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1、 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 Table_MainInfo 行业研究/信息设备/通信设备 证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 2024 年 06 月 11 日 Table_InvestInfo 投资评级 优于大市优于大市 维持维持 市场表现市场表现 Table_QuoteInfo 2995.453527.354059.264591.165123.075654.972023/62023/92023/122024/3通信设备海通综指 资料来源：海通证券研究所 相关研究相关研究 Table_ReportInfo 海通通信一周谈：谷歌拟在马来西亚投资 20 亿美元以建设 AI 等领域;

2、预计 23 年全球硅光芯片市场超 30 亿美元2024.06.06 海通通信一周谈：新华三收购方案落地；美国电信巨头 AT&T 进军卫星通信2024.05.28 海通通信一周谈：OpenAI 发布GPT-4o；24Q1 全球云服务支出同比增长21%2024.05.21 Table_AuthorInfo 分析师:余伟民 Tel:(010)50949926 Email: 证书:S0850517090006 联系人:徐卓 Tel:(021)23187270 Email: 光电材料之硅光（一）：光电材料之硅光（一）：AI 爆发迎产业“奇爆发迎产业“奇点”，硅光大规模应用在即点”，硅光大规模应用在即 T

3、able_Summary 投资要点：投资要点：硅光的核心思想是硅光的核心思想是融合融合 CMOS 和光子技术的优势。和光子技术的优势。硅光融合了 CMOS 技术的超大规模逻辑、超高精度制造的特性以及光子技术超高速率、超低功耗的优势，把原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到一个独立微芯片中。与传统光电子相比，硅光具备集成度高、成本低、功耗低等显著优势。自 1969 年贝尔实验室提出硅光子技术至今，硅光技术从概念逐步走向成熟。根据 Yole 官网，2022年全球硅光芯片市场空间为 6800 万美元，预计到 2028 年将增长到 6 亿美元以上，22-28 年 CAGR 达 44%，广泛应用于通信、

4、计算、传感等市场。相干打开硅光的早期应用，相干相干打开硅光的早期应用，相干下沉和全光网络为增长点。下沉和全光网络为增长点。基于硅光技术的相干模块，低成本、低功耗优势凸显。2014 年 3 月，Acacia 发布首款具有相干光模块功能的单芯片硅光子集成电路，相干打开硅光的早期应用。我们认为，随骨干网和城域网的升级扩容，全球 AI 和云计算数据中心高速建设，国内“东数西算”工程持续推进，相干技术有望持续扩大市场。此外，硅光可应用于全光网络 ROADM 系统中的 WSS 器件，具有成长潜力。AI 成为“杀手级”应用，有望快速渗透成为“杀手级”应用，有望快速渗透。硅光的“鸡蛋问题”，本质就是规模生产和

5、硅光优势之间的短期矛盾。我们认为，AI 推动光通信需求快速释放，以及硅光工艺生态完善，硅光渗透率有望快速提升，大型科技公司和主要客户的决策也将最终推动硅光技术在 AI 中的广泛应用。AI 需求背景下，竞争路线速率、供给、功耗存在瓶颈，硅光优势明显。根据 Lightcounting 官网，预计硅光光模块在光模块中的整体份额将从 2022 年的 24%提升至 2028 年的 44%。LPO、CPO、OIO 系光互联未来趋势，硅光更加契合系光互联未来趋势，硅光更加契合。1）长期来看，LPO 具有低功耗、低延迟、低成本和可热插拔等优势，硅光方案可以提供更好的线性度；2）CPO 将光芯片与交换芯片在基板

6、上封装在一起，进一步降低功耗，提高带宽，为了满足 CPO 的要求，需要开发先进的硅光子制造技术和元件结构；3）OIO 主要为实现低功耗、高带宽、低延迟的光互连，仍处于行业早期阶段，有望快速发展，硅光技术可能是 OIO 的唯一光学解决方案。风险提示：风险提示：AI 应用迭代及需求不及预期、硅光技术及生产发展不及预期、大客户技术路径选择风险。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 2 目目 录录 1.硅光：融合 CMOS 和光子技术优势，迎来产业“奇点”.6 1.1 硅光技术：旨在实现电子和光子的深度融合和统一.6 1.2 技术优势：在集成度、性能、成本等方面有优势.7 1.

7、3 发展历程：五十年孕育，迎来产业“奇点”.8 1.4 应用领域：硅光广泛应用于通信、传感和计算等领域.10 2.应用/需求视角：AI 有望成为“杀手级”应用，有望快速渗透.11 2.1 相干系硅光早期应用，相干下沉和全光网络为增长点.11 2.2 AI 有望成为“杀手级”应用，解决“鸡-蛋”难题.13 2.2.1 AI 训练和推理爆发，打开规模效应，有望降低成本.13 2.2.2 竞争路线速率、供给、功耗存在瓶颈，硅光优势明显.15 2.3 线性直驱（LPO）/片上互联（CPO）/片间互联（OIO）.18 2.3.1 线性直驱（LPO）：有望快速产业化的低功耗/成本方案.18 2.3.2 片

8、上互联（CPO）：光模块的演进方向光电共封装.19 2.3.3 片间互联（OIO）：比 CPO 更具潜力的光互联应用.21 3.风险提示.23 bUaVaYfVfYfYaYcWaQaO7NtRpPmOqMjMnNqOeRnMmPbRnMpPwMrQrMMYqMrQ 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 3 图目录图目录 图 1 硅光融合了 CMOS 和光子技术的优势.6 图 2 硅光芯片简图：在 SOI 等衬底上实现发光、调制、发射等.6 图 3 硅光长期形态：硅光单片集成.6 图 4 硅光概念落地包括器件、芯片、模块三个层级.6 图 5 硅光模块示意图.7 图 6 1

9、00G 硅光模块示例.7 图 7 光子摩尔定律：InP 和硅光等对比.8 图 8 硅光芯片可以应用于高速率、远距离传输.8 图 9 硅光的发展历程.9 图 10 硅光的应用广泛覆盖通信、计算和传感等领域.10 图 11 2022-2028 全球硅光芯片市场规模.10 图 12 硅光模块市场占比.11 图 13 2018-2029E 光模块市场规模及预测.11 图 14 相干通信与非相干通信对比.11 图 15 非相干光通信（上图）和相干光通信（下图）对比.11 图 16 相干通信中硅光和其他材料的比较.12 图 17 Acacia 硅光相干模块.12 图 18 全球可插拔相干光模块市场规模及预

10、测.12 图 19 WSS 波长开关.13 图 20 WSS 的主流光开关方案.13 图 21 大语言模型参数及时间表.14 图 22 英伟达 A100、H100 等芯片参数对比.14 图 23 AI/XR/5G 驱动云计算市场快速向上.14 图 24 AI 推动光模块向更高速率演进.14 图 25 中国智能算力规模及预测（单位：EFLOPS）.15 图 26 AI 总算力与 GPU、光互联、铜互联的关系.15 图 27 以太网（主要数通）引领光模块市场增长.15 图 28 AI 算力中心光模块迎来高速增长.15 图 29 数据中心传输距离与采用的光学方案.16 图 30 不同尺寸晶圆厂成本收

11、益分析.17 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 4 图 31 不同尺寸晶圆厂芯片成本与负载的关系.17 图 32 砷化镓和磷化铟各生产环节.17 图 33 2020 年外延设备市场格局.18 图 34 MOCVD 系统示意图.18 图 35 光模块功耗随速率演进.18 图 36 2023 和 2028 年能耗对比.18 图 37 传统与 LPO 光模块技术对比.19 图 38 400G/800G DSP 光模块中功耗结构.19 图 39 硅光 CPO 共封装（2D/2.5D/3D）.20 图 40 51.2T 系统中可插拔光模块替换为 CPO 后功耗结构对比.20

