◆

核心觀點◆

從光模塊產(chǎn)品演進方向映射技術(shù)前瞻布局。隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)與下游應(yīng)用的豐富，驅(qū)動光模塊產(chǎn)品向著更小型化、更高速率、更低成本的方向演進；同時，光模塊已發(fā)展至800G以及后續(xù)1.6T等速率的升級，帶動光模塊相關(guān)技術(shù)路線的前瞻研發(fā)與迭代升級?！?/p>

CPO方案：AI算力下高效能比方案。CPO方案將引擎和交換芯片共同封裝，縮短了光引擎和交換芯片間的距離，主要應(yīng)用于超大型云服務(wù)商數(shù)通短距場景，將有效解決高速率高密度互聯(lián)傳輸?！?/p>

薄膜鈮酸鋰方案：技術(shù)突破，尺寸與集成度問題得以改善帶來新發(fā)展。鈮酸鋰材料研究歷史較早，具備優(yōu)異性能；隨著薄膜鈮酸鋰新技術(shù)突破，大幅改善尺寸及價格問題，隨著相干技術(shù)下沉為相干光調(diào)制器帶來重要發(fā)展機遇?！?/p>

硅光方案：具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢。硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊；硅光模塊有望在2025年高速光模塊市場中占據(jù)60%以上份額?！?/p>

LPO方案：成本優(yōu)勢突出，滿足AI計算中心短距離、大寬帶、低延時要求。相較DSP方案，LPO可大幅度減少系統(tǒng)功耗和時延，適用于短距傳輸；而其系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離較短的問題，因為在AI計算中心短距離應(yīng)用場景下較為適配，得以彌補?！?/p>

我們認為，光模塊作為AI算力環(huán)節(jié)中國產(chǎn)化程度高，技術(shù)儲備前沿核心產(chǎn)品，受AI大模型發(fā)展驅(qū)動算力持續(xù)升級需求將帶來快速增長，建議關(guān)注前瞻布局CPO/LPO等新技術(shù)主要玩家以及產(chǎn)品批量及出貨情況?！?/p>

相關(guān)標的：中際旭創(chuàng)、天孚通信、新易盛、博創(chuàng)科技、劍橋科技、華工科技、光迅科技、光庫科技、聯(lián)特科技、源杰科技、仕佳光子◆

風(fēng)險提示：高算力發(fā)展不及預(yù)期、宏觀經(jīng)濟波動風(fēng)險、全球貿(mào)易波動風(fēng)險、行業(yè)競爭風(fēng)險。2技術(shù)演進方向：更小型化、更高速率、更低成本從光模塊產(chǎn)品演進方向映射技術(shù)前瞻布局

光模塊產(chǎn)品升級迭代路線：小型化、高速率、低功耗不斷升級。數(shù)據(jù)中心側(cè)：隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)與下游應(yīng)用的豐富，帶動高速光模塊速率的持續(xù)升級，當前全球主要玩家800G進入導(dǎo)入驗證及批量出貨進程，1.6T產(chǎn)品不斷前瞻研發(fā)中。電信側(cè)：隨著“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)持續(xù)推進，不斷推動國內(nèi)外10G

PON光模塊持續(xù)升級。此外，海外光纖到戶滲透率較低，隨著新一輪升級改造，海外PON模塊有望加速發(fā)展。

產(chǎn)品向高速率升級，驅(qū)動多種技術(shù)路線變革。?

隨著人工智能、物/車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR等新技術(shù)的逐步應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化帶來數(shù)據(jù)流量的快速增長，數(shù)據(jù)中心進一步向大型化、集中化轉(zhuǎn)變，將帶動高速率及中長距離光模塊的快速發(fā)展。目前全球主要的云廠商已在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部批量部署200/400G光模塊，隨著AIGC發(fā)展趨勢明朗，高算力需求催化更高速率的800G/1.6T光模塊需求。?

由于光模塊速率升級過程中會帶來功率損耗、信號失真等問題，以及速率提升中對光芯片性能提出了更高要求，進而導(dǎo)致整體成本提升，驅(qū)動更高速率光模塊的多種技術(shù)演進。圖表1：光模塊發(fā)展趨勢圖表2：光模塊封裝形式發(fā)展資料：

RF技術(shù)社區(qū)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：RF技術(shù)社區(qū)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院4CPO：AI算力下高效能比方案大模型時代催生高算力需求

大模型時代帶來高算力需求，降低功耗將為超算廠商帶來競爭優(yōu)勢。據(jù)OpenAI測算，自2012年以來，全球頭部AI模型訓(xùn)練算力需求3-4個月翻一番，每年頭部訓(xùn)練模型所需算力增長幅度高達10倍。高算力需求會帶來功耗上的提高，超算廠商的成本也會隨之上升。因此，在算力需求快速提升的背景下降低功耗將為超算廠商帶來競爭優(yōu)勢。圖表3：大模型時代算力需求資

