2025年通信行业分析：硅光加速渗透拐点已至

一、硅光：“More than Moore”新引擎，突破高性能计 算的铜质瓶颈

（一）硅基光子技术：“More Than Moore”的重要路径

硅光--集成光学的理想平台。硅光凭借其低功耗、低成本、小尺寸以及CMOS兼容性 等优势，已成为各种光子集成平台中最具量产前景的片上光子信号处理平台。 硅光常用的材料包括：绝缘体上硅（SOI）、氮化硅（SiN）、锗硅（GeSi）、硅上 锗（Ge-on-Si）、硅纳米晶体（Si-nc）等。其中，绝缘体上硅（SOI）是硅光中最常 用的材料；硅纳米晶体（Si-nc）由于超低损耗，成为无源器件的首选材料；锗硅（GeSi） 可用于电吸收调制器；硅上锗（Ge-on-Si）可用于制作高速片上探测器。 硅光器件有三种分类方式：（1）根据器件的波导结构，可以分为光I/O、波导、环形 谐振器、马赫-曾德干涉仪（MZI）、多模干涉仪（MMI）等；（2）按照是否需要外 部能源驱动，可以分为无源和有源两类；（3）根据信号流的流向，硅光器件可以分 成激光器、调制器、开关、滤波器、（解）复用器、探测器等，电流从计算核心流出， 到硅光芯片通过光电效应转换为光信号发射到电路板上的超细光纤，到另一芯片后 转换为电信号。

AI/ML发展推动光模块向T比特时代演进，迭代周期缩短至2年。回顾光通信网络升 级迭代历史，其光网络生态的演进往往以交换机芯片的升级作为先决条件。博通TH系列芯片从2014年Tomahawk1发布后，以每两年容量翻一番的速度推出，而过去， 光模块也以大致每四年一代的速度升级。而光模块作为整个数据中心网络架构的流 量瓶颈环节，AI/ML推动数据中心对光模块的传输速率更高、升级速度加快，光模块 迭代周期从以往的四年一迭代，缩短至2年一迭代。 （1）100G时代：2014年9月Broadcom推出首个Tomahawk产品，2016年100G光模 块及100G交换换机也在此时开始规模部署，数据中心开始进行100G的升级； （2）400G时代：2017年12月首款400G芯片（Tomahawk3）送样，19年12月正式 推出全球首款具备25.6Tbps交换能力的交换机芯片Tomahawk4，2020年400G光模 块进入放量元年，数据中心正式从100G向400G迭代； （3）800G时代：22年8月，博通推出速率高达51.2Tbps的Tomahawk 5ASIC，23年 3月，Tomahawk 5(战斧5)系列批量出货。根据Yole的数据显示，2023年800G光模 块正式放量，2024年全年800G需求相较2023年需求数倍增长。 （4）1.6T时代：2024年3月，英伟达在GTC大会上发布NVIDIA GB200 Grace Blackwell超级芯片，并发布Quantum-X800 InfiniBand网络和NVIDIA Spectrum™- X800以太网络。作为全球首批高达800Gb/s端到端吞吐量的网络平台，带动光通信 网络架构加速升级。AI算力需求高速增长下，AI训练和推理对高带宽、低延迟的需 求推动数据中心向1.6T光模块迭代。