12、图 41 800G/1.6T CPO 端口等出货量预测.20 图 42 Broadcom 在 OFC 2023 上发布的 51.2Tbps 交换机芯片.21 图 43 CPO 方案（硅光芯片）和热插拔方案的比较.21 图 44 典型的 Optical IO 结构示意图.21 图 45 intel 对可插拔模块、CPO、Optical I/O 的比较.22 图 46 2022-2033 年全球 CPO、OIO 等新型光互连市场.22 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 5 表目录表目录 表 1 光芯片材料特性对比.8 表 2 数据中心叶脊架构下对光芯片的选择.16 表

13、3 数据中心不同场景下光芯片的特点.16 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 6 1.硅光：硅光：融合融合 CMOS 和光子技术优势，迎来产业“奇和光子技术优势，迎来产业“奇点”点”1.1 硅光硅光技术技术：旨在实现电子和光子的深度融合和统一旨在实现电子和光子的深度融合和统一 硅光的核心思想融合硅光的核心思想融合 CMOS 和光子技术的优势。和光子技术的优势。硅基光电子，简称硅光，是以硅和硅基衬底材料（如 SiGe/Si、SOI 等）作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件（包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波

14、导器件等），并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光传感、光计算等领域中的实际应用。硅光融合了 CMOS 技术的超大规模逻辑、超高精度制造的特性以及光子技术超高速率、超低功耗的优势，把原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。图图1 硅光融合了硅光融合了 CMOS 和光子技术的优势和光子技术的优势 资料来源：Soitec，海通证券研究所 图图2 硅光芯片简图：在硅光芯片简图：在 SOI 等衬底上实现发光、调制、发射等等衬底上实现发光、调制、发射等 资料来源：光电子先导院微信公众号，海通证券研究所 硅光的长期目标是实现单

15、片集成的芯片应用形态，但短期的形态由于集成度不同而硅光的长期目标是实现单片集成的芯片应用形态，但短期的形态由于集成度不同而存在差异。存在差异。硅光旨在实现电子和光子的深度融合和统一，单片集成为长期趋势。硅光旨在实现电子和光子的深度融合和统一，单片集成为长期趋势。单片集成是指将光子学组件直接集成到同一块硅芯片上，包括光源、光调制器、波导、耦合器等光学元件，从而形成一个紧凑的光学电路。单片集成方式的优势在于可以减小尺寸，提高集成度，降低制造成本。我们认为，单片集成更符合硅光的思想，性能更优，是未来发展趋势。图图3 硅光长期形态：硅光单片集成硅光长期形态：硅光单片集成 资料来源：硅基光电异质的集成与

16、思考，海通证券研究所 图图4 硅光概念落地包括器件、芯片、模块三个层级硅光概念落地包括器件、芯片、模块三个层级 资料来源：21 世纪电源网，海通证券研究所 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 7 硅光内涵并非绝对，当前各部件可集成性依技术方案差异而存有不同。硅光内涵并非绝对，当前各部件可集成性依技术方案差异而存有不同。硅光技术包括硅光器件、硅光芯片、硅光模块三类产品。严格意义来看，硅光技术包含了三类产品，硅光器件、硅光芯片、硅光模块。硅光器件是基础硬件，包括激光、调制器、探测器、平面波导、光栅耦合器等。硅光芯片主要集成各硅光器件，具备高性能、低功耗、低成本等优点。硅光

17、模块是硅光技术的产品形式，将光源、硅光芯片和模块如光发送器件和光接收模块、甚至外部驱动电路等都集中在一起的一体化模块。目前光模块层面主要应用混合集成的方式。目前光模块层面主要应用混合集成的方式。混合集成是指将硅芯片与其他材料的光学组件结合在一起，即将电子器件（硅锗、CMOS、射频等）、光子器件（激光/探测器、光开关、调制解调器等）、光波导回路集成在一个硅芯片上。其中，硅芯片主要负责电子部分的处理，而其他材料的光学元件则负责光的生成和调制。混合集成的优势在于可以利用硅芯片的电子器件和其他材料的优异光学特性，实现更高效的光通信和传感应用。目前来看，光器件如波分复用器、变换调谐器等已经可以实现单芯片

18、集成，而光模块尚需要混合集成。图图5 硅光模块示意图硅光模块示意图 资料来源：Cisco 官网，海通证券研究所 图图6 100G 硅光模块示例硅光模块示例 资料来源：Cisco 官网，海通证券研究所 1.2 技术优势：在集成度、性能、成本等方面有优势技术优势：在集成度、性能、成本等方面有优势 硅光芯片注重光子和电子相互作用，基于大规模硅光芯片注重光子和电子相互作用，基于大规模 CMOS 集成生产，相比传统光电集成生产，相比传统光电芯片芯片在集成度、性能、成本、应用范围等方面具有优势在集成度、性能、成本、应用范围等方面具有优势。传统光电子芯片主要基于发光效率高的 InP、GaAs 等 III-V

19、 族化合物材料为衬底，但其晶圆尺寸较小，价格昂贵，作为无源光路平台材料的基本光学性质也不佳，所以难以实现大规模、低成本制造。硅光芯片以硅基材料为衬底，在集成度、性能、成本、应用范围等方面具有比较优势。兼容性和集成度高。兼容性和集成度高。硅光芯片可以利用成熟的硅 CMOS 工艺制作光器件，不仅降低了生产成本，还使得电子元件与光学元件能够在同一芯片上集成，提高了集成度和系统性能。硅的折射率高达 3.42，与二氧化硅可形成较大的折射率差，确保硅波导具有较小的波导弯曲半径，从而减小器件尺寸并提高集成度。此外，硅对于波长为 1.11.6 微米的光波近乎无损透明，因此完全与光通信器件的 1.31.6 微米

20、工作波段兼容。大批量、低成本。大批量、低成本。传统的 GaAs/InP 衬底因晶圆材料生长受限，生产成本较高。近年来，随着传输速率的进一步提升，需要更大的 III-V 族晶圆，芯片的成本支出将进一步提升；与 III-V 族半导体相比，硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。高带宽、低延迟。高带宽、低延迟。硅光技术有较高的带宽，能够在极小的波长范围内传输大量数据，相比传统的电传输技术，光传输能提供更高的数据传输速率和带宽，极大提升通信效率，这也意味着在数据中心和高性能计算中，使用硅光技术可以实现更低的传输延迟。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 8 高效

21、能、低功耗。高效能、低功耗。光信号在传输过程中的能量损耗远低于电信号，这使得硅光技术在长距离传输和高速通信中更为能效，有助于减少数据中心等设施的能源消耗。由于光信号传输产生的热量比电信号要低，因此使用硅光技术的系统发热量较小，有助于减轻冷却系统的负担，进一步降低能耗。稳定性与可靠性高。稳定性与可靠性高。光信号传输不易受到电磁干扰，使硅光技术在复杂环境下更为可靠，保证了数据传输的稳定性和安全性。表表 1 光芯片材料特性对比光芯片材料特性对比 意义意义 Silicon Silica Si3N4 InP GaA LiNbO3 器件密器件密度度 密度越高,集成度越大*?*波波?损损耗率耗率 光信号在波

22、导中传输单位长度的能量衰减*?*无源器无源器件制造件制造 不需要外部信号控制的功?能 器 件(功 分器、偏振分束器、波分复用器、耦合器)*有源器有源器件制造件制造 需要外部信?号控制的功能?器 件(调 制器、探测器、光开关)*光源光源 能自发光*资料来源：光学小豆芽微信公众号，海通证券研究所 图图7 光子摩尔定律：光子摩尔定律：InP 和硅光等对比和硅光等对比 资料来源：Nature CmmunicationsRoadmapping the next generation of silicon photonics，海通证券研究所 图图8 硅光芯片可以应用于高速率、远距离传输硅光芯片可以应用于高