料：《COMPUTE

TRENDS

ACROSS

ERAS

OF

MACHINE

LEARNING》

、

長

城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院6CPO技術(shù)：光電一體封裝，大幅降低功耗

CPO技術(shù)具有低功耗、高性能、高質(zhì)量、高傳輸?shù)膬?yōu)勢隨著5G時代高帶寬的計算、傳輸、存儲的要求，以及硅光技術(shù)的成熟，板上和板間也進入了光互聯(lián)時代，通道數(shù)也大幅增加，封裝上要求將光芯片與ASIC控制芯片封裝在一起，以提高互聯(lián)密度，提出了光電共封裝（CPO）的相關(guān)概念。CPO是指把光引擎和交換芯片共同封裝在一起的光電共封裝，這種方式能夠使得電信號在引擎和芯片之間更快的傳輸，縮短了光引擎和交換芯片間的距離，有效減少尺寸，降低功耗，提高效率。圖表4：CPO縮短距離后保持高質(zhì)量傳輸圖表5：CPO交換機示意圖傳統(tǒng)的連接方式，叫做

Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光模塊。光纖過來以后，插在光模塊上，然后通過

SerDes

通道，送到網(wǎng)絡(luò)交換芯片（AISC）。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。根據(jù)CPOAyar

Labs數(shù)據(jù)，以32

100Gbps×為例，現(xiàn)在所使用的交換機功耗230W436W，而交換機通過共同封裝大幅度縮短電連接，功耗僅。資料：CNDS、易飛揚通信、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：銳捷官網(wǎng)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院CPO的低功耗或?qū)⒊蔀锳I高算力下高效能比方案：1）功耗：CPO是芯片和光引擎的共封裝，可以有效降低功耗。2）體積/傳輸質(zhì)量：滿足超高算力后光模塊數(shù)量過載問題。同時將光引擎移至交換芯片附近，降低傳輸距離，一方面體積有望進一步縮??；同時提高高速電信號傳輸質(zhì)量。3）成本：耦合之后未來伴隨規(guī)模上量，成本或有一定經(jīng)濟性。7CPO出貨量從800G開始，未來市場空間廣闊

CPO發(fā)展目前處于起步階段，未來市場空間廣闊。LightCounting認為，CPO出貨量預(yù)計將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量，主要應(yīng)用于超大型云服務(wù)商的數(shù)通短距場景。CIR預(yù)計到2027年，共封裝光學(xué)的市場收入將達到54

億美元。圖表6：CPO市場規(guī)模預(yù)測（百萬美元）圖表7：CPO未來將維持快速增長資料：中際旭創(chuàng)2022年年報、CI

R《Markets

for

Co-Packaged資

料：中際旭創(chuàng)2022年年報、

Yole、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院Optics

2022-2030》

、

長

城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長到2027年的450萬。2027年，CPO端口在800G和1.6T出貨總數(shù)中

占

比接近30%。Yole報告數(shù)據(jù)顯示，2022年CPO市場產(chǎn)生的收入達到約3800萬美元，預(yù)計2033年將達到26億美元，2022-2033年復(fù)合年增長率為46%。8CPO應(yīng)用于超大型云服務(wù)商數(shù)通短距場景，有效解決高速率高密度互聯(lián)傳輸

CPO將有效解決高速高密度互聯(lián)傳輸。LightCounting在2022年12月報告中稱，AI對網(wǎng)絡(luò)速率的需求是目前的10倍以上，在這一背景下，CPO有望將現(xiàn)有可插拔

光

模塊架構(gòu)的功耗降低50%，將有效解決高速高密度互聯(lián)傳輸場景。CIR表示，基于CPO的設(shè)備最初將用于超大規(guī)模數(shù)

據(jù)

中心，此外，CPO預(yù)計將在一年左右的時間進入其他類型的數(shù)據(jù)中心，未來將進一步在邊緣和城域網(wǎng)絡(luò)、高性能計算和傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮更多優(yōu)勢。圖表8：國內(nèi)CPO廠商布局情況股票名稱代碼當前技術(shù)/產(chǎn)品進展布局方向中際旭創(chuàng)300308.SZ

800G和相干系列產(chǎn)品等已實現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊進一步加大800G、1.6T及以上高速率光模塊、電信級和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進入送測階段，CPO技

光模塊、硅光和相干等技術(shù)研究術(shù)和3D封裝技術(shù)也在研發(fā)中天孚通信博創(chuàng)科技聯(lián)特科技仕佳光子300394.SZ

