光模块供需、产业链、趋势及变化分析

AI 驱动高速光模块需求旺盛，新技术变革带来新机遇。

AI 浪潮下，光模块成为全球算力产业链参与确定性相对较强的环节。 （1）从需求端来看：数据中心及电信市场的硬件设备需求增长与技术升级持续 促进光模块市场发展，其中 AI 的快速发展进一步拉动算力需求，光通信网络是算力 网络的重要基础和坚实底座，光模块作为光通信的核心组件，整体产业链有望充分 受益 AI 算力发展。 （2）从供应端来看：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。据 lightcounting 数据，2023 年光模块全球前 10 大厂家中国占据 7 家，我 国光模块企业全球地位不断凸显。 光模块市场前景广阔，AI 算力需求加速数通市场成长。根据 Yole 数据显示，光 模块整体收入由 2022 年的 110 亿美元略降至 2023 年的 109 亿美元，预计到 2029 年， 全球光模块市场整体收入收入有望达到 224 亿美元，2023-2029 年间的复合增长率约 为 11%。其中 2024 年在数通细分领域，AI 驱动的光模块市场有望出现同比 45%的 增长。

从产业链来看，（1）上游环节：包括光芯片、电芯片制造商和光学元件供应商， 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，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；（2）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，国产光芯片正逐步 从低速率向高速率发展。

算力网络升级，加速光模块需求及迭代。整体来看，光模块向着高速率、低成 本、低功耗的方向发展。 （1）数据中心高速率光模块加速发展。自 2019 年后全球数据中心产业开始步 入算力中心阶段，根据 Cisco 数据，2010-2022 年全球数据中心网络交换带宽提升了 80 倍，特别是近期 AIGC 的快速发展带来网络架构的升级和 GPU 的加速迭代，进一 步带动设备间更高的带宽需求，从光模块带宽需求来看，目前已进入 800G 光模块的 放量阶段，从数据中心交换芯片的演化角度来看，目前进入每两年翻一番的快速增 长阶段，预计 2025 年有望实现 102.4T 的容量，对应 1.6T 光口，进一步加速 1.6T 光 模块升级。 （2）高速光通信时代降本降耗需求凸显，硅光、CPO、LPO 等新技术有望迎 新机遇。根据 Cisco 数据，2010-2022 年全球数据中心的网络交换芯片功耗提升约 8 倍，光模块功耗提升 26 倍，交换芯片 SerDes 功耗提升 25 倍。随着高速率光模块进 一步放量，传统可插拔光模块方案的成本及功耗不断增加，降本降耗的需求不断提 升，相较于传统光模块方案，硅光、LPO、CPO 等技术方案或迎来发展机遇期。

光模块变化 1：AI 引发网络架构变革，带来大量高速光模块需求。数据中心网络架构升级拉动光模块需求上升。（1）云计算需求推动网络架构迭 代升级。传统数据中心计算网络逐步向 Spine-Leaf 数据中心网络架构转变。由于 Spine-Leaf 数据中心网络架构连接端口众多，信息传递中使用的光模块数量随之提高， 传统三层数据中心网络架构所需光模块数量约为机柜数的 9 倍，而 Spine-Leaf 网络 架构下光模块数量约为机柜数的 44 至 48 倍。（2）DGX GH200 驱动 800G 光模块市 场需求扩张。英伟达发布的DGX GH200超级计算机中引入NVLink与NVLink Switch 方案，搭载 256 颗 Grace Hooper 超级芯片，每台 NVLink Switch 交换机含有 32 个 800G 接口，铜线方案下两层 Fat-Tree 拓扑结构中第一层并不涉及光模块的使用，第二层 中 36 台交换机共需 36×32×2=2304 颗 800G 光模块；综上所述，256 个 GH200 与 800G 光模块对应数量关系为 1：9。

光模块变化 2：AI 芯片迭代加快，缩短代际更迭时间，1.6T 时代加速到来。英伟达每 1-2 年发布新的芯片架构以不断适应算力需求的增长。2010 年英伟达 发布第一代 GPU 计算机构 Fermi，2017 年提出 Volta 架构以提供人工智能超级计算 机的性能，2020 年 Ampere 架构采用全新精度标准 TensorFloat32(TF32)与 64 位浮点 (FP64)，以加速并简化人工智能应用。2022 年发布 Hopper 架构，支持第四代 TensorCore，每个 SM 能力更强。2024 年发布新一代 GPU 架构 Blackwell 以及搭 载新一代 GPU 架构的产品 B100、B200 以及 GB200 等。2024 年 10 月 8 日，富 士康母公司鸿海精密举办 2024 鸿海科技日，公司董事长表示鸿海及供应链已准备成 为“首个量产出货（英伟达芯片）GB200 的公司”，正在墨西哥为英伟达建设全球最 大的 GB200 芯片生产基地，预计到 2025 年，英伟达 NVL72 服务器产能将达到 20000 台。此外，董事长表示 GB200 服务器计划将在 2024 年第四季度中末期发货。我们 认为，2023 年作为 AI 元年，AI 在一半的时间内将互联速度提升一倍，互联速度由 过去的 4 年两倍变为 2 年两倍，海外市场正由 400G 向着 1.6T、3.2T 等更高速发展。

