%、25.6%，高基數(shù)使得 2022 年三、四季度我國三大運(yùn)營商 資本開支分別同比下滑 17.5%、8.9%。進(jìn)入 2022 年我國運(yùn)營商 5G 建設(shè)及資本開支 節(jié)奏開始放緩，預(yù)計(jì)未來隨著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化投入加大，整體運(yùn)營商資本開支增速保持 平穩(wěn)水平，電信市場光模塊需求保持穩(wěn)健。

大模型帶來競爭態(tài)勢下頭部互聯(lián)網(wǎng)云廠商資本開支增速有望回暖?；ヂ?lián)網(wǎng)廠商因流量需求激增不斷擴(kuò)張資本開支，我們測算全球 top15 互聯(lián)網(wǎng)云廠商單季度資本開支 從 2015 年第一季度的 99 億美元增至2022 年第四季度的 500 億美元，增速遠(yuǎn)超 CSP 資本開支增速。2020 年左右因疫情加大線上辦公及流量需求，ICP 資本開支處于階 段性上行周期，其中 2020 年第四季度資本開支同比增速達(dá) 47.2%。2022 年我國放 開管控后短期內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)不景氣、消費(fèi)萎靡，致使頭部互聯(lián)網(wǎng)廠商因業(yè)績不佳紛紛 裁員削減資本開支。全球 ICP 資本開支增速 2022 年四個季度分別下滑至 30.5%、 16.4%、13.2%和 9.5%，增速逐季度明顯放緩。隨著 OpenAI ChatGPT、微軟 Copilot 等大模型及應(yīng)用提出，AIGC 將成為下一階段科技公司的核心競爭力，預(yù)計(jì)北美及 中國頭部云廠商均將加大相關(guān)資本開支投入，行業(yè)景氣度有望邊際好轉(zhuǎn)。

2.2. AI 驅(qū)動下光模塊市場增速有望迎來反轉(zhuǎn)

2027 年全球光模塊市場空間將達(dá)到 247 億美元，數(shù)通領(lǐng)域增速更快。根據(jù) Yole 數(shù) 據(jù)預(yù)測，2021 年全球光模塊市場空間約 102 億美元，至 2027 年將增至 247 億美元， 年復(fù)合增長率達(dá) 16%。其中數(shù)通市場受到 AIGC、云計(jì)算等驅(qū)動需求增長更快，市 場規(guī)模從 2021 年的 59 億美元增至 2027 年的 168 億美元，2021-2027 年 CAGR 為 19%。數(shù)通市場細(xì)分來看，CPO/OBO 光模塊增速最快，以太網(wǎng)光模塊市場空間最大。預(yù)計(jì)以太網(wǎng)光模塊市場空間從 2021 年的 49 億美元增至 2027 年的 142 億美元， CAGR 為 20%；預(yù)計(jì) AOC/EOM 光模塊市場空間從 2021 年的 10 億美元增至 2027 年的 21 億美元，CAGR 為 15%；預(yù)計(jì) CPO/OBO 光模塊市場空間隨著逐步大規(guī)模應(yīng) 用快速提升，從 2021 年的 1500 萬美元增至 2027 年的 5 億美元，CAGR 高達(dá) 84%。而電信市場規(guī)模從 2021 年的 43 億美元增至 2027 年的 79 億美元，2021-2027 年 CAGR 為 8%。電信市場細(xì)分來看，波分復(fù)用光模塊占比最大且增速最快，是電信市 場光模塊主要增量來源，預(yù)計(jì)波分復(fù)用光模塊市場規(guī)模從 2021 年的 25 億美元增至 2027 年的 58 億美元，CAGR 為 14%，而 PON/無線前傳/無線中后傳光模塊市場空 間預(yù)計(jì)從 2021 年的 10/9/2 億美元變?yōu)?2027 年的 12/7/2 億美元，CAGR 分別為 2%/- 5%/0%。

光模塊行業(yè)市場 19 年起受益 5G 建設(shè)及云廠商 IDC 建設(shè)反轉(zhuǎn)，2023 年需求減弱增 長承壓，2024/2025 年有望恢復(fù)快速增長。2019 年底，DWDM、以太網(wǎng)及無線前傳 光模塊需求開始爆發(fā)，2020 年及 2021 年疫情導(dǎo)致的居家上學(xué)及居家辦公進(jìn)一步加 速了需求增長。根據(jù) Lightcounting 數(shù)據(jù)及我們預(yù)測，2020/2021/2022 年全球光模塊 市場空間增速分別為 17%/10%/14%，增長穩(wěn)健，而 2023 年受全球經(jīng)濟(jì)下行影響北 美云廠商資本開支削減導(dǎo)致光模塊出貨受到較大影響。預(yù)計(jì) 2024/2025 年隨著行業(yè) 庫存消耗出清及 AI 需求帶動新一代高速光模塊放量，光模塊市場景氣度有望回暖， 光模塊行業(yè)有望重回高速增長軌道。DWDM 及以太網(wǎng)光模塊仍將主導(dǎo)市場增長。

從行業(yè)季度發(fā)展維度來看，電信及數(shù)通客戶削減開支使得 22 年 Q4 需求邊際減少， AI 有望打開行業(yè)長期新增量空間。根據(jù) Lightcounting 數(shù)據(jù)，從季度來看，2022 年 第四季度全球光模塊市場空間因電信運(yùn)營商及云廠商削減資本開支而同比環(huán)比均 下滑。其中 FTTx 光模塊出貨超預(yù)期，主要系政府持續(xù)推進(jìn)光網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)。此外在 ChatGPT 等大模型催化下，AI 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資也將迎來高峰。