高速光引擎、800G光器件、車載激光用光器件、

在高速光引擎、激光保偏光器件等研發(fā)項目順利進展，開發(fā)CPO用光引擎，

器件等核心產(chǎn)品方面持續(xù)深耕目前已實現(xiàn)小批量出貨用光器件、800G模塊用光300548.SZ

10GPON光模塊系列型號持續(xù)擴充，數(shù)據(jù)中心用400G模塊產(chǎn)品型號實現(xiàn)全覆蓋，50GPON光模塊、800G數(shù)通硅光模塊和CPO產(chǎn)品正在研發(fā)中積極開發(fā)下一代數(shù)據(jù)中心用硅光模塊以及下一代無線傳輸網(wǎng)用光模塊301205.SZ

公司已經(jīng)加入多個國際標準組織參與NPO/CPO的技術(shù)

加大硅光集成技術(shù)的研發(fā)投入力度，建立高水平的高規(guī)范制定。目前實現(xiàn)了激光器在超高功率和高熱應(yīng)用環(huán)境下的封裝和測試，并通過了可靠性評估速激光器/探測器等光器件集成工藝平臺688313.SH

面向CPO硅光應(yīng)用開發(fā)的高功率DFB光源開始小批量從“無源+有源”逐步走向光電集成，推動光芯片及銷售器件、室內(nèi)光纜和線纜材料等橫向、縱向產(chǎn)業(yè)布局資料：中際旭創(chuàng)2022年報、天孚通信2022年報、博創(chuàng)科技2022年報、聯(lián)特科技2022年報、仕佳光子2022年報、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院9薄膜鈮酸鋰：技術(shù)突破，尺寸與集成度問題得以改善帶來新發(fā)展發(fā)展歷程：鈮酸鋰材料已有百年研究過程

鈮酸鋰材料的研究已經(jīng)接近100年，可以劃分為三個階段：第一階段（1928-1965年）：國外對鈮酸鋰的生長工藝和晶格結(jié)構(gòu)展開研究。1928年礦物學(xué)家Zachariasian

首

次對鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性開展初步研究；1937年，Sue等實驗合成了鈮酸鋰，未引起廣泛關(guān)注；直至1949

年，美國Bell實驗室的Matthias

和

Remeika發(fā)現(xiàn)其高溫鐵電特性，鈮酸鋰正式進入人們視野；1964年，Bell實驗室的Ballman利用Czochralski法成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體；1965年，Bell實驗室的Nassau和

Levinstein找到制備單疇鈮酸鋰的方法；1965年，Abrahams等建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型

，一直沿用至今。第

二

階段（1964-1967年）：國外對鈮酸鋰的特性展開廣泛研究。由于突破了材料生長工藝，獲得了最優(yōu)的晶格模型，1964-1967年，美國Bell實驗室對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究。第

三

階段（1970年至今）：我國從

1970

年代開始鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應(yīng)用研究。1980年，南開大學(xué)與西南技術(shù)物理所合作發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，該晶體被稱為“中國之星”；同年，南京大學(xué)突破了周期極化鈮酸鋰的生長工藝，從實驗上實現(xiàn)了準相位匹配。圖表9：鈮酸鋰材料發(fā)展歷程時間事件1928年1937年1949年1964年1965年1964-1967年1970年1980年首次對鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性開展初步研究實驗合成了鈮酸鋰發(fā)現(xiàn)鈮酸鋰其高溫鐵電特性，正式進入人們視野成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體找到制備單疇鈮酸鋰的方法，建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究對鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，突破了周期極化鈮酸鋰的生長工藝，從實驗上實現(xiàn)了準相位匹配。資料：康冠光電官網(wǎng)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院11鈮酸鋰晶體性能優(yōu)異，在調(diào)制器制備方案中優(yōu)勢明顯

鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、光透過范圍寬等特點。1）鈮酸鋰晶體光電效應(yīng)多，具有包括壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)、光折變效應(yīng)、光生伏打效應(yīng)、光彈效應(yīng)、聲光效應(yīng)等多種光電性能；2）鈮酸鋰晶體的性能可調(diào)控性強，是由鈮酸鋰的晶格結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷結(jié)構(gòu)所造成，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通過晶體組分、元素摻雜、價態(tài)控制等進行大幅度調(diào)控；3）

鈮酸鋰晶體的物理化學(xué)性能相當穩(wěn)定，易于加工；4）光透過范圍寬，具有較大的雙折射，而且容易制備高質(zhì)量的光波導(dǎo)；所以基于鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器、光調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、電光調(diào)Q開關(guān)等光電器件在電子技術(shù)、光通信技術(shù)、激光技術(shù)等領(lǐng)域中得到了廣泛研究和實際應(yīng)用。

