光模块原理、成本构成、产业链、技术演进及市场规模如何？

光模块为光通信中实现光电转换的核心部件。

光模块是光通信中实现光电转换和电光转换的光电子器件。技术上，接收端设 备只能识别电信号，无法直接对接收到的光信号进行识别，需要借由光模块完成电 光与光电信号之间的转换。在传输的起点，光发射器通过芯片的驱动，将原始电信 号转换为光信号，经由激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出调制光信号；在 接收端，由光检测器检测识别后，光接收器将光信号还原为电信号，经前置放大器 处理后输出。构成上，光模块由光器件、光接口及功能电路构成，其中光器件包括 光发射器件（TOSA，含激光器）与光接收器件（ROSA，含光探测器）。

TOSA、ROSA 为光模块中核心部件。从成本构成来看，光器件约占光模块成本 73%，在光器件中，光接收组件（ROSA）与光发射组件（TOSA）占其成本的比率 约为 80%，两者均为有源光器件，其功能核心由光芯片构成。TOSA 由激光器、适 配器和管芯套构成，在长距离光模块中，还会加入隔离器和调节环，其中，激光器 为 TOSA 核心组件，常见的激光器类型有 VCSEL、FP、DFB、EML；ROSA 由探测 器与适配器构成，其中，探测器为 ROSA 核心部件，常见的探测器种类主要为 PIN-TIA与 APD-TIA；光芯片（包括光探测器芯片与激光器芯片）成本约占光器件总成本的 50%，约占 TOSA 与 ROSA 总成本的 85%。

光模块种类丰富，从光模块封装类型的演化来看，光模块正朝着高速率、小型 化、可热插拔的方向发展。根据封装类型的不同，光模块划分为 GBIC、SFP、XFP、 SFP+、SFP28、SFP56、QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP-DD、OSFP 等。

光模块产业链链条丰富。从产业链环节来看，上游环节包括光芯片制造商和光 器件供应商，负责光模块制造的关键原材料提供；中游环节包括光模块制造商、光 通信芯片制造商以及光通信设备供应商，这些企业负责将光芯片和光器件组装成完 整的光模块，并开发与之配套的驱动电路和控制系统；下游环节主要分为数通市场 和电信市场，包括互联网和云计算企业、电信运营商等最终用户。目前国内厂商主 要集中于光模块组装及无源器件制造，高端有源光芯片尚仍处于进口依赖阶段，逐 步从低速率光芯片向高速率提高渗透率。

随着 ChatGPT 为代表的人工智能大语言模型的发布，催生了 AI 算力需求的激 增，进而拉动800G 光模块需求显著增长，并加速光模块向800G及以上产品的迭代。 数据量、算力需求等的快速提升推动光模块技术路径朝着高速率、低成本、低功耗 方向发展，并驱动相关技术路线变革升级，如硅光、CPO、LPO 等。 硅光技术凭借低成本、高集成度发展前景成重要研究方向。硅光子技术是基于 硅和硅基衬底材料，利用现有 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，同 时在峰值速度、能耗、成本等方面均具有良好表现。相较于传统 InP 方案，目前由 于良率和损耗问题，硅光模块方案的整体优势尚不明显，随着技术发展，硅光有望 凭借硅基产业链的工艺、规模和成本优势迎来产业机遇。根据 Lightcounting 的预测， 光通信行业已经处在硅光技术 SiP 规模应用的转折点，使用基于 SiP 的光模块市场份 额有望从 2022 年的 24%增加到 2028 年的 44%。

光模块功率随速率不断上升。早期 10G 光模块功率仅为 1W，随着速率不断提 升，部分 800G 光模块功率已接近 30W，大幅增加了数据中心的整体功耗和使用成 本。为应对能耗过高，并同时满足高速高密度光通信需求，业界主要推出 CPO 和 LPO 两种解决方案。

LPO 成为解决功耗过高的方案之一。线性驱动可插拔光学器模块（LPO）是一种 收发器封装技术，运用线性直驱技术，使用具备高线性度和 EQ 功能的跨阻放大器 （TIA） 和驱动芯片（DRIVER）取代 DSP，主要适用于数据中心等短距离传输场景。 （1）低功耗：相比传统可插拔光模块，LPO 光模块功耗降低约 50%。采用 Linear-drive 方案后，硅光和 VCSEL 的功耗也下降了约 50%，同时还能减少组件内 的发热现象； （2）低成本：DSP的价格较高，在400G光模块中，DSP的BOM成本约占20-40%， 而在 LPO 方案中，Driver 和 TIA 内集成了 EQ 功能，虽然成本会稍有上涨，但整体 上光模块成本仍大幅下降； （3）低延时：通过去除 DSP 芯片，采用高线性度、具备 EQ 功能的 TIA 和 DRIVER 芯片，系统可以减少信号复原时间，从而大幅降低延迟，实现皮秒级别的延迟时间； （4）可插拔：在 LPO 方案中，光模块的封装形式没有显著改变，仍采用可插 拔设计，方便插入和拔出。

CPO 低功耗方案或成未来发展方向之一。光电共封装（CPO）指的是交换 ASIC 芯片和硅光引擎在同一高速主板上协同封装，从而降低信号衰减、降低系统功耗、 降低成本和实现高度集成。从 1.6T 开始，传统可插拔速率提升或达到极限，后续光 互联升级或转向 CPO 和相干方案。根据 LightCounting 报告，AI 对网络速率的需求 是目前的 10 倍以上，在这一背景下，CPO 有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低 50%，将有效解决高速高密度互联传输场景。根据 Lightcounting 预计，CPO 出货预 计将从 800G 和 1.6T 端口开始，于 2024 至 2025 年开始商用，2026 至 2027 年开始规 模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。全球 CPO 端口的销售量将从 2023 年的 5 万增长到 2027 年的 450 万，2027 年，CPO 端口在 800G 和 1.6T 出货总 数中占比接近 30%。Yole 报告数据显示，2022 年 CPO 市场产生的收入达到约 3800 万美元，预计 2033 年有望达到 26 亿美元，2022-2033 年复合年增长率为 46%。

光模块市场规模不断扩张。根据 Yole 数据显示，光模块市场规模由 2021 年的 98 亿美元增长至 2022 年的 110 亿美元，全球光模块市场产生的收入年增长 12.5%。 Yole 预测，到 2028 年，全球光模块市场收入有望达到 223 亿美元，2022-2028 年间 的复合增长率约为 12%。

我国高度重视光通信发展，国内光模块厂商全球市场份额不断提高。根据 Lightcounting 报告显示，2010 年国内光模块厂商仅占全球市场份额的 15%。2021 年 国内光模块厂商市场份额达 51%。2022 年，全球前十光模块供应商中，中国企业从 2010 年的 1 家增长至 7 家，中际旭创与 Coherent 并列第 1，华为（海思）排名第 4， 光迅科技排名第 5，海信排名第 6，新易盛排名第 7，华工正源排名第 8，索尔思光 电（华西股份）排名第 10，中际旭创获得近 14 亿美元的收入，约占全球光模块市场 的 14.58%。