23、速率、远距离传输 资料来源：中国通信学会官网，海通证券研究所 1.3 发展历程：发展历程：五十年孕育，迎来产业“奇点”五十年孕育，迎来产业“奇点”硅光发展历程根据其技术、产品及应用特点，可分为原理探索（硅光发展历程根据其技术、产品及应用特点，可分为原理探索（1969-1999）、技术）、技术突破（突破（2000-2009）、集成应用（）、集成应用（2010-2022）、产业爆发（）、产业爆发（2023 后）四大阶段。后）四大阶段。1969 年年至至 1999 年，是硅光技术的年，是硅光技术的原理原理探索阶段。探索阶段。1969 年，贝尔实验室提出硅光子技术。1985 年，硅基光子集成电路（PI

24、C）问世。1991 年至 1992 年，在厚绝缘体上硅（SOI）工艺中实现了低损耗波导。在这个阶段，硅光子技术主要处于理论和实验研究阶段，探索硅材料在光子学领域的应用可能性。相较于集成电路的成熟发展和规模化应用，硅光技术在诞生之后的 30 多年里发展一直相对缓慢，产业生态系统尚不成熟。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 9 2000 年至年至 2009 年，为硅光技术的技术突破阶段。年，为硅光技术的技术突破阶段。硅光子技术开始取得一系列重要的技术突破，PIC 的组件数量开始增长，低损耗波导和多种光学器件的研发成功，为硅光子技术的进一步发展奠定了基础。2004 年，In

25、tel 研制出第一款 1Gb/s 速率的硅光调制器。2006 年，Intel 和加州大学圣芭芭拉分校成功研发出世界上首款采用标准硅工艺制造的电子混合硅激光器。2008 年，Intel 推出“雪崩硅激光探测器”，它一举将硅光子技术的增益带宽积提升到 340GHz。2009 年，相干硅光光模块领导者 Acacia 成立于美国。期间硅光子器件的集成数量迅速增长，从数千个增长到数百万个。2010 年至年至 2022 年年，硅光技术进入集成应用阶段。，硅光技术进入集成应用阶段。2010 年，英特尔开发出首个 50Gb/s 超短距硅基集成光收发芯片，标志着硅光芯片开始进入产业化阶段。2013 年，欧盟启动

26、 4 年期针对硅光子技术的 PLAT4M 项目。同时期，硅光芯片工作速率达到了 50Gb/s，首次超越当时主流的光电子器件。2014 年，美国建立“国家光子计划”产业联盟。2016 年，Intel 推出应用于数据中心的 100G 高速硅光子芯片，加速了硅光产业化时代的到来。2018 年，中国信科集团联合国家信息光电子创新中心实现我国首款 100Gb/s 硅光芯片的正式投产，国内硅光芯片产业化取得突破。2022 年 3 月，晶圆代工公司 Global Foundries 推出硅光子平台 Fotonix，以此布局 90WG 和 45CLO 工艺节点以及封装工艺，合作伙伴包括 4 家顶级光子收发器供

27、应商中的 3 家、5 家顶级网络公司中的 4家、4 家领先的 EDA 和仿真公司中的 3 家，成为硅光芯片产业化进程中的又一标志性事件。2023 年后年后，硅光，硅光有望进入产业爆发阶段有望进入产业爆发阶段。硅光应用前景广阔，在数据中心，电信，激光雷达、可穿戴设备、AI 光子计算等领域有着巨大应用潜力。2023年 3 月，OpenAI 正式发布 GPT-4，参数量达到万亿级别。在全球大模型热潮下，算力需求正呈指数级增长态势，驱动硅光需求不断上升。同时，海内外巨头公司瞄准硅光赛道收并购频发，科技巨头公司高度重视硅光技术。目前投入研发的公司不仅包括 Mellanox、Luxtera、Acacia、

28、Finisar、Avago 等光通信公司，Intel、IBM、思科、Imec 等半导体厂商和华为等设备商也加入了这一领域的竞争。2023 年 10 月，Intel 宣布将硅光子业务的可插拔模块部分出售给Jabil，专注于更高价值的组件业务和光学 I/O 解决方案。2024 年 4 月，台积电在 2024 年北美技术研讨会上概述了其 3D 光学引擎路线图，并制定了为全球带来高达 12.8 Tbps 光学连接的计划。据 Yole 预测，2028 年硅光模块市场规模将合计达 72.4 亿美元（520.93 亿人民币）。我们认为，受到需求持续扩大与供给不断增强的双重推动，硅光产业有望在未来迎来爆发机遇

29、。图图9 硅光的发展历程硅光的发展历程 资料来源：久谦资本，迅石光通讯网，光纤在线，传周科技，36 氪，picmagzine，中国通信学会，中国科学院，陕西光电子先导院科技有限公司，ESM China，光电科技工业协进会官网，讯石光通讯网援引 Yole，海通证券研究所 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 10 1.4 应用领域：硅光广泛应用于通信、传感和计算等领域应用领域：硅光广泛应用于通信、传感和计算等领域 硅光广泛应用于通信、传感和计算等领域。硅光广泛应用于通信、传感和计算等领域。目前量产的硅光产品主要集中在数据中心光模块以及相干光模块，未来有望拓展至 CPO 领

30、域，对应下图中的光纤通信(Fiber-Optic Communication)。在数据中心内的新型光信号互联与处理(Communication/Processing)，包括Optical IO、光计算、量子计算等。第三个较大的应用领域为光传感(Sensing)，包括激光雷达、生物传感等。硅光芯片角度，数据中心市场的持续增长以及硅光芯片角度，数据中心市场的持续增长以及 800G 可插拔光模块是推动硅光市场可插拔光模块是推动硅光市场未来几年高速增长的主要因素。未来几年高速增长的主要因素。根据 Yole 官网，2022 年全球硅光芯片市场空间为 6800万美元，预计到 2028 年将增长到 6 亿美

31、元以上，2022-2028 年 CAGR 达 44%。这一增长将主要受到 800G 高数据速率可插拔模块的推动。此外，快速增长的训练数据集规模的预测表明，数据将需要在 ML 服务器中使用光学 I/O 来缩放 ML 模型。图图10 硅光的应用广泛覆盖通信、计算和传感等领域硅光的应用广泛覆盖通信、计算和传感等领域 数据通信（网络通信-直接调制/检测）电信（网络通信-x波分应用）电信（无线网络通信）电信（无线网络通信)数据通信（处理)计算服务器，高性能计算，量子网络服务器5G基站光纤通信通信/处理可插拔光模块可插拔光模块可插拔光模块封装内光I/O引擎嵌入式光互连光子处理器光子量子位模块CPO引擎市场

32、硅光应用终端系统收发器互连处理器通信与基础设施其他消费领域汽车领域医疗领域工业领域传感可穿戴设备智能手表车辆自动驾驶诊断工具电子鼻环境传感器传感器硅光芯片（激光器远臵）生物芯片硅光芯片+激光器雷达光纤陀螺仪免疫分析环境传感模块硅光芯片+激光器硅光芯片（耗材）硅光芯片+激光器波导，分束器器，调制器，光栅，光探测器波导，分束器器，调制器，光探测器硅光功能硅光单元硅光芯片+激光器硅光芯片+激光器硅光芯片+激光器 资料来源：迅石光通讯网援引 Yole，中国通信学会 图图11 2022-2028 全球全球硅光芯片市场规模硅光芯片市场规模 资料来源：Yole 官网，中国通信学会，海通证券研究所 行业研究通