當前有三種電光調(diào)制器制備方案，鈮酸鋰性能優(yōu)勢明顯，能夠充分滿足傳輸距離長、容量大的需求。根據(jù)材料不同，可分為硅基方案、磷化銦方案和鈮酸鋰方案三種。鈮酸鋰方案具有高帶寬、低插損、較高消光比、工藝成熟等優(yōu)點。同時，傳輸距離長達100公里以上，容量超過100G，在100G/400G相干光通訊網(wǎng)絡(luò)中有著廣泛的應(yīng)用。圖表10：三種主要調(diào)制器方案對比調(diào)制器類型應(yīng)用場景優(yōu)點缺點性能一般，高速長距離通信網(wǎng)絡(luò)不適用硅基調(diào)制器短程的數(shù)據(jù)通信用收發(fā)模塊尺寸小調(diào)制效率高，驅(qū)動電壓小，帶寬

對材料和工藝要求高，成本和集成難度大磷化銦基調(diào)制器中距和長距光通信網(wǎng)絡(luò)首發(fā)模塊可調(diào)制，器件結(jié)構(gòu)緊湊電光系數(shù)大、調(diào)制帶寬大、波導(dǎo)傳輸損耗小、穩(wěn)定性好，發(fā)展成

體積較大熟鈮酸鋰基調(diào)制器100G及以上長距骨干網(wǎng)相干通信12資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院薄膜鈮酸鋰技術(shù)方案新突破，體積顯著變小，利于實現(xiàn)高度集成

鈮酸鋰方案雖有性能優(yōu)勢，但也存在不足。1）性能提升空間：受限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應(yīng)，傳統(tǒng)鈮酸鋰基光電調(diào)制器信號質(zhì)量、帶寬、插入損耗等關(guān)鍵性能參數(shù)的提升逐漸遭遇瓶頸，且與CMOS工藝不兼容。2）尺寸問題：傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器由于尺寸較大，難以滿足光器件小型化趨勢。3）成本及價格問題：鈮酸鋰調(diào)制器價格數(shù)倍于磷化銦調(diào)制器，因此在中距離傳輸場景下磷化銦調(diào)制器更具優(yōu)勢。

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器不僅繼承了鈮酸鋰材料的性能優(yōu)勢，而且在體積、成本等方面有所改善。1）薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在性能和性價比上得到新的提升，在保留鈮酸鋰調(diào)制器原有的性能優(yōu)勢的同時使帶寬獲得突破；2）尺寸顯著變小，解決了體材料鈮酸鋰體積較大難以集成的問題，可以實現(xiàn)高度集成；3）隨著尺寸的減小也使單位面板傳輸密度大大提高，成本方面有進一步下降的空間。圖表11：磷化銦與傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器對比圖表12：傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器與薄膜鈮酸鋰調(diào)制器尺寸對比資料：光纖在線、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：光纖在線、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院13薄膜鈮酸鋰潛在市場空間接近百億

鈮酸鋰晶體市場穩(wěn)步增長，鈮酸鋰調(diào)制器2024年潛在市場規(guī)?；蚪賰|級。?

全球鈮酸鋰晶體市場穩(wěn)步增長，2022年市場規(guī)模達1.46億美元。光學(xué)級是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年占比約60%。

根據(jù)QYReseach數(shù)據(jù)，2016年全球鈮酸鋰晶體市場營收為1.24億美元（約8億元），預(yù)計2022年達到1.46億

美

元（約10億元），CAGR為2.26％。其中，光學(xué)級是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年全球光學(xué)級鈮酸鋰晶體銷

售

收入約0.75億美元，約占全球銷售收入的60％。?

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器2024

年潛在市場規(guī)?；蚪賰|級。隨著高速相干光傳輸技術(shù)不斷從長途/干線下沉到區(qū)域/數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，用于高速相干光通信的數(shù)字光調(diào)制器需求將持續(xù)增長，2024年全球高速相干光調(diào)制器出貨量將達到200萬端，按照每個端口平均需要1～1.5個調(diào)制器，若薄膜鈮酸鋰調(diào)制器體滲透率可達50%，對應(yīng)的市場空間約82-110億元。圖表13：鈮酸鋰晶體市場規(guī)模（百萬美元）圖表14：通信行業(yè)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場空間測算（2024年）全球高速相干光調(diào)制器出貨量/萬每個端口所需調(diào)制器/個調(diào)

制

器總數(shù)/萬個200150145.5311.5145140135130125120115110300400薄膜鈮酸鋰調(diào)制器占比薄膜鈮酸鋰售價（美元/個）薄膜鈮酸鋰市場空間/億元50%400124.4881.6108.820162022資料：QYResearch、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院14薄膜鈮酸鋰材料：相干下沉應(yīng)用打開薄膜鈮酸鋰的應(yīng)用空間

