2025年硅光模块行业分析：AI变革推动硅光模块快速发展

一、AI浪潮下硅光模块产业化进程加速

硅光模块：下一代高集成光传输模块（从分立器件向硅光技术发展）

硅光模块是基于硅光子技术的新一代光通信器件，其应用场景跟传统光模块类似，高集成度及兼容CMOS工艺成为其核心优势。硅光模块以硅光技术为核心，将激 光器、调制器、探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上，再与DSP/TIA/DRIVER等电芯片组成硅光模块；传统光模块中各器件分立，需要连接与封装。硅光技术 以其材料特性以及CMOS工艺的先天优势，能够很好的满足数据中心对更低成本、更高集成、更低功耗、更高互联密度等要求，重要性将愈加凸显。PhotonicsSOI（Photonics Silicon-On-Insulator）绝缘体上硅材料平台可以让标准CMOS晶圆厂实现了高速光发射器和接收器芯片的大批量生产晶圆，为数据中心内链路提 供了高数据速率和高性价比的收发器解决方案。

硅光模块以硅光芯片为核心，与电芯片一起封装组成模块

硅光模块：将光源（部分异质集成在硅光芯片上）、硅光芯片，DSP、 TIA、CDR、驱动器等电芯片集成到一个PCB 板上并通过金属外壳封装。 硅光芯片：将调制器阵列、探测器阵列、耦合器、复用/解复用器件、光 波导等细分光芯片集成在单个硅基芯片上。 有源光芯片包括激光器、调制器、探测器等。激光器是将电信号转化为 光信号的关键器件，采用III-V族化合物例如InP；调制器将输入的电信 号通过物理效应转换为光信号，精确调控光波的强度、相位或频率等参 数，以实现信息在光纤中的高效传输；探测器通过光电效应将接收到的 光信号转换为电流信号。 无源光芯片包括光波导、耦合器、复用/解复用器件等，分别用于光路 由、光信号与硅光芯片的耦合以及波分复用/解复用。

硅光模块相比传统光模块拥有高集成度、低成本、低功耗优势

相较传统分立光模块，硅光模块具有高集成度、低成本、低功耗等优势。 高集成度：基于硅基CMOS工艺，将激光器、调制器、波导、光电探测器等光电器件单片集成于单一硅芯片，组件 数量大幅减少，体积缩小约30%。 低成本：（1）相较于III-IV族材料，硅在自然界中丰度优势显著，成本远低于III-IV族材料；（2）通过集成化设计减 少封装工序，组件与人工成本下降；（3）外置激光器方案具有成本优势。整体硅光模块相比传统光模块成本减少约 20%。 低功耗：（1）高密度集成减少了分立器件之间连接的损耗；（2）由于不需要TEC来管理温度和性能，功耗降低了 近40%。

硅光技术发展30年，硅基调制器和激光器商业化是发展转折点

2004年，英特尔研制出首个1Gb/s硅光调制器，基于载流子色散效应，采用反向偏置PN结结构。 2006年，英特尔与UCSB合作实现硅基混合激光器，通过晶圆键合将InP激光器与硅波导耦合， 解决片上光源问题。2008年，英特尔推出“雪崩硅激光探测器”，带宽提升至340 GHz，采用 行波电极设计优化射频响应。2010年左右，Intel和IBM相继针对芯片间的光互联进行了研究并 分别实现了 50Gb/s 和 160Gb/s 的传输速率。2013年Luxtera推出首款商用级100G QSFP28硅 光模块，采用CMOS工艺实现单片集成，主要面向数据中心短距互联（如DR4场景）；2016年， Intel推出了100Gbit/s QSFP28 硅光模块。 2013年左右成功实现硅光模块商业化的公司都掌握了硅基高速调制器方案，实现了高效耦合和 低成本，激光器解决方案包括外置激光器和异质键合。

二、详解硅光模块，硅基材料与化合物结合的亮点

基于硅基光电子技术实现光电收发的硅光模块拆解

硅基光电子技术通过异质集成与CMOS兼容工艺，将光波导、调制器、探测器等核心器件集成于单一硅芯片，实现 光电收发功能的高效融合。（1）硅光模块中的无源器件包括路由、分束器、耦合器（模斑转换器或光栅）、复用/ 解复用器件（波导阵列光栅、微环谐振腔、偏振分束器等），均由硅/氮化硅制作，兼容成熟的CMOS工艺，实现 高度集成。（2）硅光模块中有源器件包括激光器、调制器及探测器，需对硅进行处理或借助其他材料。其中激光 器仍然沿用传统光模块中的Ⅲ-Ⅴ族材料，主要为InP，分为外置CW光源与片上集成方案；调制器目前主流方案为 硅基载流子调制器，通过对硅注入或耗尽载流子实现，性能稍差于传统光模块中的InP调制器或薄膜铌酸锂调制器， 未来可能向异质集成薄膜铌酸锂调制器发展；探测器通过在硅上生长锗实现。（3）电芯片与传统分立式光模块中 类似，包括DSP、TIA/Driver、CDR等芯片。