33、信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 11 2.应用应用/需求视角：需求视角：AI 有望成为“杀手级”应用，有望快有望成为“杀手级”应用，有望快速渗透速渗透 硅光模块在功耗、成本等方面具备优势，在光模块市场渗透率有望不断提升。硅光模块在功耗、成本等方面具备优势，在光模块市场渗透率有望不断提升。从光从光模块层面来模块层面来看，看，1）降低功耗：硅光传输路径去除了大量光路的转化与处理过程，整体功耗大约只有传统光模块接口技术的 30%左右。2）降低成本：硅基衬底成本低且加工工艺成熟，且硅光芯片高度集成，较传统分立式光模块的封装工艺更简单，组件与人工成本也相对减低。我们认为，硅光技术作为

34、一种新的技术方案，与分立式光模块同台竞技，将共同受益网络流量的持续高速增长带来的出货量增量，以及速率持续提升带来的价值量提升。根据 Lightcounting 官网，预计硅光光模块在光模块中的整体份额将从 2022年的 24%提升至 2028 年的 44%。图图12 硅光模块硅光模块市场占市场占?资料来源：EE Times Aisa 援引 Lightcounting，海通证券研究所 图图13 2018-2029E 光模块市场规模及预测光模块市场规模及预测 资料来源：Lightcounting，OFC2024，海通证券研究所 2.1 相干相干系系硅光早期应用，相干下沉硅光早期应用，相干下沉和全光

35、网络和全光网络为增长点为增长点 相干相干技术技术在在长距离、长距离、高速率高速率传输传输时优势明显时优势明显，本质是通过更高级的调制技术来提升，本质是通过更高级的调制技术来提升光通道的传输速率。光通道的传输速率。相干光通信，是光纤通信领域的一项技术，主要是发送端使用相干调制技术，接收端使用外差检测技术进行信息传输；光的相干，是指两个光波在传输过程中，波长相同、振动方向相同以及相位差恒定。相比于传统的非相干光通信，相干光通信具有传输距离更远、传输容量更大和接收灵敏度更高的技术优势。图图14 相干通信与非相相干通信与非相干干通通信信对比对比 资料来源：熹联光芯官网，海通证券研究所 图图15 非相干

36、光通信（上图）和相干光通信（下图）对比非相干光通信（上图）和相干光通信（下图）对比 资料来源：EDA365 电子论坛微信公众号，海通证券研究所 相干持续下沉，有望进一步打开相干应用市场。相干持续下沉，有望进一步打开相干应用市场。相干光通信的接收机可以提升灵敏度 20db，通信距离可以达到千公里级别，如传输距离大于 1000km 的骨干网。目前，相干光模块也在逐步下沉到传输距离为 100km 到 1000km 的城域网，甚至小于 100km 的距离的边缘接入网，以及 80km 至 120km 的数据中心互联（DCI）领域。DCI 方案可根据其传输距离来选择直接探测技术或相干探测技术。相干探测凭借

37、着高容量、高信噪比等优势在城域网内的长距离 DCI 互联中得到广泛应用，而直接探测的应用场景更适合 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 12 相对短距离互联，相干技术已成为数据中心互联的主流方案。我们认为，随骨我们认为，随骨干网和城域网的升级扩容，全球干网和城域网的升级扩容，全球 AI 和云计算数据中心高速建设，和云计算数据中心高速建设，国内“东数西算”工程持续推进，相干技术有望持续扩大市场。国内“东数西算”工程持续推进，相干技术有望持续扩大市场。根据中际旭创 2023 年年报，预计 2025 年相干将达到 250 万支规模；2022-2025 年，400G 相干光模

38、块 CAGR将超 40%。基于硅光技术的相干模块，低成本、低功耗优势凸显。基于硅光技术的相干模块，低成本、低功耗优势凸显。1）低成本。采用硅光技术，利用成熟高效的 CMOS 平台，实现光器件大规模集成，减少流程和工序，提升产能，使原先分立相干器件的总体成本下降。2）低体积、低功耗：硅光模块采用单一材料实现光器件的多功能单元（除光源），消除不同材料界面晶格缺陷带来功率损耗；硅光由于折射率高，其器件本身比传统器件小，加之光子集成，硅光模块尺寸可以比传统分离器件小一个数量级。图图16 相干通信中硅光和其他材料的比较相干通信中硅光和其他材料的比较 资料来源：中兴通讯官网，海通证券研究所 硅光走向落地的

39、早期应用就是相干。硅光走向落地的早期应用就是相干。2014 年 3 月，Acacia 在美国光纤通讯展览会上发布了首款具有相干收发器功能的单芯片硅光子集成电路，成为全球第一个发布该类产品的企业。OFC2015 上，公司又推出了业界首款相干光 AC-400，它利用 Acacia 的第四代 DSP 技术，同时基于硅光子，以支持 100G、200G 和 400G 传输速率。硅光高产、芯片强度高等优点，使其成为长距离通信的理想选择。相干下沉为硅光创造更优土壤。相干下沉为硅光创造更优土壤。根据 SiFotonics 官网，在通道速率提升到 200G 关注后，相干可能会下沉至 10km 的应用场合，当通道

40、速率提升到 400G 时，相干可能会下沉至 2km，有望成为硅光非常好的应用场景。根据星能资产援引讯石光通信，2026年基于硅光技术的相干收发器市场份额有望超过 50%，预计有望达到 50 亿美元。图图17 Acacia 硅光硅光相干相干模块模块 资料来源：NASA 官网，海通证券研究所 图图18 全球可插拔全球可插拔相干光模块相干光模块市市场规模场规模及预测及预测 资料来源：SEC 官网，Coherent，海通证券研究所 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 13 硅光技术在电信市场的另一重要领域是全光网络，其主要应用于硅光技术在电信市场的另一重要领域是全光网络，其主

41、要应用于 ROADM 系统中系统中的的 WSS 器件。器件。2021 年 11 月，中国电信发中国电信全光网 2.0 技术白皮书，指出在全光网 2.0 的实现需要引入可重构全光分插复用器系统（Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer，ROADM），在网络节点处发挥波长级的路径调度和业务恢复的作用，将传统点到点链路变为灵活的光网络。WSS（波长选择开关）是 ROADM 系统的核心组成部分，具有 1K（1 进 K 出）的端口结构，采用光开关阵列，可以将波长信号分插到任意通道进行传输。基于 WSS，ROADM 系统可以实现端口的任意指配，从之前的一进一出

42、的两维，变成多进多出的多维，有了更高的自由度。WSS 的核心关键在于光开关方案，的核心关键在于光开关方案，LCoS 方案成为主流。方案成为主流。目前主流的 WSS 光开关方案有三种，分别是 MEMS、LC 和 LCoS。基于硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon,LCoS）技术的 WSS 通过相位控制波长选择，支持灵活栅格功能，方向维度可达 32 维，能够实现高端口数、高可靠性、超大交叉容量及更低的功耗。根据 GII 官网，2021 年全球 WSS 模块市场规模为 1.49 亿美元，预计 2028 年全球市场将达 2.27 亿美元。其中，2021 年 LCoS 方案市场占

43、比为 60.76%，预计 2028 年全球基于 LCoS 方案的 WSS模块市场空间有望提升至 1.44 亿美元。图图19 WSS 波长开关波长开关 资料来源：芯语，海通证券研究所 图图20 WSS 的主流光开关方案的主流光开关方案 资料来源：芯语，海通证券研究所 2.2 AI 有望成为“杀手级”应用，解决“鸡有望成为“杀手级”应用，解决“鸡-蛋”难题蛋”难题 我们认为：我们认为：硅光的硅光的“鸡蛋问题鸡蛋问题”，本质就是规模生产和，本质就是规模生产和硅光优势之间的短期矛盾。硅光优势之间的短期矛盾。硅光作为集成电路产品，天然拥有规模制造优势，即产量越大、成本越低。我们认为，AI推动光通信需求快

