2023年人工智能行业专题研究：LPO光模块

一、LPO光模块概述

LPO光模块的定义

LPO，英文全称Linear-drive Pluggable Optics，即线性驱动可插拔光模块，在数 据链路中只使用线性模拟元件，无需DSP 或者CDR芯片。 LPO是一种光模块封装技术。通常意义上 的光模块都是可插拔的。所谓“可插拔 （Pluggable）”，如右图所示，交换机上 有光模块的端口，把对应的光模块插入交 换机，进而可以连接光纤。如果光纤或者 光模块损坏，只要拔出光模块便可以进行 维修更换。

LPO光模块的构成和技术原理

光模块传输，就是电信号变成光信号，光信号又变成电信号的 过程。在发送端，信号经过数模转换（DAC），从数字信号 变成模拟信号。在接收端，模拟信号经过模数转换（ADC）， 又变成数字信号。光模块中主要的电芯片包括DSP、激光驱动 器（LDD）、跨阻放大器（TIA）、限幅放大器（LA）、时钟 数据恢复芯片（CDR，Clock and Data Recovery）等。

传统光模块介绍——PAM4调制技术和DSP

PAM4（4-Level Pulse Amplitude Modulation）即四电平脉冲幅度调制，PAM4信号技术是一种采用4个不同的信号电平来进行信号 传输的调制技术。作为下一代高速信号互连的热门信号传输技术，PAM4信号比传统NRZ（Non-Return-to-Zero）信号多了两个电平： NRZ信号采用高、低两种信号电平表示数字逻辑信号的1、0，每个周期可以传输1bit的逻辑信息；PAM4信号则采用4个不同的信号电平 进行信号传输，即00、01、10、11，每个周期可以传输2bit的逻辑信息。因此，在相同符号周期内，PAM4信号的比特速率是NRZ信号 的两倍。 PAM4是目前性价比最高的方案。全球带宽市场仍处于大规模需求增长阶段，这对现有的网络技术和网络基础设施的信号传输能力提出了 更高的要求，而传统的NRZ信号在庞大的带宽需求下遭遇了传输效率瓶颈，PAM4信号技术作为另一种较为成熟的信号传输技术，恰巧在 信号传输效率方面弥补了NRZ信号的缺点，并在满足日益增长的带宽需求的同时，保持着较低的建设成本。

LPO光模块的构成和技术原理

虽然DSP具有数字时钟恢复功能和色散补偿功能，能够以较低的 误码率实现信号恢复，但它也带来了较高的功耗和成本开销。例 如，在400G光模块中，用到的7nm DSP，功耗约为4W，占到了 整个模块功耗的50%左右。从成本的角度来看，400G光模块中， DSP的BOM（Bill of Materials，物料清单）成本约占20-40%。 为了降低功耗和成本，并满足高速、高密度光通信连接以及光网 络灵活性和可升级性的需求，LPO（线性驱动可插拔光学模块） 应运而生。LPO技术采用了线性直驱的方式，将DSP替换为具有高 线性度的Driver（驱动芯片）和TIA（Trans -Impedance Amplifier，跨阻放大器），并分别集成CTLE（Continuous Time Linear Equalization，连续时间线性均衡）和EQ（Equalization， 均衡）功能，从而大大降低了功耗和延迟。

二、LPO光模块行业分析

市场规模

由于智算中心的建设，光模块市场将成为一 个重要的增长点，预计在技术层面和需求层 面将带来深刻的变革。受益于不断发展的应 用场景和快速增长的市场需求 ， 据 LightCounting预测，未来5年光模块市场 总量仍将保持持续增长势头。光通信行业市 场调研机构LightCounting预计，传统的可 插拔模块将在未来5年甚至更长时间内继续 主导市场。

预计业内将在2024年底首次部署LPO光模 块。到了2026年-2028年，LPO/CPO端口 将占到800G和1.6T总部署端口的30%以上。 预计LPO光模块出货量从2023年的1.31万 件增长到2028年的418万件，CAGR可达 217%。预计800G及以上速率LPO光模块 出货量占比预计从2023年的3%增长到 2028年的19%。

竞争格局

光通信行业知名市场机构 LightCounting 公布了最新版 2022 年全 球光模块 TOP10 榜单。 榜单显示，中国光模块厂商强者愈强，一共 7 家入围，海外仅剩 3 家在榜单上。 2022 年，旭创科技（排名并列 第 1）、华为（排名第 4）、光迅科技（排名第 5）、海信宽 带（排 名第 6）、新易盛（排名第 7）、华工正源（排名第 8）、索尔思光 电（排名第 10） 入围。值得一提的是，索尔思光电被中国公司收购 ，故本期已是中国光模块厂商。

中国光模块厂商的国际竞争力大大提高，光模块行业呈现强者愈强的局面 ， 行业集中度和规模竞争力优势不断提升。硅光、CPO、 LPO 等前沿技术有望成为未来竞争着力点，二线厂商有望在新技术领域实现赶超。

LPO和CPO的功能对比

CPO：（Co-Packaged Optics）是指把光引擎和交换芯片共同封装在一起的光电共封装，没有采用可插拔光模块的形式，这种方式 能够使得电信号在引擎和芯片之间更快的传输，缩短了光引擎和交换芯片间的距离，有效减少尺寸，降低功耗，提高效率。