随着光通信网络持续向下一代演进，将带来如下挑战： 1、III-V族半导体光芯片生产难度随调制速率提升：光模块速率的演进升级往往有 以下途径：（1）增加通道数量，又称并行光学技术（光纤芯数 2f->8f->16f->32f）；（2）提高调制速率（单通道50G->100G->200G）；（3）增 加波长数，又称波分复用技技术（CWDM/LWDM/SWDM）。传统III-V族化合物半 导体随速率提高，信号失真、噪声等问题变得更加复杂，需要更复杂的调制技术； 同时无源波导损耗较大限制大规模集成，且因为材料本身属性问题只可适应特定波 段应用，整体工艺复杂、成本较高。2、功耗持续上升：随着数据中心对带宽的需求不断增加，光模块的速率带动其功耗 逐渐提升。400G QSFP-DD DR4光模块的功耗大约在12W以内，而800G光模块的 功耗则在12W到16W之间。Dell'Oro Group副总裁Sameh Boujelbene表示，预计可 插拔光学器件在系统级功耗中所占的比例将越来越大，在51.2 Tbps及以上时将超过 交换机系统功率的50%。随着云服务提供商构建其下一代AI网络并继续推动更高的 速度，这个问题将进一步加剧。 3、摩尔定律失效：集成电路发展遵循“摩尔定律”，CMOS工艺发展已经接近物理极 限，限制了SerDes的集成密度及处理速度进一步提升。随着集成电路线宽不断缩小 至3nm、1nm，电互连信号延迟、带宽受限、功耗密度上升等问题开始出现。

硅光能够解决AI/ML时代下暴涨的算力需求与摩尔定律失效的核心矛盾。光信号传 输过程中衰减少、传输带宽高，硅基光电子拥有大带宽、高速率、低能耗、强干扰能 力等优势，在摩尔定律逐渐失效、传统电芯片传输速率提升遇到瓶颈时，能够适应 AI/ML时代下持续演进的更高速、更复杂的光通信系统。硅光技术成为后摩尔定律时 代“More Than Moore”的重要途径，是确定的技术发展趋势。

（二）硅光技术具有高集成、低成本、低功耗、高速率等优势

硅光技术具有高集成、低成本、低功耗、高速率等优势。（1）高集成：硅光芯片将 核心电子元件和光学器件集成至一个独立的微芯片当中，器件数量减少，同时集成 度显著提升。（2）低成本：硅光方案相比于传统可插拔光模块方案，在材料成本、 制造成本、封装成本端，都有较大的改进。（3）低功耗：硅光方案有高集成的特点， 使得各组件之间的距离更近，有效提升了传输速率和密度，降低了功耗；同时相较 于传统可插拔方案，减少了插入损耗。（4）高速率：传统电信号已接近传输速率瓶 颈，光信号采用光纤传输架构，可大幅提升单一链路的传输速度。

1. 高集成

硅光芯片主要由CMOS集成电路、有源光器件（激光器、探测器、调制器等）和无 源光器件（滤波器、波导、耦合）构成。根据英特尔硅基光电子集成芯片概念图，硅 光芯片将光学与电子元件组合至一个独立的微芯片中，其中电子元件组合在CMOS 集成电路中光学元件包含激光器、探测器、调制器等有源光器件以及滤波器、波导、 耦合器、波分复用等无源光器件。 混合集成工艺较为成熟，单片集成性能优势明显。目前市场较为常见的两种集成方 案是混合集成和单片集成。混合集成指将硅芯片和其他材料光学组件组合在同一衬 底之上，即将电子元件和光学器件集成在一个硅芯片上。该情形下，硅芯片负责电 子信号处理，光学器件则负责光信号生成和调制。单片集成则是将光源、调制器、探 测器等光学器件直接集成在硅衬底之上，进一步减小尺寸、提升集成度。当前阶段， 混合集成工艺较为成熟，同时可以实现有源器件和无源器件较为灵活的组合，应用 程度更广；单片集成方案在集成度和功耗上都有较大优势，但技术难度较高。

2. 低成本

硅光方案在材料、制造及封装端，相较传统方案均有一定下降。（1）材料端，硅基 衬底相对于三五族化合物有成本优势。传统光芯片通常采用三五族化合物磷化铟和 砷化镓作为衬底材料，这类化合物材料具有高频、高低温性能好等优点，但相对于 硅基衬底材料整体价格更高。（2）制造端，传统可插拔方案成本随光模块升级提升， CW光源方案成为降本替代方案；同时硅光方案中大量无源器件被集成，有效降低成 本。传统可插拔光模块随带宽提升，所需光芯片的数量及速率提升，成本随之增加。 例如，400G光模块市场多采用4*100EML或8*50VCSEL方案，800G光模块则升级为 8*100EML或8*100VCSEL方案。而目前主流的硅光方案则采用外置CW光源方案， 且无源器件高度集成，降本优势明显。（3）封装端，硅光方案集成度更高，有效降 低了封装及人力成本。