流量寬帶增長下 100G、400G 光模塊出貨量成為主要出貨增量。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)， 2022 年所有光模塊出貨量約為 8500 萬只，其中 10G、100G 光模塊出貨量最大。需 求端來看，新建數(shù)據(jù)中心的高帶寬低時延要求、直播 UHD 視頻流量快速增長、 AR/VR 及車聯(lián)網(wǎng)等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對于帶寬時延的高標(biāo)準(zhǔn)需求使得對于數(shù)據(jù)中心的高速 連接需求持續(xù)。高速光模塊逐漸實(shí)現(xiàn)對低速光模塊的替代，預(yù)計(jì)未來 100G 光模塊 出貨量仍將保持增長，而 10G 光模塊出貨量開始下滑。此外 400G 光模塊將持續(xù)快 速放量，800G 光模塊 2023 年起將逐步起量。預(yù)計(jì)到 2026 年全球光模塊出貨量將 達(dá) 1.5 億只左右。

2026/2032 年全球數(shù)通光模塊市場規(guī)模將增至 151/281 億美元， CPO 光模塊逐步迎 來放量增長，行業(yè)整體仍以傳統(tǒng)以太網(wǎng)可插拔光模塊為主要產(chǎn)品。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)， 2020 年全球數(shù)通市場光模塊市場空間為 53 億美元，到 2026/2032 年分別增長至 151/281 億美元，CAGR 分別為 19%/15%。其中以太網(wǎng)光模塊仍將是數(shù)據(jù)中心主要 需求增長來源，將從 2020 年的 44 億美元增至2026/2032 年的 126/223 億美元，20- 26CAGR 和 26-32CAGR 分別為 19%和 11%。采用共封裝光學(xué)的光模塊將隨著技術(shù) 成熟度提升及成本降低逐步大規(guī)模應(yīng)用。2020 年 CPO 光模塊市場空間約 600 萬美 元，至 2026/2032 年將增至 3/22 億美元，20-26CAGR 和 26-32CAGR 分別達(dá) 104% 和 19%。

從產(chǎn)品速率技術(shù)維度來看，中期 1.6T、長期 3.2T 光模塊將成為數(shù)通領(lǐng)域 CPO 市場 主要增量，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域光學(xué) I/O 率先放量。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)預(yù)測，2025 年之之前 CPO 市場主要為 1.6T 光引擎率先應(yīng)用，2025 年之后隨著速率迭代 3.2T 光引擎快速 提升份額，1.6T 份額逐步下降，2030 年 6.4T 開始放量，整體市場空間快速增長。整體 CPO 市場空間預(yù)計(jì)從 2022 年的 3800 萬美元增至 2028 年的 1.37 億美元，至 2033 年將達(dá) 26 億美元；2022-2028 年 CAGR 為 24%，2028-2033 年 CAGR 為 80%。細(xì)分技術(shù)路徑來看，用于 AI/ML 的 HPC 的光學(xué)互聯(lián)接口方案將快速放量，預(yù)計(jì)市 場空間將從 2022 年的 500 萬美元增至 2028/2033 年的 1.16/23 億美元，2022-2028 年 CAGR 和 2028-2033 年 CAGR 分別為 68%/81%。而網(wǎng)絡(luò)連接端 CPO 目前技術(shù)尚未 成熟，成本高昂，產(chǎn)業(yè)鏈仍需建設(shè)完善，仍有一定不確定性，放量節(jié)奏比處理端要 慢一些。2027 年起 EOI 和 NPO 技術(shù)將被更成熟的 CPO 技術(shù)取代。預(yù)計(jì)用于網(wǎng)絡(luò)連 接的 CPO 光模塊產(chǎn)品將從 2022 年的 600 萬美元增至 2028/2033 年的 0.21/2.87 億美 元，2022-2028 年 CAGR 和 2028-2033 年 CAGR 分別為 41%/69%，保持高速增長。

光模塊技術(shù)迭代迅速，價格年降趨勢顯著。光模塊迭代速率較快，新產(chǎn)品推出后會 使得老產(chǎn)品價格迅速下降。新一代產(chǎn)品推出后隨著出貨量增加產(chǎn)品良率不斷提升及 成本攤薄使得降價空間較大，同時新產(chǎn)品導(dǎo)入初期競爭激烈，因此光模塊新品問世 初期 2-3 年價格往往降幅較大，后續(xù)降幅有所收窄。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2022 年 100G/400G/800G 光模塊平均價格分別約為 140/600/900 美元左右。隨著工藝成熟及 技術(shù)進(jìn)步，到 2026 年，100G 光模塊單價將降至 60 美元左右，而 400G/800G 光模 塊將降至 2-300 美元區(qū)間。

光模塊成本中 TOSA 及 ROSA 是核心原材料部件，400G 光模塊電路板成本占比顯 著提升。光模塊主要由 TOSA、ROSA、電路板等組成，其售價包含 TOSA、ROSA、 電路板、組裝成本、制造成本及毛利等。根據(jù) Yole 拆解報告，100G 光模塊技術(shù)更 為成熟，且相對速率低，組裝、制造成本及電路板成本較低，因而毛利較高；而 400G 光模塊受良率限制報廢成本較高，此外電路板成本占比顯著提升，制造成本略微增 加，整體毛利率略低。