44、速释放，以及硅光集成技术落地、工艺生态完善，硅光渗透率有望快速提升。而大型科技公司和主要客户的决策将最终推动硅光技术在 AI 中的广泛应用。2.2.1 AI 训练和推理爆发，打开规模效应，有望降低成本训练和推理爆发，打开规模效应，有望降低成本 AIGC 技术或将改变数据中心网络架构，推动人工智能更广泛的应用。技术或将改变数据中心网络架构，推动人工智能更广泛的应用。人工智能主要利用数字计算机或者由数字计算机控制的机器，模拟、延伸和扩展人类的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术和应用系统，目前主要应用在深度学习、自然语言处理以及计算机视觉等场景。AI 大模型运行背后需要

45、强大的云计算算力支撑，光模块需求有望明显提升。大模型运行背后需要强大的云计算算力支撑，光模块需求有望明显提升。GPU 作为算力核心服务器的重要载体扮演着至关重要的角色。GPU 的高效处理能力与并行计算能力，使其成为实现大型语言模型训练的优秀选择。英伟达作为芯片巨头所生产的 AI 芯片在其中扮演着至关重要的角色。英伟达先后推出 V100、A100 和 H100 等多款用于 AI 训练的芯片。英伟达的H100 GPU与800G光模块在计算力网络中的比例将根据不同层级而有所不同。根据 GPU 算力公众号，在服务器层，预计 GPU 与 800G 光模块的比例将为 1:1；在交换机层，预计该比例将为 1

46、:2。考虑到核心层交换机、管理网络、存储网络等因素，以及安装率的相关考虑，整体而言，预计英伟达 H100 GPU 与 800G 光模块的比例将大约在 1:2 至 1:4 之间。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 14 图图21 大语言模型参数及时间表大语言模型参数及时间表 资料来源：Has Silicon Photonics Finally Found Its Killer Application?，海通证券研究所 图图22 英伟达英伟达 A100、H100 等芯片参数对比等芯片参数对比 资料来源：LaiTimes，海通证券研究所 AI 行业成熟度提升，算力需求释放，

47、给整条光通信产业链带来长期而有力的拉动。行业成熟度提升，算力需求释放，给整条光通信产业链带来长期而有力的拉动。算力基础设施加速建设。算力基础设施加速建设。AI 大模型的应用前景直接拉高海内外云厂商算力基础设施的投资预算，23Q4 谷歌、微软资本支出实现两位数同比增长，预计下游 AI 需求将拉动整个光通信行业市场增长。AI 驱动产品需求结构加速向高速率演进。驱动产品需求结构加速向高速率演进。根据 Marvell 官网，2023 年之前，互连速度由云数据中心服务器升级的速度决定（40G-100G-200G-400G），每 4 年互连速度翻一番；2023 年之后，在生成式 AI 的需求推动下，互连速

48、度提升至每 2 年翻一番（400G-800G-1.6T-3.2T 及更高），光纤是 AI 的主要介质。我们总结：在 100G 至 400G 的演进中，云服务是主要推力；进入 AI超算时代后，大模型训练推理、自动驾驶、科学计算等需求推动光模块向更高速率演进。图图23 AI/XR/5G 驱动云计算市场快速向上驱动云计算市场快速向上 资料来源：Precedence Research，海通证券研究所 图图24 AI 推动光模块向更高速率演进推动光模块向更高速率演进 资料来源：Marvell 官网，海通证券研究所 中国中国 AI 算力需求稳增，持续夯实算力底座。算力需求稳增，持续夯实算力底座。中国政府相

49、继发布一系列政策，更加明确了 AI 对于提升中国核心竞争力的重要支撑作用，加上新基建、数字经济等持续利好政策的推动，中国人工智能市场保持平稳增长。据 IDC 数据预测，全球范围内，企业在包括硬件、软件和服务在内的 AI 市场的技术投资从 2019 年的 612.4 亿美元增长至 2021年的 924.0 亿美元，并有望到 2025 年突破 2000 亿美元。2022 年中国智能算力规模达260EFLOPS，预计到 2027 年智能算力规模有望突破 1117.4EFLOPS。我们认为，受到我们认为，受到单单 GPU 算力的限制，国内为提升算力的限制，国内为提升 AI 训练和推理算力规模，国产光互

50、连的需求或将训练和推理算力规模，国产光互连的需求或将迎来迎来更快的发展，但需解决算力利用率的问题。更快的发展，但需解决算力利用率的问题。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 15 图图25 中国智能算力规模及预测（中国智能算力规模及预测（单位：单位：EFLOPS）资料来源：浪潮官网援引 IDC，IDC 2023-2024 中国人工智能计算力发展评估报告，海通证券研究所 图图26 AI 总算力与总算力与 GPU、光互联、铜互联的关系、光互联、铜互联的关系 资料来源：腾讯云官网，海通证券研究所 AI 光模块市场有望迎来持续翻倍式增长。光模块市场有望迎来持续翻倍式增长。根据遥

51、数据自动化微信公众号援引lightcounting，AI 在短短两年内将以太网光模块的市场翻了一番，预计 2024 和 2025 年的全球 AI 场景光模块数量都将实现翻倍式增长。图图27 以太网（主要数通）引领光模块市场增长以太网（主要数通）引领光模块市场增长 资料来源：C114 通信网援引 Lightcounting，海通证券研究所 图图28 AI 算力中心光模块迎来高速增长算力中心光模块迎来高速增长 资料来源：EE Times 官网援引 Lightcounting，海通证券研究所 我们认为硅光在我们认为硅光在 AI 时代具有显著的成本规模优势。时代具有显著的成本规模优势。我们总结：由于

52、AI 网络架构较传统云计算数据架构，东西向流量更大，内部互联光模块数量更多，总体成本巨大。同时，AI 带来光模块市场需求的爆发式增长，使降本需求变得更为迫切，硅光方案的成本优势更加凸显。这是硅光光模块规模化应用的最重要前提，硅光方案的成本优势有望逐步体现。2.2.2 竞争路线速率、供给、功耗存在瓶颈，硅光优势明显竞争路线速率、供给、功耗存在瓶颈，硅光优势明显 我们判断，未来的我们判断，未来的 3-5 年，在单模领域，硅光与年，在单模领域，硅光与 InP 技术（主要是技术（主要是 EML 产品）将产品）将会在市场上展开竞争；随成本进一步降低，有机会在超短距上从多模方案（现为会在市场上展开竞争；随

53、成本进一步降低，有机会在超短距上从多模方案（现为 GaAs方案的方案的 VCSEL 产品）中占据一定份额。主要理由如下：产品）中占据一定份额。主要理由如下：#1 竞争路线速率瓶颈，硅光持续优化、且有成本优势。竞争路线速率瓶颈，硅光持续优化、且有成本优势。数据中心光模块由于应用场景和速率的不同，应用不同的光芯片和材料。数据中心光模块由于应用场景和速率的不同，应用不同的光芯片和材料。数据中心设备之间的连接由高速光接口提供，并且根据连接距离不同分为 SR（短距离）、DR（指500 m 距离）、FR（远距离）、LR（长距离）等规格，不同传输距离采用的技术方案也会有所不同。根据菲魅通信官网，800G 及

54、以下速率的 SR 和 AOC 场景主要使用 VCSEL光芯片，DR/FR/LR/ER/ZR 场景、以及 800G 以上速率场景均可采用 EML/DML 光芯片，硅光方案可广泛应用于高速光模块的各大场景。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 16 图图29 数据中心传输距离与采用的光学方案数据中心传输距离与采用的光学方案 资料来源：Fibermall，海通证券研究所 表表 2 数据中心叶脊架构下对光芯片的选择数据中心叶脊架构下对光芯片的选择 应用场景应用场景 100G/200G 400G/800G 800G+同城DC互联 DCI 1080km LR/ER/ZR EML E