 光模块变化 3：硅光、CPO、薄膜铌酸锂、相干等新技术多线并进，硅光超 预期发展。随着光通信速率进一步迭代，传统方案或遇速率、尺寸等瓶颈，降本降耗需求 逐步凸显，在技术路径方面：硅光、CPO、薄膜铌酸锂、LPO、相干等技术关注度进 一步提升，重视相关技术迭代带来的产业格局影响。

硅光子技术具备高速率、高集成度、低成本等特点，应用领域广泛。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，是实现光子和微电子集成的理想平台。随着传统微电子、光电子技术逐步步 入“后摩尔时代”，硅光产业链逐步完善，已初步覆盖了前沿技术研究机构、设计工 具提供商、器件芯片模块商、Foundry、IT 企业、系统设备商、用户等各个环节，硅 光子技术作为平台型技术，其高速率、高集成度、低成本、低功耗、小型化等特点 正逐步凸显，正被广泛应用于光通信、光传感、光计算、智能驾驶、消费电子等多个领域。

AI 高速光通信时代，硅光子优势逐步凸显。随着光通信网络朝着 1.6T、3.2T 等 更高速率持续迭代升级，硅光光通信产业或迎来成长机遇。在数通市场，高速光模 块加速迭代升级，硅光渗透率有望提升；在电信市场，相干光模块持续升级，硅光 光模块需求或将增长；在 CPO 领域，硅光子技术作为 CPO 的核心技术之一，有望 充分受益于 CPO 的发展需求，并成为各大厂商的战略布局重心；在 OIO 领域，随 着 AI 技术对算力的持续需求，芯片间数据传输不断增大，OIO 的技术优势有望不断 凸显，作为 OIO 理想平台的硅光子技术也有望得到进一步发展。

CIOE2024 会展上硅光方案景气度高，再次验证硅光加速发展。第 25 届中国国 际光电博览会（CIOE 2024）于 2024 年 9 月 11-13 日在深圳国际会展中心举办。在 AI 的拉动下，从光电芯片及光器件/光引擎到光模块在向高速率方向快速升级，同时 以硅光/CPO/薄膜铌酸锂/相干等为代表的新技术成熟度不断提升，国产替代也成为重 点关注方向，其中硅光技术成熟度和市场关注度显著提升，不少企业布局硅光技术。 会展上，旭创科技展示了 800G/400G 全系列硅光模块，并积极推广 1.6T 硅光方 案；新易盛 400G 和 800G 硅光模块均已经入量产阶段，最新的 1.6T 硅光模块也已经 完成开发，并进入样品阶段；华工正源的 1.6T OSFP DR8 光模块搭载自研单波 200G 硅光芯片，并表示沿着自研硅光芯片的技术路线，目前已具备从基于各种化合物光 芯片到器件、模块、智能终端全系列产品的垂直整合能力，下一步将布局 3.2T 及更 高速率的光模块、CPO 和光 I/O；源杰科技年初推出的硅光大功率激光器，25 毫瓦 的 100G DR1 搭配硅基的调制器，2024 年有机会实现小批量出货，50 毫瓦和 70 毫 瓦也已经送样，其中 70 毫瓦可以做到一分四，即做到 400G DR4 的规格；Sicoya（熹 联光芯）展出最新硅光技术及解决方案，包括 1.6T DR8 PIC、800G DR8 PIC、 800G2xFR4PIC、200G/lane PIC wafer 等产品，并现场进行单通道 200G 硅光产品的 性能演示；SiFotonics 同样展示了最新研发和量产的全系列硅光产品，包括 800G/1.6T AI/DC 智算互联应用的 200G Ge/Si PIN PD 和 4x200G SiPho MZM PIC，现场演示了 和 Anristu 硅光 PCIe 光互联解决方案，目前已创 7000 万硅光芯片交付新纪录。

硅光应用加速发展，重视产业链投资机会。 （1）硅光光器件/光模块厂商：随着 AIGC 发展，硅光子技术在高速光通信时代 有望迎来发展热潮，对传统光通信产业格局或带来深远影响，一方面硅光器件/模块 厂商有望充分受益于产业发展，另一方面，硅光芯片具有较高产业壁垒，头部厂商 的深度布局有望迎来新一轮产业演化。 （2）硅光 CW 光源供应商：硅光光源集成作为目前硅光子技术一大技术难题， 目前外置 CW 光源是硅光光模块的主流方案，且可进一步应用于 CPO 等场景，随着 光通信速率需求的不断提升，硅光光模块的通道数也随之增长，CW 光源需求量有 望得到进一步发展。（3）硅光工艺配套厂商：从硅光工艺流程看，硅光与微电子技术逐步趋同，随 着硅光子技术进一步普及及发展，需重视配套工艺设备、软件厂商投资机会。