2.3. 中國龍頭廠商市場份額排名行業(yè)前列，具備世界競爭力

中國光模塊廠商憑借本土化用工成本優(yōu)勢快速成長，市場競爭力和份額穩(wěn)步提升， 具備世界一流競爭實(shí)力。光模塊市場因下游客戶較分散且產(chǎn)品種類繁多，競爭較為 激烈。光模塊廠商參與者眾多，競爭格局較為分散。國內(nèi)廠商經(jīng)過工藝?yán)鄯e趕超國 外廠商后憑借人工成本優(yōu)勢逐步提升市場份額，尤其中際旭創(chuàng)數(shù)通領(lǐng)域市占率已達(dá) 世界一流水平。據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，國內(nèi)頭部廠商市場份額及排名穩(wěn)步提升。2018 年，中 際旭創(chuàng)、光迅科技、海信寬帶光模塊市場份額排在 3、5、6 位；2019 年光迅科技、 中際旭創(chuàng)、海信寬帶分列 4、5、6 名；2020 年中際旭創(chuàng)、海信寬帶、光迅科技市場 份額提升，分列 3、4、5 名。2021 年收購了 Finisar 的 II-VI 市場份額 12%排名第一；中際旭創(chuàng)份額 11%排名第二，與龍頭差距進(jìn)一步縮小；海信寬帶和光迅科技市場份 額均為約 8%，列三、四名，思科 7%市場份額排名第五。

根據(jù) Lightcounting 公布數(shù)據(jù)，2021 年中際旭創(chuàng)光模塊出貨量與 II-VI 并列第一。依據(jù)另一大光通信領(lǐng)域權(quán)威第三方研究公司 Lightcounting 數(shù)據(jù)，2021 年中際旭創(chuàng) 光模塊市場份額已追平 II-VI，并列第一。華為、海信寬帶、新易盛、光迅科技分列 2、4、6、7 位；前十大廠商中中國廠商數(shù)量由 2010 年的 1 家（WTD 武漢電信器件 有限公司）增至 2021 年的 5 家，已經(jīng)占據(jù)半壁江山，光通信領(lǐng)域中國企業(yè)競爭優(yōu)勢 不斷體現(xiàn)，市場份額持續(xù)提升。

國內(nèi)光模塊公司世界領(lǐng)先，率先受益 AIGC 需求，業(yè)績有望較快反轉(zhuǎn)。從數(shù)通市場 光通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游來看，僅光模塊領(lǐng)域中國企業(yè)具備較高市場份額和國際競爭力。在以 InP 襯底平臺的光通信產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底、外延、組件制造由國外 AXT、II-VI、 Lumentum、博通等公司主導(dǎo)。中國企業(yè)在光模塊行業(yè)具備顯著優(yōu)勢。其中中際旭創(chuàng)、 華工正源專注于模塊生產(chǎn)，而新易盛、光迅科技同時從事組件生產(chǎn)。隨著 AIGC 催 化下大模型訓(xùn)練競賽開展，我國光模塊、光器件、光芯片等光通信公司將深度受益 AI 帶來的增量需求。其中光模塊公司世界競爭優(yōu)勢明顯，直接供貨北美云廠商，業(yè) 績率先受益；光芯片公司則有望突破高端光芯片，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。

3.重點(diǎn)公司分析

3.1. 中際旭創(chuàng)：數(shù)通光模塊龍頭，率先受益北美云廠商 AI 增量需求

數(shù)通市場光模塊龍頭，深度受益 AI 增量需求。據(jù) Lightcounting 數(shù)據(jù)，公司 2021 年 全球光模塊市場份額與 II-VI 并列第一。此外 Omdia 報告也顯示，公司 2021 年市場 份額 10%高居第二，且份額提升最多，市占率提升超 1%，主要系 200G、400G 光模 塊產(chǎn)品向云廠商數(shù)據(jù)中心供貨量增加。在 AI 大模型浪潮下，公司作為數(shù)通市場光 模塊龍頭企業(yè)，有望率先供貨享受 AI 帶來的市場增量，同時公司于泰國設(shè)立工廠， 針對性保障海外客戶交付需求，有望維持業(yè)績快速增長，持續(xù)提升市場份額。

800G 光模塊實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)出貨，供貨節(jié)奏走在市場前列。公司具備 800G OSFP 和 800G QSFP-DD 兩種產(chǎn)品，且均包括 4×200 和 8×100 架構(gòu)以及硅光短距離傳輸方案，產(chǎn) 品布局較早成熟度高。根據(jù)公司投資者互動平臺最新披露，公司 800G 硅光模塊已 經(jīng)量產(chǎn)出貨并持續(xù)上量中。進(jìn)一步印證公司龍頭地位，800G 光模塊訂單落地出貨有 望為公司帶來新一輪高速增長動能。

3.2. 新易盛：并購?fù)庋硬季止韫猓咚俟饽K領(lǐng)域快速成長

800G 光模塊小批量出貨，高速光模塊領(lǐng)域發(fā)力市場份額快速提升。公司成功推出OSFP-DD 800G 光模塊和 OSFP 800G 光模塊等 800G 產(chǎn)品，且已實(shí)現(xiàn)向客戶的小批 量出貨，向高速光模塊領(lǐng)域的升級轉(zhuǎn)型進(jìn)度不斷拓展，高速率光模塊收入占比持續(xù) 提升，將充分受益 AI 數(shù)據(jù)中心帶來的增量需求。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，公司 2020 年市場 份額排名第 11；而 2021 年根據(jù) light counting 數(shù)據(jù)，2021 年公司市場份額排名第 7， 市場份額快速提升，成效顯著。