相干光傳輸技術(shù)開始從骨干網(wǎng)下沉，鈮酸鋰調(diào)制器有望迎來較大的發(fā)展機遇。鈮酸鋰電光調(diào)制器主要用在100Gbps

以上的長距骨干網(wǎng)相干通訊和單波100/200Gbps的超高速數(shù)據(jù)中心中。相較于硅光、磷化銦，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器具備其它材料無法比擬的帶寬優(yōu)勢。應(yīng)用場景方面，在流量爆發(fā)式增長提升傳輸距離和容量要求的大背景下，相干光傳輸技術(shù)開始從骨干網(wǎng)下沉，廣泛應(yīng)用于相干光通信領(lǐng)域的鈮酸鋰調(diào)制器有望迎來較大的發(fā)展機遇。相干下沉應(yīng)用打開薄膜鈮酸鋰的應(yīng)用空間。電信側(cè)，相干技術(shù)從過去的骨干網(wǎng)（>1000km）下沉到城域網(wǎng)

（100~1000km）甚至邊緣接入網(wǎng)（<100km），數(shù)據(jù)中心側(cè)，相干技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的主流方案（80~120km）。相干技術(shù)利用特定的調(diào)制方式，可以實現(xiàn)超高容量和超遠距離的信息傳輸。圖表15：2022年及2023年Q1薄膜鈮酸鋰相關(guān)廠商布局情況股票名稱代碼當前技術(shù)/產(chǎn)品進展布局方向光庫科技300620.SZ薄膜鈮酸鋰無源與有源光電子器件庫研究進入樣品制備階段，開發(fā)標準化的薄膜鈮酸鋰光電子芯片的光電封裝技術(shù)正在重點開發(fā)800Gbps及以上的薄膜鈮酸鋰相干和非相干調(diào)制器產(chǎn)品新易盛300502.SZ推出的800G光模塊包括基于薄膜鈮酸鋰(TFLN)調(diào)制器進一步加強數(shù)據(jù)中心運用領(lǐng)域相關(guān)新產(chǎn)品新技術(shù)的研的800GOSFPDR8模塊，搭配集成TIA的5納米DSP芯片，

發(fā)生產(chǎn)能力，積極推動LPO相關(guān)項目的進展，力爭在功耗僅為11.2W，處于行業(yè)領(lǐng)先地位

LPO相關(guān)產(chǎn)品的競爭中占得先機資料：光庫科技2022年報、新易盛2023投資者調(diào)研、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院15硅光技術(shù)：具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢硅光技術(shù)演進路線及應(yīng)用硅光子技術(shù)是基于硅和硅基襯底材料，利用現(xiàn)有CMOS工藝進行光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)。圖表16：硅光技術(shù)演進趨勢通過編程來改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)的芯片，可自定義全功能集成技術(shù)從耦合集成向單片集成演進實現(xiàn)了部分集成硅基器件逐步取代分立元器件光電全集成化，實現(xiàn)合封的復(fù)雜功能第一階段：分組硅光第二階段：硅光子集成第三階段：全光電融合第四階段：可編程芯片資料：訊石光通訊網(wǎng)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院硅光技術(shù)憑借在功耗、成本、結(jié)構(gòu)、集成等多個方面的突出優(yōu)勢，被譽為“突破摩爾定律曙光出現(xiàn)”，但當前世界范圍內(nèi)硅光技術(shù)在光開關(guān)、光波導(dǎo)、硅基探測器(Ge探測器)及光調(diào)制器(SiGe調(diào)制器)等已實現(xiàn)了突破情況下，卻仍處于簡化工藝流程提升效率的第二階段向第三階段的進化期。圖表17：硅光技術(shù)在通信器件應(yīng)用就具體應(yīng)用而言，目前硅光技術(shù)在通信設(shè)備中除了激光器外，APD接收已可實現(xiàn)光模塊中大部分器件的制造，典型的如光波導(dǎo)、外調(diào)制器件及APD接收器等。不過由于產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，業(yè)內(nèi)并未出現(xiàn)權(quán)威的行業(yè)規(guī)范與技術(shù)標準，各主流廠商采用硅光技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)元器件時采用的技術(shù)路線不盡相同，最終的技術(shù)方案還有待優(yōu)化完善。器硅光技術(shù)外調(diào)制器件光波導(dǎo)合分波器件17資料：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院當前硅光模塊技術(shù)階段：硅光子集成

當下是混合集成，單片集成是未來技術(shù)發(fā)展方向。?