硅：是理想光电子集成平台，硅基工艺已拥有成熟产业生态

人工智能及5G需求推动下通信数据量呈指数级增长，推动光模块向光子集成的趋势发展。在人工智能算力、5G及数据中心爆发式增长的驱动下，传统光模块面临 带宽、功耗和集成度的多重瓶颈，以光互连形式实现的光子集成电路可以实现更大带宽、更高速率和更低功耗，开始不断发展并表现出极大潜力。其中，硅是理想 的光电子集成平台。 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。目前全球多家晶圆厂提供硅光子服务，可避免高昂的设备投资从而实现低成本。 产业规模化成本低：而且外延工艺复杂，导致成本较高。相较于In等元素，硅在自然界中丰度优势显著，成本较低。磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）晶圆尺寸较 小（3-4英寸），而硅光器件能够在8-12英寸晶圆上面一次加工，高集成度优势明显。单片硅光子学和异质硅光子学的集成水平正以极高的速度增长，单个芯片上 集成的组件数量也在增加，导致硅光芯片尺寸更小，能够在一次加工中得到更多芯片。 异质集成弥补SOI绝缘体上硅在有源器件及高功率光波导方面的劣势：通过异质集成技术，可有效弥补SOI平台在有源器件及高功率光波导方面的固有缺陷。例如通 过集成InP实现激光发射，通过集成薄膜铌酸锂实现电光调制性能，通过外延生长集成SiN用于分光器。

硅光芯片：硅基材料与化合物材料结合充分发挥硅光特性

目前的光子集成的材料包括硅（Si）、氮化硅（SiN）、Ⅲ-Ⅴ族半导体材料及铌酸锂（LN），基于不同材料的物理特性适用于不同器件。 (1) SOI(Silicon-OnInsulator)体系的波导折射率差异大、模场限制能力强，可以制备紧凑、低损耗、高一致性的光波导；还可以通过外延生长锗（Ge）实现高效率调制；但是由于硅 是间接带隙材料，不适合制作激光器。(2)SiN凭借超低的波导损耗和高功率耐受性适用于分光器及耦合器。（3）Ⅲ-Ⅴ族半导体材料是直接带隙材料，具备高发光 效率，是高性能激光器和探测器的核心材料。 (4) LN由于其电光系数大（33 pm/V）、光学透明窗口大等特性在调制器件大规模应用。

在硅光芯片中，通过融合不同材料体系，可突破单一材料的性能局限，实现性能与成本的平衡。 (1)异质集成技术将InP等高发光效率的III-V族材料与硅基衬底结合， 解决了硅材料间接带隙导致的发光效率低问题，同时保留硅基CMOS工艺的低成本和大规模制造优势。 (2)用铌酸锂薄膜（LNOI）与硅的异质集成，可将调制器带 宽提升至200GHz以上，显著增强高速通信性能。 (3)通过晶圆级键合或外延生长技术，既能兼容成熟半导体工艺以降低制造成本，又能实现光电器件的高密度集成， 提升系统可靠性。这种多材料融合策略不仅优化了硅光芯片的带宽、能效和抗干扰能力，还能通过规模化生产摊薄成本，推动其在疏通机电信等场景商业化落地。

三、硅光模块产业链分析，国产替代的机遇

硅光模块产业链：英特尔为全球龙头，我国已形成全产业链布局

全球硅光产业链包括英特尔、思科、Marvell、博通、英伟达和IBM等主要的垂直整合企业，其中在数据通信领域，英特尔在出货量和收入方面属于市场头部；以 及AyarLabs、OpenLight、Lightmatter和Lightelligence等初创公司/设计公司。UCSB、哥伦比亚大学、斯坦福工程学院和麻省理工学院等研究机构，以及 GlobalFoundries、Tower Semiconductor、imec和TSMC等代工厂，还包括应用材料、阿斯麦和爱思强等设备供应商。 我国硅光模块产业链已形成从芯片设计、器件供应到模块制造的全链条布局，光模块企业包括中际旭创、新易盛、光迅科技、华工科技、亨通光电、博创科技、德 科立等均在布局硅光技术。