3. 低功耗

硅光方案高集成的特点以及外置光源方案的引用有效降低了光模块的功耗。一方面， 硅光芯片具有高度集成的特点，激光器、探测器等光学组件被集成在同一硅基板上， 相较于传统方案，各组件之间的距离更近，有效提升了传输速率和密度，降低了工 作功耗。另一方面，传统可插拔光模块升级途径主要通过提升单路速率和增加并行 通道数，两种方案均会较大程度提升光模块功耗，若后续向3.2T或更高带宽升级， 会造成功耗提升；外置大功率CW光源方案目前被更多硅光技术研发公司采用，用外置光源代替传统方案中的光芯片，有效地减少了多通道高速率的工作功耗，同时其 外置设计方案也减少了插入损耗。

4. 高速率

外调制方案进一步实现高速率、提升信号传输质量。一方面，云计算和人工智能需 求加速增长，对芯片间数据交换的要求越来越强。光信号相较于电信号，具有低损 耗、高带宽、高速率的特点。传统电信号已接近传输速率瓶颈，光子芯片采用光波作 为信息载体，无需担心电阻增大导致的能耗增加以及导线串扰变对芯片高频性能的 影响，因此具有更低的传输损耗、更宽的传输带宽和更高的传输速率。另一方面，目 前主流的硅调制器采用外调制方案，相较于直接调制，信号传输质量更好，信号传 输速率也更高。

二、从光子集成迈向光电融合星辰大海

从光子集成迈向光电融合集成的星辰大海。光在数据中心网络中的重要性日益凸显， 其低损耗、大带宽、低成本的优势显著。随着硅光芯片集成度逐渐提升，能够实现更 小的尺寸、更高的性能及更低的功耗。Lightcounting资料显示，部署在AI集群中的光 收发器中有90%以上用于IB网络和以太网连接，谷歌是唯一一家在其生产AI集群中 使用光收发器进行TPU之间核心间互连的公司。Nvidia正在其研究集群中测试与 GPU的光学NVLink连接。未来，光连接将在“设备-设备”（可插拔光模块、CPO共封 装）、“板-板”（PCIe光互连）、“芯片-芯片”（Optical I/O）等多个场景加速渗透。

（一）硅光模块：降本降功耗的重要路径

硅光模块通过光子集成技术，即光子集成电路技术（PIC，Photonic Integrated Circuit） 将光学元器件集成在一个单片之中，大规模单片PIC使得系统尺寸、功耗以及可靠性 都得到大幅度提高，同时降低系统成本。硅光模块外观与分立式模块较为类似，同 为可插拔的形态。

现阶段，主流硅光模块内部并未将激光器及电芯片集成在硅光芯片内部，但是光电 单片集成为长期趋势。 当前外置光源是硅光模块的主流解决方案。由于硅是间接带隙半导体，很难成为光 源材料。目前硅光系统普遍采用磷化铟作为光源。同时，III-V族激光器需要进行异质 集成或外置。由于III-V族激光器与硅光芯片的耦合是关键问题，主流的工艺方案有片 上倒装焊集成、片上异质键合集成和片上直接外延生长集成。当前硅光芯片主要负 责光波导探测和调制功能，光源尚未集成在其内，外置CW激光光源是目前硅光模块 的主流解决方案。

光电单片集成是未来的发展趋势。如下左图所示，Sicoya 100Gbit/s的硅光芯片将光 芯片（光栅耦合器、光波导、探测器、调制器）及电芯片（激光器驱动器、控制器、 TIA跨阻放大器、驱动器、CDR时钟恢复单元及SPI串行接口）全部集成到了一个硅 基芯片上，单片集成的优势在于可以减小尺寸、提高集成度、降低制造成本；右下图 为Intel包含CMOS电路、有源及无源光器件、光源的光电单片集成芯片，采用3D封 装，将电子CMOS IC堆叠在光子IC之上。