硅光的混合集成方案主要包括激光器直接放置技術(shù)和晶圓鍵合技術(shù)。直接放置技術(shù)主要是指采用倒裝焊或貼裝工藝，將預(yù)

先

制作好的III-V族材料激光器放置在硅光子芯片表面，通過焊球完成電連接，實現(xiàn)光源與硅光波導(dǎo)器件的混合集成。晶

圓

鍵合技術(shù)是將III-V族材料外延層集成至硅波導(dǎo)等硅光器件上方，由III-V族材料產(chǎn)生的光可通過倏逝波耦合的方式進入硅光子回路，完成片上光源與硅光子芯片的混合集成。?

單片集成方案主要指硅上異質(zhì)外延III-V材料激光器。與混合集成光源相比，單片集成方案最主要的優(yōu)勢是其能夠與硅光子工藝同步縮小線寬、提高集成度，在大規(guī)模光子集成芯片的研制中有巨大潛力，這也是硅光子技術(shù)的主要發(fā)展方向。?

硅基光混合集成在單芯片上實現(xiàn)后，將推動多技術(shù)領(lǐng)域的突破：1、硅芯片上的光子晶體結(jié)構(gòu)可降低光速，光學(xué)數(shù)據(jù)緩沖存儲成為可能。2、全光邏輯控制器件的突破，將幫助實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)的到來。3、在硅基光子器件中實現(xiàn)單光子探測，將推動量子通信的發(fā)展。4、硅基光子技術(shù)在液晶顯示領(lǐng)域的應(yīng)用，有望進一步推動微投影技術(shù)的發(fā)展，催化新的信息顯示模式。圖表18：硅光集成方案光子集成混合集成激光器、調(diào)制器等采用不同沉底材料單片集成激光器、調(diào)制器等采用相同襯底材料激光器探測器+分合波+激光器陣列探測器陣列調(diào)制器陣列耦合器陣列波導(dǎo)光柵陣列+激光器激光器+電芯片探測器+電芯片系統(tǒng)級集成芯片調(diào)制器+合波器++調(diào)制器電芯片電芯片資料：南智光電官網(wǎng)、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院18硅光方案具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢

硅光方案具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢?！耙怨獯姟笔枪韫饧夹g(shù)出現(xiàn)的關(guān)鍵思路，即利用激光束代替電子信號進行數(shù)據(jù)傳輸。硅光子技術(shù)是利用現(xiàn)有CMOS工藝進行光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)，具有集成度高特點，并表現(xiàn)出成本、波導(dǎo)傳輸性能等方面的優(yōu)勢。?

集成度高：硅光子技術(shù)以硅作為集成芯片的襯底，硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的CMOS工藝制作光器件。與傳統(tǒng)方案相比，硅光子技術(shù)具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。?

成

本

下降潛力大：傳統(tǒng)的GaAs/InP襯底因晶圓材料生長受限，生產(chǎn)成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進一步提升，需要更大的三五族晶圓，芯片的成本支出將進一步提升。與三五族半導(dǎo)體相比，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。?

波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異：硅的禁帶寬度為1.12eV，對應(yīng)的光波長為1.1μm。因此，硅對于1.1-1.6

μm的通信波段

（

典型波長1.31μm/1.55

μm）是透明的，具有優(yōu)異的波導(dǎo)傳輸特性。此外，硅的折射率高達3.42，與二氧化硅可形成較大的折射率差，確保硅波導(dǎo)可以具有較小的波導(dǎo)彎曲半徑。圖表19：硅光技術(shù)圖解19資料：訊石光通訊網(wǎng)、電子說、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院硅光方案產(chǎn)業(yè)化面臨設(shè)計架構(gòu)、制造工藝、封裝、配套器件等難題

硅光方案產(chǎn)業(yè)化面臨設(shè)計架構(gòu)、制造工藝、封裝、配套器件等難題。?

設(shè)計面臨著架構(gòu)不完善、體積和性能平衡等難題：前端集成則面積利用率較低，工藝成本高;后端集成制造難度大，尤其是波導(dǎo)制備還很難完成;混合集成的成本與設(shè)計難度仍然不小。?

硅光芯片制造工藝不統(tǒng)一、設(shè)備短缺：光學(xué)元器件對制造工藝要求更精確，些許偏差就可能造成巨大問題，從而影響到良品率與制造成本。?

封裝問題：硅光芯片所采用的光的波長非常的小，跟光纖、激光器存在不匹配問題，導(dǎo)致耦合損耗比較大。?

配套器件技術(shù)、成本問題：硅光芯片需要的配套光器件很多，如調(diào)制器、陶瓷套管/插芯、光收發(fā)接口等，而這些光器件仍然面臨技術(shù)不完善、制造成本高等問題?？傮w來看，鑒于良率和損耗問題，硅光模塊方案的整體優(yōu)勢尚不明顯，但在超400G的短距場景、相干光場景中，硅光模塊的低成本優(yōu)勢或許會使得其成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向400G升級的主流產(chǎn)品。20硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊

硅光模塊市場空間廣闊，未來在高速光模塊市場占有率將達到60%以上。?