收購 Alpine 深化全球布局，擴(kuò)充產(chǎn)品矩陣提高核心競爭力。2022 年公司完成對海 外參股公司 Alpine 收購，進(jìn)一步提升公司在硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片 技術(shù)領(lǐng)域競爭力。此外公司還推出了基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器技術(shù)的 800G 光模塊產(chǎn) 品、低功耗 400G QSFP-DD DR4 光模塊以及 400G ZR/ZR+相干光模塊等多個產(chǎn)品， 產(chǎn)品矩陣完善，覆蓋光通信下游各行業(yè)領(lǐng)域，有望在高速率光器件行業(yè)持續(xù)提升品 牌優(yōu)勢和影響力，進(jìn)一步提升市場份額。

3.3. 源杰科技：國產(chǎn)光芯片領(lǐng)軍企業(yè)

深度耕耘激光器芯片領(lǐng)域，IDM 模式全流程自主可控。公司主營產(chǎn)品為 2.5G、10G、 25G 及更高速率激光器芯片，主要應(yīng)用于光纖接入、移動通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心等場 景。經(jīng)多年耕耘公司已成功建立成熟的 IDM 全流程業(yè)務(wù)體系，更適用于注重工藝成 熟、穩(wěn)定及可靠性的激光器芯片領(lǐng)域，同時芯片設(shè)計(jì)與晶圓制造過程聯(lián)系更加緊密， 反饋測試周期短，有助于進(jìn)一步優(yōu)化改良，助力公司產(chǎn)品不斷推陳出新。公司已形 成了“兩大平臺”和“八大技術(shù)”的先進(jìn)生產(chǎn)制造工藝，可實(shí)現(xiàn)激光器芯片高速調(diào) 制、高可靠性、高信噪比等性能優(yōu)化及良率提升、封裝簡化等成本降低，產(chǎn)品性價 比及競爭力不斷提升。

產(chǎn)品性能優(yōu)質(zhì)行業(yè)認(rèn)可度高，客戶資源豐富市占率國內(nèi)領(lǐng)先。在 2.5G 及 10G 激光 器芯片國產(chǎn)化程度較高領(lǐng)域，公司提供全波段、多品類產(chǎn)品及低成本集成方案差異 化競爭；在 25G 及更高速率領(lǐng)域，公司率先實(shí)現(xiàn)大批量供貨。根據(jù) C&C 數(shù)據(jù)，2020 年公司對外磷化銦半導(dǎo)體激光器芯片對外銷售國內(nèi)第一，其中 10G、25G 出貨量國 內(nèi)均列第一名。根據(jù) ICC 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，公司 2021 年全球 10G DFB 激光器芯片出貨份 額占比 20%，排名首位。公司各類產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)向國際前十大及國內(nèi)主流光模塊廠商 海信寬帶、中際旭創(chuàng)、博創(chuàng)科技的批量供貨，競爭地位行業(yè)領(lǐng)先。此外公司 100G PAM4 EML 芯片研發(fā)進(jìn)度順利，有望實(shí)現(xiàn)高端光芯片領(lǐng)域國產(chǎn)化進(jìn)一步突破。

AIGC 行業(yè)高景氣度持續(xù)催化，拓展布局激光雷達(dá)等新應(yīng)用場景。高速光芯片作為 光電信號轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)元件，直接影響光通信系統(tǒng)傳輸效率，是現(xiàn)代高速通訊網(wǎng)絡(luò)的 核心之一。隨著 OpenAI GPT-4、微軟 Copilot、百度文心一言等革命性 AI 產(chǎn)品相繼 問世，算力和數(shù)據(jù)需求將大幅增長，云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等算力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有 望提速，公司作為行業(yè)上游稀缺的國內(nèi)光芯片龍頭有望深度受益。此外公司積極拓 展 1550 車載激光雷達(dá)芯片、甲烷傳感器激光芯片等新興領(lǐng)域，業(yè)務(wù)邊界不斷拓展。

3.4. 光迅科技：光器件模塊整體解決方案領(lǐng)先供應(yīng)商

行業(yè)領(lǐng)先的光電器件一站式服務(wù)提供商。公司產(chǎn)品涵蓋全系列光模塊、無源光器件 /模塊、光波導(dǎo)集成器件、光纖放大器等多光電子領(lǐng)域產(chǎn)品，同時具備有源和無源芯 片、光集成器件進(jìn)行系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性研究開發(fā)能力，在電信、數(shù)通領(lǐng)域構(gòu)筑綜合解 決方案能力壁壘，供貨全球 TOP10 通信運(yùn)營商及互聯(lián)網(wǎng)廠商。公司 800G 光模塊產(chǎn) 品已經(jīng)送樣，根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)公司 2021 年光模塊市場份額 8%，排名第四。