现阶段，硅光光模块与传统光模块最大的区别在于将分立的光器件集成在硅光芯片 上，其封装形态也更简化。 传统光模块：主要由光源、调制器、光纤/波导、探测器等几部分组成，传统工艺需 要依次封装电芯片、光芯片、透镜、对准组件、光纤端面等器件，最终实现将调制 器、接收器以及无源光学器件等高度集成1。

硅光光模块：通过硅光芯片将有源光器件（激光器（集成或外置，现多外置）、探测 器和调制器）及无源光器件（MUX/DEMUX、耦合器、滤波器、光开关、分束器/合 束器、偏振器）高度集成在硅光芯片上，再与电芯片、外置的激光器、光线阵列等封 装为光模块。

相比传统光模块，硅光模块同样为可插拔形式，可以保持传统光模块易维护升级、 高环境适应性的优点，同时又通过硅光芯片的高集成及硅基的物理特性，实现了低 成本、低能耗等优点： （1）有效降低了光模块的工作功耗以及插入功耗。一方面，光学组件高集成、距离 更近，有效提升了传输速率和密度，降低了工作功耗；2）外置大功率CW光源方案目前被更多硅光技术研发公司采用，用外置光源代替传统方案中的光芯片，有效地 减少了多通道高速率的工作功耗，同时其外置设计方案也减少了插入损耗。 （2）硅光模块具有明显的成本优势：InP模块成本约为1美元/（Gbit/s），难以进一 步降低，而Intel预测未来硅光模块成本有望降低至0.3美元/（Gbit/s）2。 ①硅光模块可使用数量更少、更便宜的激光器：根据Marvell官网，以1.6T模块为例， 一个传统分立式光模块需要8颗单通道速率200G的EML光芯片才能实现一个1.6T光 模块。而硅光模块，四个通道共享一个激光器，只需要两个更便宜的CW激光器即可 运行。集成的硅光子模块也更加可靠和可扩展。

②硅光利用成熟工艺，芯片材料成本更低：早期III-V族化合物半导体材料以其高频、 高低温性能等优点成为首选，主要材料为InP（磷化铟）。InP是直接带隙半导体，具 备高的电子迁移率和热稳定性。但由于铟是稀有材料，且InP外延工艺复杂，而硅光 芯片利用成熟的工艺平台（产业界通常为45~180nm制程），工艺难度及成本相对较 低。 ③集成化设计降低制造成本：硅光方案中，滤波器、波导、耦合器、波分复用等无 源器件高度集成，集成化设计减少芯片内部线路连接及封装环节，降低系统成本。

（二）CPO：共封装光学，高算力高能效下的重要趋势

在传统设计中，可插拔光模块（无论是传统分立式光模块，或是硅光模块），都是以 可插拔的形式插在交换机端口上,均通过相对较长的电走线连接到交换机ASIC，这段 电信号走线损失较大。 华为在《数据中心2030》中提出，光接口依赖于SerDes技术，SerDes为数模混合 的技术，其能效演进低于ASIC部分。为进一步降低功耗，必须要通过缩短SerDes 的距离或者减少SerDes的数量来降低功耗。简单来说，光学器件要尽可能贴近交 换机以缩短电流通的距离。

CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学）通过将电子集成电路（EIC）和光子集 成电路（PIC）进行共封装，CPO技术大幅缩短了交换芯片和光引擎间的距离--将高 速电气串行器/解串器(SerDes)链路的距离缩短至几毫米，从而降低I/O的总功耗和发 热量，显著降低信号延迟，提高带宽密度并改善信号完整性。CPO可以带来显著降 低功耗及信号延迟。