2020年以來，全球大型數(shù)據(jù)中心、5G基站等建設(shè)速度加快，目前已進入快速發(fā)展期。在此背景下，全球光模塊市場景氣度將迅速提升，預(yù)計到2025年市場規(guī)模將達到180億美元左右。硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊，市場規(guī)模將快速擴張。?

Yole預(yù)計硅光模塊市場規(guī)模將從2016年的2.02億美元，增長到2025年的36.7億美元，200G/400G和100G光模塊市場規(guī)模的復(fù)合增長率分別達到95.9%、37.3%。新思界產(chǎn)業(yè)研究中心認為，2020年全球硅光模塊市場普

及

率較低，僅為15%左右，在5G與數(shù)據(jù)中心行業(yè)拉動下，預(yù)計到2025年其市場普及率將達到45%左右，其中，在高速光模塊市場中占有率更高，將達到60%以上。圖表21：2020-2025年硅光模塊市場份額（%）2020

2025圖表20：2016-2025年硅光模塊市場規(guī)模（十億美元）資料：電子發(fā)燒網(wǎng)、Yole、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：新思界產(chǎn)業(yè)研究中心、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院21硅光技術(shù)應(yīng)用場景及相關(guān)廠商布局

數(shù)據(jù)中心、5G承載網(wǎng)、光傳感等市場將為硅光打開增長空間。1）數(shù)據(jù)中心場景下，通信速率正由100、200G向400G、800G、1.6T迭代，而且迭代周期持續(xù)縮短。在此背景下，傳統(tǒng)的可插拔光模塊在性價比及功耗方面難有進步空間，而高集成高速硅光芯片由于在潛在降價空間與功耗方面有明顯優(yōu)勢，成為更優(yōu)越的選項。2）在5G承載網(wǎng)市場中，5G前傳是硅光技術(shù)的又一市場增長點，Intel已針對5G前傳發(fā)布具有擴展工作溫度范圍的100G收發(fā)器，支持在-40℃~85℃的工作溫度范圍內(nèi)通過單模光纖實現(xiàn)10km鏈路。3）光傳感領(lǐng)域硅光發(fā)展?jié)摿薮?，現(xiàn)階段來看，面向自動駕駛的激光斷的硅光芯片將是重要增長點。硅光芯片以及面向消費者健康監(jiān)測及診圖表22：國內(nèi)硅光廠商布局情況股票名稱代碼當前技術(shù)/產(chǎn)品進展布局方向中際旭創(chuàng)300308.SZ800G和

相

干

系列產(chǎn)品等已實現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進入送測階段，CPO技術(shù)和3D封裝技術(shù)也在研發(fā)中進

一

步加大800G、1.6T及以上高速率光模塊、電信級光模塊、硅光和相干等技術(shù)研究博創(chuàng)科技新易盛300548.SZ300502.SZ10GPON光模塊系列型號持續(xù)擴充，數(shù)據(jù)中心用400G模塊產(chǎn)品

積極開發(fā)下一代數(shù)據(jù)中心用硅光模塊以及下一代無線型

號

實現(xiàn)全覆蓋，50GPON光模塊、800G數(shù)通硅光模塊和CPO

傳輸網(wǎng)用光模塊產(chǎn)品正在研發(fā)中在800G光模塊產(chǎn)品已實現(xiàn)批量出貨、成功推出基于硅光解決方案的400G光模塊產(chǎn)品、400G

ZR/ZR+相干光模塊產(chǎn)品進一步加強數(shù)據(jù)中心運用領(lǐng)域相關(guān)新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)生產(chǎn)能力，積極推動LPO相關(guān)項目的進展，力爭在LPO相關(guān)產(chǎn)品的競爭中占得先機華工科技源杰科技000988.SZ688498.SH100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已于2022年

第

三

季度正式推出市場積極推進硅光技術(shù)應(yīng)用，布局薄膜鈮酸鋰技術(shù)及下一代光電合封技術(shù)工業(yè)級50mW/70mW大功率硅光激光器開發(fā)進入良率優(yōu)化階段，

立足“一平臺、兩方向、三關(guān)鍵”的戰(zhàn)略部署，繼續(xù)具備量產(chǎn)能力深耕光芯片行業(yè)，著力提升高速率激光器芯片產(chǎn)品的研發(fā)能力22資料：中際旭創(chuàng)2022年報、博創(chuàng)科技2022年報、新易盛2022年報、華工科技2022年報、源杰科技2022年報、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院LPO：成本優(yōu)勢突出，滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求LPO技術(shù)方案：大幅減少系統(tǒng)功耗與時延

相較DSP方案，LPO可大幅度減少系統(tǒng)功耗和時延，但只適用于短距傳輸。?