產(chǎn)品品類豐富具備芯片到系統(tǒng)的垂直集成能力，關(guān)注公司在激光雷達(dá)領(lǐng)域的研發(fā)探 索。公司產(chǎn)品按應(yīng)用領(lǐng)域可分為傳輸類、接入類、數(shù)據(jù)通信類，涵蓋光電子器件、 模塊和子系統(tǒng)產(chǎn)品，產(chǎn)品矩陣豐富。公司具備從底層芯片到子系統(tǒng)的垂直集成能力 及光芯片、耦合封裝、硬件、軟件、測試、結(jié)構(gòu)和可靠性七大技術(shù)平臺。此外公司 積極探索激光雷達(dá)光源市場。預(yù)計(jì)公司有望憑借激光器光源及系統(tǒng)整合的能力優(yōu)勢 在激光雷達(dá)光源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，拓展新市場打造新增長點(diǎn)。

3.5. 天孚通信：高速光引擎開始交付，CPO 產(chǎn)業(yè)鏈核心供應(yīng)商

高速光引擎項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)交付，CPO 產(chǎn)業(yè)鏈核心供應(yīng)商。公司面向 5G 及數(shù)據(jù)中心的高 速光引擎建設(shè)項(xiàng)目 2022 年開始批量生產(chǎn)并為客戶批量交付；400G/800G 光模塊配 套光器件已實(shí)現(xiàn)對供給數(shù)據(jù)中心客戶的批量出貨。高速光引擎作為共封裝光學(xué) CPO 路徑采用的核心技術(shù)之一，，在 AI 算力爆發(fā)下是能夠幫助解決光模塊功耗指數(shù)級增 加的痛點(diǎn)，隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善及技術(shù)成熟度提升，長期來看 CPO 方案有望成 為光模塊主流技術(shù)路徑，公司作為光引擎重要供應(yīng)山盡享 CPO 滲透率提升紅利。

激光雷達(dá)、醫(yī)療檢測等新領(lǐng)域不斷拓展，光器件送樣旨在打開新成長空間。天孚通 信依托成熟的光器件研發(fā)平臺和在材料、元器件、設(shè)計(jì)、繼承封裝等領(lǐng)域的豐富經(jīng) 驗(yàn)向激光雷達(dá)、醫(yī)療檢測等新興領(lǐng)域拓展。公司激光雷達(dá)用光器件產(chǎn)品小批量認(rèn)證 順利，持續(xù)優(yōu)化工藝做好量產(chǎn)供貨準(zhǔn)備。此外公司也為醫(yī)療檢測客戶提供配套新產(chǎn) 品。隨著新產(chǎn)品順利導(dǎo)入客戶供應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)放量，公司有望開辟第二增長引擎。

光模塊的工作原理

光模塊（Optical Modules）作為光纖通信中的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)光信號傳輸過程中光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能的光電子器件。

光模塊工作在OSI模型的物理層，是光纖通信系統(tǒng)中的核心器件之一。它主要由光電子器件（光發(fā)射器、光接收器）、功能電路和光接口等部分組成，主要作用就是實(shí)現(xiàn)光纖通信中的光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能。光模塊的工作原理如圖 光模塊工作原理圖所示。

發(fā)送接口輸入一定碼率的電信號，經(jīng)過內(nèi)部的驅(qū)動芯片處理后由驅(qū)動半導(dǎo)體激光器（LD）或者發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號，通過光纖傳輸后，接收接口再把光信號由光探測二極管轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過前置放大器后輸出相應(yīng)碼率的電信號。

光模塊工作原理圖

光模塊的外觀結(jié)構(gòu)

光模塊的種類多種多樣，外觀結(jié)構(gòu)也不盡相同，但是其基本組成結(jié)構(gòu)都包含以下幾部分，如圖 光模塊的外觀結(jié)構(gòu)（以SFP封裝舉例說明）所示。

光模塊的外觀結(jié)構(gòu)（以SFP封裝舉例說明）

表1-1 光模塊各個結(jié)構(gòu)的說明

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結(jié)構(gòu)	說明
1．防塵帽	保護(hù)光纖接頭、光纖適配器、光模塊的光接口以及其他設(shè)備的端口不受外部環(huán)境污染和外力損壞。
2．裙片	用于保證光模塊和設(shè)備光接口之間良好的搭接，只在SFP封裝的光模塊上存在。
3．標(biāo)簽	用于標(biāo)識光模塊的關(guān)鍵參數(shù)及廠家信息等。
4．接頭	用于光模塊和單板之間的連接，傳輸信號，給光模塊供電等。
5．殼體	保護(hù)內(nèi)部元器件，主要有1*9外殼和SFP外殼兩種。
6．接收接口（Rx）	光纖接收接口。
7．發(fā)送接口（Tx）	光纖發(fā)送接口。
8．拉手扣	用于拔插光模塊，且為了辨認(rèn)方便，不同波段所對應(yīng)的拉手扣的顏色也是不一樣的。

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光模塊有哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)

如何衡量光模塊的性能指標(biāo)呢？我們可以從以下幾個方面來讀懂光模塊的性能指標(biāo)。

光模塊發(fā)送端

平均發(fā)射光功率

平均發(fā)射光功率是指光模塊在正常工作條件下發(fā)射端光源輸出的光功率，可以理解為光的強(qiáng)度。發(fā)射光功率和所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號中“1”占的比例相關(guān)，“1”越多，光功率也越大。當(dāng)發(fā)送機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)序列信號時，“1”和“0”大致各占一半，這時測試得到的功率就是平均發(fā)射光功率，單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm為對數(shù)單位。在通信中，我們通常使用dBm來表示光功率。