55、ML/SiP-Coh EML/SiP-Coh Leaf到Spine DCI 500m2km LR/ER/ZR EML/SiP EML/SiP EML/SiP TOR 到 Leaf DC 100m SR VCSEL/SiP VCSEL/SiP EML/SiP 服务器到TOR DC50m AOC/SR VCSEL VCSEL VCSEL/EML/SiP 资料来源：菲魅通信官网援引海思，海通证券研究所 硅光方案通信速率提升，应用场硅光方案通信速率提升，应用场景逐步扩大，在景逐步扩大，在 800G+场景下有望全面渗透。场景下有望全面渗透。根据菲魅通信官网，我们进一步总结：1）GaAs 材料体系VCSE

56、L 光芯片由于模式为多模、带宽较低、色散较大、成本较低等特性，故此主要应用于高速光模块中偏低速（100G、200G、400G 光模块）、偏短距（主要小于 100m）的场景；2）InP 材料体系DML/EML 光芯片由于单模、色散较低、成本较高等特性，主要应用于中长距离，其中 EML由于带宽更高可用于更高速率场景；3）硅材料体系（激光器为 InP 材料），模式为单模、带宽高、色散低，但在成本上高于 VCSEL 和 DML，在 100G/200G 光模块场景中主要硅光应用于 DR 光模，但在 800G+光模块场景下有望逐步覆盖数据中心各个领域。表表 3 数据中心不同场景下光芯片的特点数据中心不同场

57、景下光芯片的特点 芯片类型芯片类型 关键特性关键特性 VCSEL DML（DFB）EML CW 激光器激光器+硅光硅光 材料 GaAs InP InP InP+SiP 模式 多模 单模 单模 单模 带宽 中 中 高 高 功耗 低 中 高 高 色散 大（850nm）低（1310nm）低（1310nm）低（1310nm）可靠性 与芯片强相关 成本 低 中 高 高 资料来源：菲魅通信官网援引海思，海通证券研究所 与与 InP 相比，硅光芯片生产具备更显著的规模效应。相比，硅光芯片生产具备更显著的规模效应。制造成本主要由晶圆厂的摊销成本、工艺的复杂性（工艺步骤的数量）和晶圆厂的负载决定，材料成本通常只

58、占光芯片总成本的一小部分。1）规模远小于晶圆厂产能时，芯片成本主要由晶圆厂投资决定，行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 17 故总产量较小时大型晶圆厂成本更高；2）当晶圆厂产量接近产能，芯片成本主要由加工成本决定（加工成本只与晶圆尺寸有微弱关系），大晶圆厂中的大晶圆不比小晶圆厂中的小晶圆更贵。因此，大批量生产时大晶圆厂更具成本效益。图图30 不同尺寸晶圆厂不同尺寸晶圆厂成本收益分析成本收益分析 注：75/100/150mm 是 InP 晶圆厂，200mm 是硅光晶圆厂 资料来源：2020 Integrated Photonic Systems Roadmap-Inte

59、rnational(IPSR-I)INP AND III-V COMPOUNDS，海通证券研究所 图图31 不同尺寸晶圆厂芯片成本与负载的关系不同尺寸晶圆厂芯片成本与负载的关系 注：75/100/150mm 是 InP 晶圆厂，200mm 是硅光晶圆厂 资料来源：2020 Integrated Photonic Systems Roadmap-International(IPSR-I)INP AND III-V COMPOUNDS，海通证券研究所 我们认为，由于硅光具有规模效应，在高速率场景打开出货规模后，有望进一步降我们认为，由于硅光具有规模效应，在高速率场景打开出货规模后，有望进一步降低成

60、本，有机会下沉到低成本，有机会下沉到 100G-400G 光模块的光模块的 SR 等其他场景。等其他场景。#2 竞争路线产能瓶颈，竞争路线产能瓶颈，III-V 族化合物扩产周期相对较久，且良率较低，硅光复用成族化合物扩产周期相对较久，且良率较低，硅光复用成熟熟 CMOS 工艺，易于扩产。工艺，易于扩产。传统光芯片如传统光芯片如 VCSEL（GaAs）和）和 EML/DFB（InP）的生产主要为）的生产主要为 III-V 族化合物族化合物产业链。产业链。产业链包括上游的衬底制造、外延加工，以及中游的 IC 设计、制造、封测和下游应用等环节。图图32 砷化镓和磷化铟各生产环节砷化镓和磷化铟各生产环

61、节 同欣电子同欣电子全智科技全智科技Murata矽格矽格日月光日月光同欣电子同欣电子全智科技全智科技GCS稳懋稳懋联颖光电联颖光电VLCIntengentBroadcom光隆科技光隆科技II-VILumentum长光华芯长光华芯源杰科技源杰科技光迅科技光迅科技IQE英特磊英特磊联亚光电联亚光电全新光电全新光电Sumitomo日本日本JX北京通美北京通美Alta Devices等等TCL等等Apple等等华为等华为等QorvoFinisarSkyworksLumentum长光华芯长光华芯光迅科技光迅科技GCS稳懋稳懋宏捷科技宏捷科技三安光电三安光电联颖光电联颖光电MurataBroadcomQu

62、alcomm唯捷创芯唯捷创芯纵慧芯光纵慧芯光IQESumitomoHitachi Cable英特磊英特磊全新光电全新光电FreibergerSumitomo北京通美北京通美设计设计衬底衬底外延外延代工代工封测封测IDM厂厂终端应用终端应用射频射频光电子光电子LED光伏光伏砷化镓砷化镓磷化铟磷化铟通用通用 资料来源：Yole，北京通美、长光华芯、源杰科技、光隆科技招股书，稳懋、联亚光电、英特磊、GCS、光迅科技 2021 年年报，联颖光电、Broadcom、VLC、Intengent、Alta Devices 官网，MEMS 公众号，海通证券研究所 我们判断随我们判断随 AI 爆发带来光模块需求

63、激增，可能出现光芯片结构性缺芯，主要针对爆发带来光模块需求激增，可能出现光芯片结构性缺芯，主要针对高速光芯片。扩产瓶颈主要是购买核心设备尤其是外延设备。高速光芯片。扩产瓶颈主要是购买核心设备尤其是外延设备。光芯片扩产周期往往需要1-3 年时间，扩产步骤包括土建、购买设备、设备调试、产品调试等。外延设备市场集中度较高，德国 Aixtron 等国际设备厂商占据光通信芯片外延设备较大的市场份额，且外延设备价格较为高昂（长光华芯招股书中 MOCVD 单台设备投资额最高达 1600 万元），下单-进厂周期往往在一年左右甚至更多。我们判断由于扩产周期久、投入相对较大，海外美/日本龙头并不会突然增加产量，供

64、应链紧张或会出现。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 18 图图33 2020 年外延设备市场格局年外延设备市场格局 资料来源：Yole 官网，海通证券研究所 图图34 MOCVD 系统示意图系统示意图 资料来源：唐晶量子外延项目环评报告，海通证券研究所 此外，国内传统光芯片厂商在高速此外，国内传统光芯片厂商在高速率和国外仍有较大差距，我们认为主要体现在良率和国外仍有较大差距，我们认为主要体现在良率层面。率层面。根据 Lightcounting，国内厂商在 100G/Lane 光芯片和国外有 2-3 年代际差距。国内领先厂商主要为源杰科技、索尔思、光迅科技等。国内厂商