LPO(Linear-drive

Pluggable

Optics)是線性驅(qū)動可插撥光模塊，在數(shù)據(jù)鏈路中只使用線性模擬元件，無CDR或DSP的設(shè)計方案。?

通過LPO線性直驅(qū)的技術(shù)把DSP替換，使用高線性度、具備EQ功能的TIA和DRIVER芯片，功耗大幅降低、延遲提升（功耗相較DSP可下降接近50%），但是系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離有所犧牲，LPO只適用于特定短距離應(yīng)用場景，如：數(shù)據(jù)中心服務(wù)器到交換機的鏈接，但未來可能會用于500m以內(nèi)，滿足數(shù)據(jù)中心最大的需求。?

考慮到傳統(tǒng)光模塊中DSP芯片的BOM成本占比不低，LPO的低價格特性有可能在800G時代實現(xiàn)大放量。圖表24：LPO技術(shù)路線圖表23：光模塊價值量構(gòu)成18%光器件外殼5%4%印刷電路板光芯片73%資料：EDN電子技術(shù)設(shè)計、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院24LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優(yōu)勢。

LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優(yōu)勢。?

功耗低：相比于可插拔光模塊，LPO的功耗下降約50%，與CPO的功耗接近。?

低延遲：由于不再采用DSP，不涉及對信號的復(fù)原，整個系統(tǒng)的latency大大降低，可以應(yīng)用到對延遲要求比較高的場景，例如高性能計算中心(HPC)中GPU之間的互聯(lián)。?

低成本：由于不再需要采用5nm/7nm工藝的DSP芯片，系統(tǒng)的成本得以降低。800G光模塊中，BOM成本約為600-700美金，DSP芯片的成本約為50-70美

金。Driver和TIA里

集成了EQ功能，成本會增加3-5美金，系統(tǒng)總成本下降在8%左右。?

可

熱

插拔：相比于CPO而言，LPO仍然采用可插拔模塊的形式，其可靠性高，維護方便，可以利用成熟的光模塊供應(yīng)鏈，并未像CPO進行較大的封裝形式革新，成為LPO方案受到關(guān)注的另一大原因。圖表25：CPO、LPO特性對比資料：

EDN電子技術(shù)設(shè)計、長城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院25滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求。

LPO技術(shù)適用于AI大模型預(yù)訓(xùn)練。800G

LPO技術(shù)無需DSP或者CDR芯片，因此相比傳統(tǒng)的DSP解決方案大大降低了功耗和延遲。這種低延遲傳輸能力非常有利于當前機器學(xué)習(xí)ML和高性能計算HPC等領(lǐng)域交換機之間，交換機到服務(wù)器和GPU之間的傳輸應(yīng)用，而其系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離較短的問題，在AI計算中心短距離應(yīng)用場景下解決，較為適合AI大模型預(yù)訓(xùn)練場景，在AI時代有望加速落地。圖表26：LPO技術(shù)方案股票名稱代碼300502.SZ300308.SZ當前技術(shù)/產(chǎn)品進展布局方向新易盛目前已實現(xiàn)基于LPO方案的800G光模塊產(chǎn)品以及單波200Gbps

技術(shù)的800G光模塊公司在LPO技術(shù)領(lǐng)域已深入布局，在2023年3月的OFC2023期

間

推

出了多款相關(guān)產(chǎn)品中際旭創(chuàng)華工科技劍橋科技仕佳光子資料800G和

相

干

系列產(chǎn)品等已實現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進入送測階段，CPO技術(shù)和3D

團隊封裝技術(shù)也在研發(fā)中公司在機構(gòu)調(diào)研中表示，高度重視LPO開發(fā)，組成了項目000988.SZ603083.SH688313.SH100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已

公司擁有自主開發(fā)的硅光技術(shù)，針對CP

O、LPO技術(shù)已研于2022年第三季度正式推出市場，下一代25G

PON光模塊產(chǎn)

品

已與客戶開展聯(lián)調(diào)，50G

PON啟動產(chǎn)品布局發(fā)立項已完成800G

2×FR4/LR4光模塊、800G

8×FR1/LR1光模塊和100G

ZR4光

模

塊的研發(fā)和認證，200G/Lambda1.6T高速

光

模塊和400G/800G直驅(qū)項目的預(yù)研上實現(xiàn)突破公

司

預(yù)計在2023年7月份推出800G

LPO產(chǎn)品面向CP

O硅光應(yīng)用開發(fā)的高功率DFB光源開始小批量銷售，

公司的激光器芯片等產(chǎn)品能夠配合LPO技術(shù)產(chǎn)品的相關(guān)功用于激光