消光比

消光比是指全調(diào)制條件下激光器在發(fā)射全“1”碼時的平均光功率與全“0”碼時發(fā)射的平均光功率比值的最小值，單位為dB。如圖1-3所示，我們在將電信號轉(zhuǎn)換為光信號時，是由光模塊發(fā)射部分的激光器按照輸入的電信號的碼率來轉(zhuǎn)換成光信號的。全“1”碼時的平均光功率即表示激光器發(fā)光的平均功率，全“0”碼時的平均光功率即表示激光器不發(fā)光的平均功率，消光比即表征0、1信號的區(qū)別能力，因此消光比可以看做一種激光器運(yùn)行效率的衡量。消光比典型的最小值范圍為8.2dB到10dB。

激光器工作示意圖

光信號的中心波長

在發(fā)射光譜中，連接50℅最大幅度值線段的中點(diǎn)所對應(yīng)的波長。不同種類的激光器或同一種類的兩個激光器，由于工藝、生產(chǎn)等原因都會有中心波長的差異，即使同一激光器在不同條件下也可能會有不同的中心波長。一般，光器件和光模塊的制造商，提供給用戶一個參數(shù)，即中心波長（如850nm），這個參數(shù)一般會是一個范圍。目前常用的光模塊的中心波長主要有三種：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。

為什么定義在這三個波段呢？這與光信號的傳輸介質(zhì)光纖損耗有關(guān)。通過不斷研究實(shí)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)光纖損耗通常隨波長加長而減小，850nm損耗較少，900 ~ 1300nm損耗又變高了；而1310nm又變低， 1550nm損耗最低，1650nm以上的損耗趨向加大。所以850nm就是所謂的短波長窗口，1310nm 和1550nm就是長波長窗口。

光模塊接收端

過載光功率

又稱飽和光功率，是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最大輸入平均光功率。單位是dBm。

需要注意的是，光探測器在強(qiáng)光照射下會出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測器需要一定的時間恢復(fù)，此時接收靈敏度下降，接收到的信號有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象。簡單的說，輸入光功率超過的了這個過載光功率，可能就會對設(shè)備造成損害，在使用操作中應(yīng)盡量避免強(qiáng)光照射，防止超出過載光功率。

接收靈敏度

接收靈敏度是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的最小平均輸入光功率。如果發(fā)射光功率指的發(fā)送端的光強(qiáng)度，那么接收靈敏度指的就是光模塊可以探測到的光強(qiáng)度。單位是dBm。

一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對于光模塊接收端器件的要求也越高。

接收光功率

接收光功率是指光模塊在一定的誤碼率（BER=10-12）條件下，接收端組件所能接收的平均光功率范圍。單位是dBm。接收光功率的上限值為過載光功率，下限值為接收靈敏度的最大值。

綜合來講，就是當(dāng)接收光功率小于接收靈敏度，可能無法正常接收信號，因?yàn)楣夤β侍趿?。?dāng)接收光功率大于過載光功率時，可能也無法正常接收信號，因?yàn)榇嬖谡`碼現(xiàn)象。

綜合性能指標(biāo)

接口速率

光器件所能承載的無誤碼傳輸?shù)淖畲箅娦盘査俾剩蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有：125Mbit/s、1.25Gbit/s、10.3125Gbit/s、41.25Gbit/s。

傳輸距離

光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。損耗是光在光纖中傳輸時，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時速度不等，從而造成光信號的不同波長成分由于傳輸距離的累積而在不同的時間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無法分辨信號值。

在光模塊色散受限方面，其受限距離遠(yuǎn)大于損耗的受限距離，可以不做考慮。損耗限制可以根據(jù)公式：損耗受限距離=（發(fā)射光功率-接受靈敏度）/光纖衰減量 來估算。光纖的衰減量和實(shí)際選用的光纖強(qiáng)相關(guān)。

有哪些常見的光模塊種類

按速率分類

為了滿足各種傳輸速率的需求，產(chǎn)生了不同速率的光模塊：400GE光模塊、100GE光模塊、40GE光模塊、25GE光模塊、10GE光模塊、GE光模塊、FE光模塊等。

按封裝類型分類

傳輸速率越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，由此產(chǎn)生了不同的封裝方式。華為交換機(jī)適用的封裝類型有：QSFP-DD、QSFP28、QSFP+、SFP28、SFP/eSFP、SFP+、CXP、CFP等。

按模式分類

光纖分為單模光纖、多模光纖。為了使用不同類別的光纖，產(chǎn)生了單模光模塊、多模光模塊。

單模光模塊的中心波長一般是1310nm、1550nm，與單模光纖配套使用。單模光纖傳輸頻帶寬，傳輸容量大，適用于長距傳輸。

多模光模塊的中心波長一般是850nm，與多模光纖配套使用。多模光纖有模式色散缺陷，其傳輸性能比單模光纖差，但成本低，適用于較小容量、短距傳輸。

注意：使用長距光模塊，其發(fā)送光功率一般大于過載光功率，因此需要關(guān)注光纖長度，保證實(shí)際接收光功率小于過載光功率。如果光纖長度較短，使用長距光模塊時需要配合光纖光衰（光纖每單位長度上的衰減值，單位為dB/km）使用，以避免燒壞對端光模塊。

按中心波長分類

光模塊的工作波長是一個范圍，為了方便描述使用中心波長這個參數(shù)，單位是納米（nm）。

為了支持光信號傳輸使用不同的光波段，產(chǎn)生了不同中心波長的光模塊，比如：850nm、1310nm、1550nm的光模塊等。?