65、在中低速芯片层面具备量和人力成本优势。硅光芯片复用成熟硅光芯片复用成熟 CMOS 工艺，易于扩产。工艺，易于扩产。硅集光电子集成芯片可以利用成熟的硅工艺，其晶圆尺寸大、单颗芯片成本低，制程线宽小（130nm/90nm/45nm）。因此，硅光芯片可以利用成熟的硅半导体代工供应链，与 CMOS、SiGe 等产业共享产能。#3 竞争路线功耗瓶颈，硅光方案可竞争路线功耗瓶颈，硅光方案可以降低功耗，且更容易与以降低功耗，且更容易与 LPO、CPO 等方案结等方案结合，进一步降低光互连功耗水平。合，进一步降低光互连功耗水平。解决数据传输速率提升问题的同时，也必须面临增加的功耗和成本所带来的挑战。解决数据传

66、输速率提升问题的同时，也必须面临增加的功耗和成本所带来的挑战。根据 Cisco 官网，达到 400G 和 800G 阶段，光模块的功耗急剧增加，占整个设备总功耗的 40%或更多。与 2010 年相比，2022 年的总功耗增加了 22 倍。光通信设备能源消耗的增加给整个数据中心的能源利用和成本带来了巨大负担。图图35 光模块功耗随速率演进光模块功耗随速率演进 资料来源：FS 网站，海通证券研究所 图图36 2023 和和 2028 年能耗对比年能耗对比 资料来源：Has Silicon Photonics Finally Found Its Killer Application?，海通证券研究所

67、 硅光方案有望有效降低光模块功耗。此外，我们认为硅光更适合于硅光方案有望有效降低光模块功耗。此外，我们认为硅光更适合于 LPO、CPO、OIO 等新产品技术相结合，能够更有效地较低功耗。等新产品技术相结合，能够更有效地较低功耗。关于 LPO、CPO、OIO 等技术我们将在后面具体阐述。2.3 线性直驱（线性直驱（LPO）/片上互联（片上互联（CPO）/片间互联（片间互联（OIO）2.3.1 线性直驱线性直驱（LPO）：）：有望快速产业化的低功耗有望快速产业化的低功耗/成本方案成本方案 LPO 技术是重要的发展方向。技术是重要的发展方向。线性驱动可插拔光器件（LPO）是一种可插拔光学模块，其内部

68、没有数字信号处理器（DSP），而是依靠模块发端的驱动器所提供的某些特 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 19 殊功能和性能实现。具有高线性度的驱动器芯片作为核心部件，通过线性直驱技术取代传统的 DSP，从而实现降低功耗、降低成本和减少延迟。LPO 方案优势明显。方案优势明显。1）低功耗：LPO 功耗相较带 DSP 的光模块下降 50%，与CPO 接近。不仅节省电能，而且能够减少模块内组件的发热，降低系统散热功耗。2）低延迟：去掉 DSP 芯片后，系统减少了对信号复原计算的时间，延迟大幅降低。相比DSP 100ns 级别的延迟，LPO 光模块可以做到皮秒级别的超低延迟

69、时间。3）低成本：LPO 的 Driver 和 TIA 里集成了更强大的线路补偿 EQ 功能，电芯片成本会较之前少许上浮，但由于不再采用 5nm/7nm 先进晶圆制造工艺的 DSP 芯片，系统成本得以降低。4）可热插拔：相比于 CPO，LPO 没有显著改变光模块的封装形式，采用可插拔形式，不改变当前用户使用习惯，快速插拔，维护方便。图图37 传统与传统与 LPO 光模块技术对比光模块技术对比 资料来源：讯石光通讯网援引中兴通讯，海通证券研究所 图图38 400G/800G DSP 光模块中功耗结构光模块中功耗结构 资料来源：Fibermall 官网援引英特尔，海通证券研究所 硅光技术在硅光技术

70、在 LPO 方方案中更具竞争力。案中更具竞争力。硅光芯片能够提供足够的带宽，且硅光调制器比 EML 和 DML 拥有更好的线性度，所以目前 LPO 光模块以硅光方案居多。目前已有公司发力硅光目前已有公司发力硅光 LPO 模块。模块。华工正源正积极进军北美市场，其基于自研硅光芯片的 half LPO 1.6T 光模块已赢得部分客户的青睐。OFC2024 上，新易盛新推出800G OSFP DR4 LPO 模块应用硅光子集成芯片，采用 4 通道 200Gb/s 实现并行传输。2.3.2 片上互联（片上互联（CPO）：光模块的演进方向）：光模块的演进方向光电共封装光电共封装 CPO 技术是光通信重要

71、的发展方向，也是硅光的重点应用。技术是光通信重要的发展方向，也是硅光的重点应用。共封装光学器件（Co-packaged optics，简称 CPO）技术的出发点主要是为了取代传统的可插拔光模块，将光芯片与交换芯片在基板上封装在一起，进一步降低功耗，提高带宽，其主要用于数据中心的以太网网络。LightCounting 预测，与交换 ASIC 共同封装的光引擎可能会为大型数据中心的可插拔光收发器提供替代方案。当网络速度提高至 800Gbps 以上，可插拔光组件将遭遇密度和功率问题，CPO 成为业界亟需的封装替代方案。按照物理结构 CPO 可分为 3 种技术形态：2D 封装;2.5D 封装;3D 封

72、装。CPO 较可插较可插拔方案优势明显：拔方案优势明显：1）功耗更低：CPO 方案大幅缩短交换芯片和光引擎间的布线距离，进而降低电信号驱动功耗。根据 Cisco 官网，将 51.2T 系统中可插拔光模块替换为 CPO 后，交换 ASIC 与光引擎连接所需功率可减少 50%，从而使整机功率减少 25-30%。2）成本更低：CPO 方案减少了对设计成本较高、能传输超高速电信号的 PCB 的需求以及额外 DSP 芯片的使用，在规模量产后，高级封装也能带来成本上的改善。3）整体系统集成度更高，尺寸减小。硅光技术助力硅光技术助力 CPO 实现最终形态，也是实现最终形态，也是 CPO 设计人员的重要技术能

73、力。设计人员的重要技术能力。为了满足CPO 的要求，需要开发先进的硅光子制造技术和元件结构。在 3D-CPO 的结构下，硅光芯片与其他裸 die（如 GPU、Lanswitch、HBM 等）封装在一个大的 Package 里，是为 CPO 的最终形态，其中硅光子芯片可作为中介层，实现更短的电路连接和更低的功耗。因此对于 CPO 应用设计人员来说，与晶圆代工厂密切合作以实现设计-制程的共同 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 20 最佳化将更为有效。图图39 硅光硅光 CPO 共封装（共封装（2D/2.5D/3D）资料来源：Marvell 官网，海通证券研究所 随着通信

74、带宽提升，随着通信带宽提升，CPO 有望成为数据中心主流方案。有望成为数据中心主流方案。当通信带宽提升至 1.6T 及以上，CPO 方案以更高能效比凸显在数据中心的应用优势，而硅光技术作为 CPO 技术基础有望在数据中心应用中普及。根据 LightCounting 预测，CPO 端口将占到 2027 年部署的 800G、1.6T 端口总数的近 30%。图图40 51.2T 系统中可插拔光模块替换为系统中可插拔光模块替换为 CPO 后功耗结构对比后功耗结构对比 资料来源：ServeTheHome 网站援引 Cisco，海通证券研究所 图图41 800G/1.6T CPO 端口等出货量预测端口等出

75、货量预测 资料来源：Tom 财经援引 LightCounting，海通证券研究所 硅光助力硅光助力 CPO 产业化加速。产业化加速。2023 年 4 月 5 日，国际光互联组织 OIF 发布了业内第一个CPO标准草案，其主要定义了用于以太网交换机的3.2T CPO模块，可基于100G电通道，并提供 50G 通道后向兼容；该模块定义可以用于光模块，也可以用于无源的电缆组件，可支持实现 51.2 Tbps 汇聚带宽交换机的光和/或电接口实现。在 OFC 2023上，博通也展示了其基于硅光的第二代交换机，其使用 8个 6.4T CPO光引擎实现 51.2T交换容量。在 2023 年召开的光纤通信会议