英伟达架构

英伟达的 AI 数据中心中，采用了胖树（fat-tree）的网络架构来实现无阻塞的功能。 AI数据中心光模块需求提升。在英伟达 DGX A100 SuperPOD 的 AI 数据中心系统中，三层交换机全部为 Nvidia Quantum QM8790 的 40端口交换机。第一层交换机与 1120 张 Mellanox HDR 200G Infiniband 网卡连接；第二层交换机下传端口与第一 层相连，上传端口与第三层互联；第三层交换机只有下传端口，与第二层相连。此外，存储侧独立组网，与计算侧网络架构分开，也 需要一定数量的交换机和光模块。因此，相比较传统数据中心，AI 数据中心中的交换机及光模块数量大幅提升。 英伟达主流使用400G光模块和800G光模块。英伟达的 A100 GPU 主要对应 200G 光模块，H100 GPU 可以对应 400G 或 800G 光 模块。每个 A100 GPU 配一张 Mellanox HDR 200Gb/s Infiniband 网卡，每个 H100 GPU 配一张 Mellanox NDR 400Gb/s Infiniband 网卡。 英伟达在 H100 SuperPOD 的设计中，采用了 800G 的光模块，在光口采用 1 个 800G 光模块可以替代 2 个 400G 光模块，在电口也可以将 8 个 SerDes 通道进行整合，与光口的 8 个 100G 通道一一对应。这种设计下，交换机的通道密度提 高，物理尺寸显著降低。

三、LPO光模块重点公司分析

剑桥科技：全球领先的ICT设备供应商

上海剑桥科技股份有限公司是一家立足于中国，服务于全球ICT行业的新型企业。公司凭借完备而雄厚 的研发能力和先进的智能制造能力双引擎，公司现已成为一家集杰出研发能力、大规模生产制造和良好品 牌形象于一体的高新技术企业及为全球ICT产业提供ODM/JDM/OEM的设备厂商。

作为科技创新型企业，剑桥科技在不断发展壮大的同时，把自身视为是社会整体与自然环境的一部分，将社会责任与企业文化融合， 将可持续发展作为公司运营的发展战略，秉承以人为本、科技创新、造福社会，以期成为可持续发展的智能化公司。

公司主要从事家庭、企业及工业应用类ICT终端设备、高速光组件和高速光模块、5G网络设备三大领域产品的研发、生产和销售。 目前产品包括电信宽带终端、无线网络设备、智能家庭网关、Wi-Fi Mesh终端、数据交换机、工业物联网基础硬件、高速光组件和高速 光模块、4G/5G无线网络小基站等八大品类。公司产品已广泛应用到世界各国主流电信运营商的网络。

新易盛：世界一流的高速光收发模块制造商

成都新易盛通信技术股份有限公司为中外合资企业，是中国光模块及子系统全方位定制化产品和专业化 系统解决方案供应商。公司成立于2008年，主要产品为点对点光模块和PON光模块，产品规格超过3000种。 经过多年的发展和积累，公司拥有国内外客户300多家，产品销往欧洲、北美、亚洲等60多个国家和地区。

近年来，公司积极进行全球布局，国际化的视野将加速企业未来发展。成都新产业园项目火热建设中，预计2023年建成投产，总 投资近18个亿，建筑面积达8万多平米！美国全资子公司，深入参与硅光模块、相干光模块以及硅光子芯片技术的市场竞争，行业前沿 技术不断突破！泰国全资子公司，海外制造迅速布局，研产销体系优化升级，多维度满足客户需求。

公司专注耕耘光通信领域20余年， 产品技术迭代一直处于行业领先地位。2023年上半年，公司推出行业前沿产品800G线性驱动可插 拔光学器件（LPO）及基于单波200G光器件的1.6T和800G光模块，同时是国内少数实现批量交付运用于数据中心市场的100G、 200G、400G、800G高速光模块的企业，并已成功研发出涵盖5G前传、中传、回传的25G、50G、100G、200G系列光模块产品并 实现批量交付，更高速率的800G光模块产品组合及基于硅光解决方案的400G光模块产品也已成功推出。而随着核心技术的不断更新 迭代，公司将进一步参与数据中心、人工智能AI和机器学习ML的市场竞争。

中际旭创：专业的高速光模块解决方案提供商

中际旭创股份有限公司是一家专业的高速光模块解决方案提供商，是集高端光通信收发模块的研发、设计、 封装、测试和销售于一体的技术创新型企业。2017年，中际旭创正式登陆创业板。近年来，中际旭创保持着 良好的营收表现和出色的资本运作能力，发挥平台优势，整合产业资源，不断加强光电产业全链条投资布局。

公司深耕光通信收发模块及光器件的研发与制造，产品成功进入全球主流市场被多家业界顶级客户广泛应用。公司创立至今，载誉前行， 未来将继续致力于通过创新制造具有卓越性能的优质产品，改善人类的生活方式，助力社会发展进步。

中际旭创全资控股苏州旭创，战略控股储翰科技及君歌电子，上市公司发挥其控股平台和运营总部的职能，整合产业资源。经过十多年 的发展，旭创科技已成为数据中心内部互联和5G无线市场领域高端光模块的业界公认领航者。同时，旭创科技也在不断扩展自己的业务 范围，努力寻求在数据中心互联、接入网和城域网方面提供解决方案。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）