按顏色分類

彩色光模塊與其它類型的光模塊的最大的區(qū)別是中心波長不同：

一般光模塊的中心波長有850nm、1310nm和1550nm三類，中心波長比較單一，我們稱該類光為“黑白光”或者“灰光”。

彩色光模塊承載了若干不同中心波長的光，所以交集起來是五顏六色的，我們稱該類光為“彩光”。

彩色光模塊分為粗集波光模塊（CWDM）和密集波光模塊（DWDM）兩種。在同一波段下，密集波光模塊的種類更多，所以密集波光模塊對波段的資源利用更充分。中心波長各異的光在同一根光纖中可以互不干涉的傳輸，因此，通過無源合波器將來自多路彩色光模塊不同中心波長的光合成一路進(jìn)行傳輸，遠(yuǎn)端則通過分波器根據(jù)不同的中心波長將光分出多路，有效的節(jié)省了光纖線路。彩色光模塊主要應(yīng)用于長距離的傳輸線路。

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分類	SFP-GE-LH40-SM1310	SFP-10G-ER-1310	QSFP-40G-LR4	QSFP-100G-CWDM4	QSFP-DD-400G-SR8
速率	GE	10GE	40GE	100GE	400GE
封裝類型	eSFP	SFP+	QSFP+	QSFP28	QSFP-DD
模式	單模	單模	單模	單模	多模
中心波長（nm）	1310	1310	1271、1291、1311、1331	1271、1291、1311、1331	850
顏色	黑白光	黑白光	黑白光	彩色	黑白光

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如何看懂光模塊的命名

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標(biāo)號	含義
A	表示光模塊的封裝類型，主要有： SFP/eSFP SFP+ SFP28 QSFP+ CXP CFP QSFP28 QSFP-DD
B	表示光模塊的速率，主要有： FE GE 10GE 25GE 40GE 100GE 400GE
C	表示光模塊的傳輸距離類型，其中： SX：短距 LX：中距 LH：長距
D	表示光模塊的傳輸距離，單位為km。
E	表示光模塊的器件類別，其中： SM：單模 MM：多模
F	表示光模塊的中心波長，單位為nm。

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光模塊失效的主要原因及防護(hù)措施

光模塊在應(yīng)用中必須有規(guī)范化的操作方法，任何不規(guī)范的動作都可能造成隱性的損傷或者永久的失效。歡迎關(guān)注公眾號：網(wǎng)絡(luò)工程師阿龍?

光模塊失效的主要原因

光模塊失效的主要原因是ESD損傷導(dǎo)致的光模塊性能變差，以及光口污染和損傷引起的光鏈路不通。光口污染和損傷的原因主要有：

光模塊的光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進(jìn)入而污染。

使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，光模塊的光口被二次污染。

帶尾纖的光接頭端面使用不當(dāng)，比如：端面劃傷等。

使用了劣質(zhì)的光纖連接器。

如何有效的防護(hù)光模塊失效，主要分為ESD防護(hù)和物理防護(hù)兩種。

ESD防護(hù)

ESD損傷是造成光器件性能變差、甚至器件光電功能喪失的一個主要問題。另外ESD損傷的光器件不易測試篩選，若失效很難快速地定位出來。

測試設(shè)備或者應(yīng)用設(shè)備必須有良好的接地線。

說明：嚴(yán)禁為方便安裝，光模塊從防靜電包裝被取出隨意堆放，不做任何防護(hù)，猶如廢品回收站。

物理保護(hù)

光模塊內(nèi)部激光器以及溫度控制電路（TEC）較為脆弱，收到撞擊后容易斷裂或脫落，因此在運(yùn)輸和使用過程中都應(yīng)注意物理防護(hù)。

光口沾污物用清潔棉棒輕擦即可，非專用清潔棒可能對光口造成損傷，清潔棉棒使用時用力過大可能導(dǎo)致棉棒中金屬劃傷陶瓷端面。

光模塊的插入和拔出設(shè)計(jì)都以人手工操作模擬，推力與拉力設(shè)計(jì)也是模擬人工操作，安裝與拆卸過程中不得使用器具類進(jìn)行。

操作說明

光模塊應(yīng)用時注意輕拿輕放，防止跌落；

光模塊插入時用手推入，不能使用其他金屬工具進(jìn)行；拔出時，先將拉環(huán)打開到解鎖位置再拉拉環(huán)，不能使用其他金屬工具進(jìn)行。?

光口清潔時要使用專用清潔棉棒，不能使用其他金屬物質(zhì)插入光口中。

AI算力——光模塊CPO

CPO，英文全稱Co-packaged optics，共封裝光學(xué)。

CPO是將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。通過這種封裝方式，不僅能夠解決超高算力后光模塊數(shù)量過載等問題，并且交換芯片和光模塊間的距離能夠顯著縮短，使得高速電信號能夠高質(zhì)量的在兩者之間傳輸。伴隨著液冷板降溫等方案降低功耗，CPO技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高算力場景下的低能耗、高能效。

傳統(tǒng)連接方式是Pluggable（可插拔），光引擎是可插拔的光模塊，通過SerDes通道，送到網(wǎng)絡(luò)交換芯片（AISC）。NPO是將光引擎和交換芯片裝配在同一塊PCB基板上。CPO是將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。由此可看出，CPO是終極形態(tài)，NPO是過渡階段。