76、（OFC）会议上，CPO 技术路线成为众厂商的一大聚焦热点，博通、Marvell 介绍了各自采用共封装光学技术的 51.2Tbps 的交换机芯片，思科也展示了其 CPO 技术的实现可行性原理。当前，亚马逊 AWS、微软、Meta、谷歌等云计算巨头，思科、博通、MarvellIBM、英特尔、英伟达、AMD、台积电、格芯、Ranovus 等网络设备龙头及芯片龙头，均在前瞻性地布局 CPO 相关技术及产品。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 21 图图42 Broadcom在在 OFC 2023上发布的上发布的 51.2Tbps交换机芯片交换机芯片 资料来源：ServeTh

77、eHome 网站援引 Broadcom，海通证券研究所 图图43 CPO 方案（硅光芯片）和热插拔方案的比较方案（硅光芯片）和热插拔方案的比较 资料来源：菲魅通信官网，海通证券研究所 2.3.3 片间互联（片间互联（OIO）：比）：比 CPO 更具潜力的光互联应用更具潜力的光互联应用 OIO 主要为实现低功耗、高带宽、低延迟的光互连。主要为实现低功耗、高带宽、低延迟的光互连。Optical I/O（简称 OIO）是为了解决计算芯片 CPU，GPU，XPU 等之间的互联问题(chip to chip interconnect)，利用光互连低功耗、高带宽、低延迟的优势，取代传统的 electric

78、al IO 方案。AI 推动计算架构大幅拓展，推动 I/O 带宽指数级增长、连接范围越来越长。电气 I/O（即铜线连接）支持高带宽密度和低功耗，但传输距离较短（约为 1 米或更短）。当前数据中心和早期 AI 集群中使用的可插拔光模块可以增加传输距离，但其成本和功率水平较高。一体封装的 xPU（CPU、GPU、IPU）光学 I/O 解决方案中，芯片输入输出的 IO 变为光信号，进而构建分布式计算网络，可以支持更高的带宽、更高的功率效率、更低的延迟和更长的覆盖范围。我们认为随技术和产业走向成熟，OIO 或成为 AI 和数据中心设计的重要互联方式。硅光技术可能是硅光技术可能是 OIO 的唯一光学解决

79、方案。的唯一光学解决方案。从封装形式上看，Optical IO 也是将光芯片与电芯片封装在同一基板上，因此 CPO 技术是采用硅光子实现光学 I/O 的第一步。同时，硅光技术可能是 Optical IO 的唯一光学解决方案，采用体积小、功耗低的微环调制器，利用多个波长携带信号，提高带宽密度。图图44 典型的典型的 Optical IO 结构示意图结构示意图 资料来源：Cadence，海通证券研究所 目前各大芯片巨头都已经在目前各大芯片巨头都已经在 Optical IO 领域进行布局。领域进行布局。包括 Intel、AMD、Nvidia等。Intel已经与Ayar Labs合作多年，多次在OFC

80、上展示了其FPGA芯片间通过Optical IO 实现信号互联的阶段性进展。AMD 通过收购 Xilinx,整合了其硅光团队，在 ISSCC 2023 展示了其初步的进展。Nvidia 一方面与 Ayar Labs 展开合作，也在自行研发硅光相关技术。Ayar Labs 是该领域的领导者，其 TeraPHY 产品已经小批量出货，采用GlobalFoundries 的 45nm 硅光子工艺制造。OFC 2024 上，英特尔展示了第一代 OCI 芯片组，与英特尔 CPU 原型共同封装，OCI 芯片组的核心是英特尔的硅光技术。OIO 和和 CPO 等仍处于行业早期阶段，有望快速发展，并在等仍处于行业

81、早期阶段，有望快速发展，并在 2028 年迎来爆发式增年迎来爆发式增 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 22 长。长。根据 Yole 官网，2022 年全球 OIO 和 CPO 市场分别为 500 万美元、600 美元，预计 2028 年有望分别达 1.16 亿美元，2100 万美元，22-28 年 CAGR 分别为 68%、41%。Yole 预计 2033 年全球 OIO和 CPO 市场分别为 23亿美元、2.87 亿美元，28-33年 CAGR分别为 81%、69%。图图45 intel 对可插拔模块、对可插拔模块、CPO、Optical I/O 的比较的比较

82、资料来源：Cadence，海通证券研究所 图图46 2022-2033 年全球年全球 CPO、OIO 等新型光互连市场等新型光互连市场 资料来源：Yole 官网，海通证券研究所 行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 23 3.风险风险提示提示 AI 应用迭代及需求不及预期、硅光技术及生产发展不及预期、大客户技术路径选择应用迭代及需求不及预期、硅光技术及生产发展不及预期、大客户技术路径选择风险。风险。行业研究通信设备行业 请务必阅读正文之后的信息披露和法律声明 24 信息披露信息披露 分析师声明分析师声明 Table_Analysts 余伟民 通信行业 本人具有中国证券业

83、协会授予的证券投资咨询执业资格，以勤勉的职业态度，独立、客观地出具本报告。本报告所采用的数据和信息均来自市场公开信息，本人不保证该等信息的准确性或完整性。分析逻辑基于作者的职业理解，清晰准确地反映了作者的研究观点，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。分析师负责的股票研究范围分析师负责的股票研究范围 Table_Reports 重点研究上市公司：光迅科技,中国联通,沪电股份,深南电路,太辰光,大族激光,天孚通信,中控技术,中国移动,九联科技,锐捷网络,烽火通信,亨通光电,长飞光纤,迪普科技,映翰通,星网锐捷,中兴通讯,光库科技,锐科激光,华测导航,菲菱科思,盛科通信-U,拓邦股份,亿联网络

84、,网宿科技,紫光股份,广和通,工业富联,威胜信息 投资评级说明投资评级说明 1.投资评级的比较和评级标准：投资评级的比较和评级标准：以报告发布后的 6 个月内的市场表现为比较标准，报告发布日后 6 个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期市场基准指数的涨跌幅；2.市场基准指市场基准指数的比较标准：数的比较标准：A 股市场以海通综指为基准；香港市场以恒生指数为基准；美国市场以标普 500 或纳斯达克综合指数为基准。类类 别别 评评 级级 说说 明明 股票投资评股票投资评级级 优于大市 预期个股相对基准指数涨幅在 10%以上；中性 预期个股相对基准指数涨幅介于-10%与 10%之间；弱于大市

85、 预期个股相对基准指数涨幅低于-10%及以下；无评级 对于个股未来 6 个月市场表现与基准指数相比无明确观点。行业投资评行业投资评级级 优于大市 预期行业整体回报高于基准指数整体水平 10%以上；中性 预期行业整体回报介于基准指数整体水平-10%与 10%之间；弱于大市 预期行业整体回报低于基准指数整体水平-10%以下。法律声明法律声明 本报告仅供海通证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。本

86、报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会波动。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。市场有风险，投资需谨慎。本报告所载的信息、材料及结论只提供特定客户作参考，不构成投资建议，也没有考虑到个别客户特殊的投资目标、财务状况或需要。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况。在法律许可的情况下，海通证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易，还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。本报告仅向特定客户传送，未经海通证券研究所书面授权，本研究报告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷贝、复印件或复制品，或再次分发给任何其他人，或以任何侵犯本公司版权的其他方式使用。所有本报告中使用的商标、服务标记及标记均为本公司的商标、服务标记及标记。如欲引用或转载本文内容，务必联络海通证券研究所并获得许可，并需注明出处为海通证券研究所，且不得对本文进行有悖原意的引用和删改。根据中国证监会核发的经营证券业务许可，海通证券股份有限公司的经营范围包括证券投资咨询业务。