硅光芯片/模块：中际旭创是光模块龙头企业，布局硅光等前沿技术

中际旭创是全球领先的数据中心光模块供应商。公司主要致力于高端光通信收发模块的研发、设计、封装、测试和销售，产品服务于云计算数据中心、数据通信、 5G无线网络、电信传输和固网接入等领域的国内外客户。公司2024年实现营业收入238.62亿元，同比+122.6%，实现归母净利润51.7亿元，同比+137.9%， 其中高端光通讯沙发模块营收228.86亿元；公司25年Q1实现营业收入66.74亿元，同比+37.8%，实现归母净利润15.83亿元，同比+56.8%。

公司布局硅光技术多年，实现硅光芯片的自主设计，硅光模块持续迭代并量产出货。自2017年起，中际旭创便成立硅光芯片研发团队开启技术攻关，并于2019 年OFC首次公开展示基于硅光技术的400G QSFP-DD DR4光模块原型。随着技术迭代，企业于2022年OFC展会上推出搭载自主设计硅光芯片的800G可插拔 OSFP 2*FR4与QSFP-DD DR8+系列模块，22年一季度即向国际客户送测400G/800G硅光模块样机。2023年技术实现重大突破，在OFC展会现场演示集成 5nm DSP芯片的第二代800G硅光模块，同年9月与Tower Semiconductor达成战略合作，基于PH18硅光工艺平台启动多代高速光模块量产计划。2024年，公 司在OFC展会上发布面向AI算力的800G与1.6Tbps硅光模块整体解决方案，涵盖采用自研硅光芯片的1.6T-DR8 OSFP线性驱动模块。量产进程方面，2024年7 月已完成400G/800G硅光模块规模化交付，并同步推进1.6T硅光模块的客户认证测试工作。在2025年OFC展会上，公司报道了一种氮化硅单taper的端面耦合 器设计，实现了极低插损并完全基于代工厂可获取的8英寸标准工艺。

CW激光器：源杰科技是国内光芯片龙头企业

源杰科技是国内光芯片领先制造商，主营业务为光芯片的研发、设计、生产与销售。公司的主要产品为光芯片，主要应用于电信市场、数据中心市场、车载激光 雷达市场等领域。在光通信领域中，主要产品包括 2.5G、10G、25G、50G、100G 以及更高速率的 DFB、EML 激光器系列产品和大功率硅光光源产品，主要 应用于光纤接入、4G/5G 移动通信网络和数据中心等领域。公司已建立了包含芯片设计、晶圆制造、芯片加工和测试的 IDM全流程业务体系，拥有多条覆盖 MOCVD 外延生长、光栅工艺、光波导制作、金属化工艺、端面镀膜、自动化芯片测试、芯片高频测试、可靠性测试验证等全流程自主可控的生产线，公司逐步 发展为国内领先的光芯片供应商。2024年公司实现营业收入2.52亿元，同比+74.6%，实现归母净利润-0.06亿元，同比-131.5%；公司2025年一季度实现营业 收入0.84亿元，同比+40.5%，实现归母净利润0.14亿元，同比+35.9%。

电芯片（TIA/Driver）：海外公司技术领先，国产替代正在进行

国际层面，Macom、Marvell（收购Inphi）、Semtech、三菱、住友、TI、ADI（收购美信）等企业凭借先进工艺和高端技术主导市场。Macom可提供用于 1.6T光模块的TIA芯片，产品包括用于相干和PAM-4接收机的线性TIAs以及用于基于NRZ的接收机的限制性TIA/Driver，具有市场领先的增益、噪声性能和功耗。 Marvell（收购Inphi）提供用于长距离及数据中心内短距离通信光模块TIA芯片，具有良好线性度、高带宽、低噪声、低功耗等优势，其中2024年发布的 IN11264TA可用于1.6T光模块中；Driver芯片可用于100G至1.6T PAM4和相干的光模块。Semtech可提供112GBd PAM4 TIA及Driver芯片，用于1.6T光模块。 TI提供用于100G光模块的四通道TIA芯片以及Driver芯片。ADI的Driver芯片可用于驱动DFB和VCSEL，支持50 Mbps到11.3 Gbps的连续模式数据速率。

报告节选：

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