三個階段：Pluggable—>NPO—>CPO

CPO技術(shù)的背后，其實(shí)就是現(xiàn)在非常熱門的硅光技術(shù)。硅光是以光子和電子為信息載體的硅基光電子大規(guī)模集成技術(shù)。簡單來說，就是把多種光器件集成在一個硅基襯底上，變成集成“光”路，是一種微型光學(xué)系統(tǒng)。

硅光光模塊市場規(guī)模超預(yù)期的首要原因是英特爾2018年開始積極推廣基于硅光的100G CWDM4光模塊，通過低價格獲得了可觀的市場份額。同時Cisco和華為等設(shè)備廠商也開始大量采用自產(chǎn)的硅光相干光模塊。

首選應(yīng)用于可插拔光模塊，硅光市場規(guī)模有望持續(xù)增長

客戶用近十年的時間才熟悉硅光技術(shù)，并認(rèn)識到磷化銦和砷化鎵光學(xué)器件在速度、可靠性和與CMOS電子器件集成方面的局限性。易于與CMOS電子器件集成是硅光技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢，這對于CPO器件來說顯而易見，對于帶有PAM4或相干DSP芯片的可插拔光模塊也是同樣重要。Acacia和Cisco均發(fā)布了集成CMOS DSP和硅光PIC技術(shù)的可插拔光模塊。

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器有望在800ZR市場進(jìn)入收獲期

2017-2021年，基于鈮酸鋰的傳統(tǒng)光模塊的銷售額急劇下降，但基于新型薄膜鈮酸鋰調(diào)制器的產(chǎn)品有可能在未來5年內(nèi)獲得市場認(rèn)可，從而在2024-2027年維持基于該技術(shù)的光模塊的銷售額。新型薄膜鈮酸鋰技術(shù)提供更低的光損耗和更高的最大調(diào)制頻率，有望提供超過300Gbaud的最大數(shù)據(jù)速率。薄膜鈮酸鋰進(jìn)入400ZR/ZR+市場為時已晚，但有望在800ZR市場進(jìn)入收獲期。

未來 CPO 集成化之后，目的是將光調(diào)制器，和電處理器集成在一起，達(dá)到減少功耗同時加快信號傳輸?shù)哪康?。做成硅光芯片。主要有兩種光材料路線，V 族鎵和薄膜鈮酸鋰。

硅光芯片中的硅，及氮化硅晶圓，光，則是指的 V 族鎵晶圓或者薄膜鈮酸鋰晶圓。將 V 族材料或者薄膜鈮酸鋰晶圓蝕刻到氮化硅晶圓表面，達(dá)到集成的目的。

那么為何之前不是鈮酸鋰不是唯一，未來是鈮酸鋰。

首先從材料入手（右一是鈮酸鋰材料，左二是 V 族砷化鎵）

其中在波導(dǎo)錐度，信號丟失率，傳播損耗率，高能量信號承受能力，轉(zhuǎn)換頻率等指標(biāo)對比中，鈮酸鋰都顯示出了無法替代的特性。目前的磷化銦雖然能夠用于長距離相干網(wǎng)絡(luò)中，但是其所支持的運(yùn)算能力不足，而純硅芯片，由于硅本身分子特性，導(dǎo)致其長距離中信號衰減大，無法支持超過百米的光信號傳輸。

雖說鈮酸鋰很好，但是由于其技術(shù)難度非常大，導(dǎo)致目前全球只有三家可以提供鈮酸鋰調(diào)制器的生產(chǎn)廠家，分別是光庫科技，日本富士通，日本住友。光庫是通過收購美國公司得到的技術(shù)（為何美國要賣掉米蘭 lumentum，主要由于美國制裁華為，lumentum 光模塊業(yè)務(wù)萎縮）。

在 2022 年之前，薄膜鈮酸鋰技術(shù)屬于世界性難題。目前中國有兩家企業(yè)已經(jīng)攻克了這個世界難題，實(shí)現(xiàn)了薄膜鈮酸鋰晶圓的產(chǎn)業(yè)化。其中一家就是濟(jì)南晶正電子科技有限公司。目前華為作為戰(zhàn)投入股十大股東。

而光庫科技是中國唯一一家將薄膜鈮酸鋰硅光芯片產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。

CPO市場規(guī)模將在未來五年穩(wěn)定增長

從可插拔光模塊到CPO器件的轉(zhuǎn)換是一個巨大的挑戰(zhàn)，會顛覆現(xiàn)有的IDC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)維規(guī)則。Meta和Microsoft主張圍繞CPO創(chuàng)建一個新的生態(tài)系統(tǒng)，這會推遲CPO技術(shù)的推廣。LightCounting認(rèn)為未來5年出貨的大部分CPO端口將部署在HPC和AI集群中，而不是大型數(shù)據(jù)中心的計(jì)算節(jié)點(diǎn)中?？刹灏喂饽K將在未來5年內(nèi)繼續(xù)主導(dǎo)市場，但是CPO器件使用率會穩(wěn)定增長，到2027年CPO端口將占800G和1.6T端口總數(shù)的近30%。

根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022 年）》指出，目前國內(nèi)核心的光通信芯片及器件仍然嚴(yán)重依賴進(jìn)口，高端光通信芯片與器件的國產(chǎn)化率不超過 10%，要求力爭在 2020 年實(shí)現(xiàn)鈮酸鋰調(diào)制器芯片及器件市場占有率超過 5%-10%，并不斷替代進(jìn)口，擴(kuò)大市場占有率，并于 2022 年實(shí)現(xiàn)市場占有率超過 30%。

編輯：黃飛

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