1. OE光引擎：光引擎是整个CPO系统中负责光电转换的核心有源器件，通过2D、 2.5D或3D封装的形式，将PIC光芯片与EIC电芯片封装在一起。 （1）2D封装：将PIC和EIC水平并列在PCB上，通过引线键合或倒装芯片连接。这 种方法可以单独设计制备EIC和PIC，灵活性高、成本效益高，但是PIC及EIC的电互 联较长，高频信号会发生明显衰减，且尺寸较大。 （2）2.5D封装：将PIC与EIC倒装在中介层上，两者之间有毫米级连接，再通过中 介层的金属实现PIC与EIC的互联，中介层与封装基板或PCB板相连。2.5D封装是 一种较为折中的方案，在性能、成本与制造周期之间取得了平衡。 （3）3D封装：通过硅穿孔（TSV）、凸点（Bumping）、重布线（RDL）等先进的半导体封装技术，将PIC直接作为中介层，将EIC垂直方向进行垂直互联。能够 实现更短的距离、更高的气密性、更高频的性能及更低的功耗，但实现难度也更 大。

2. ELS外置光源：External laser source外置激光光源，现阶段的CPO交换机将激光 源与PIC分离成一个独立模块，外置激光光源可插拔，后期维护简单、灵活。ELS内 部由若干个CW激光器芯片组成。

3. FAU光纤阵列：FAU用于将光纤与光引擎进行精确的耦合对齐，减少信号损失， 提高数据传输效率。

4. MPO连接器：用于普通光纤SMF与保偏光纤PMF的连接，高芯数的MPO（如16 芯MPO）可以有效缩减前面板所需端口数量。

5. Fiber Shuffle光纤柔性板：CPO交换机中有成百上千根光纤（包括SMF及PMF）， 需要解决这些光纤在交换机空间内部布线的问题，所以在光引擎及前端面，通过光 纤柔性光背板Shuffle的方式可以解决高密度光纤的问题。柔性光背板结合MT光纤接 头，来自定义光纤的路由线路，以支持光纤的分配和处理。

6. PMF保偏光纤：保偏光纤的全称为Polarization Maintaining Fiber，由于CPO光引 擎对光的偏振状态非常敏感，需要光源保持激光偏振态。保偏光纤可以使光在光纤 中仅沿着一个偏振方向传播，以此保证信号的稳定性。 博通CPO技术及产品领先，能够显著降低集群功耗。博通推出业界首个51.2Tbps CPO交换产品Bailly，采用2.5D封装方案，该产品包含8个6.4T Bailly硅光引擎 （(64x100Gbps FR4)）和Tomahawk 5交换芯片，可以实现70%的功耗下降，硅面积效率提升8倍。博通表示，800G及1.6T可插拔模块的功耗分别为14W及25W，而 CPO可以将其分别降低至5W/10W。同时，根据博通在ECOC 2024上的演讲，相比 于传统可插拔光模块的方案，使用CPO方案可以让一个NVL576（B200）架构集群 的功耗由16.2kw降低至7.1kw，让一个由30528张GPU组成的AI集群功耗由832kw 降低至366kw。

CPO是未来的确定趋势，预计26-27年逐步开始渗透起量。根据IDTechEx的数据， 到2035年，共封装光学（CPO）市场预计将超过12亿美元，从2025年到2035年将以 28.9%的强劲复合年增长率增长。CPO网络交换机预计将主导收入产生，每台交换 机可能包含多达16个CPO PIC。人工智能系统的光互连将占市场的约20%，每个人 工智能加速器通常使用一个光互连PIC，以满足先进计算应用中对高速数据处理和通 信日益增长的需求。CPO技术预计在26-27年逐步开始渗透起量，在3.2T时代被批量 应用。

（三）OCS：全光交换，更灵活、低成本的互联新可能

OCS（Optical Circuit Switch）全光交换技术是一种基于光学交叉开关原理（M个 输入光口和N个输出光口之间可以任意切换）的光信号控制交换技术。其核心功能是 在光层面对信号进行快速、灵活的路由和切换，使服务器端口实现直接光学互连， 过程无需光电（O-E-O）转换，消除了之前数据中心网络中的Spine层，创建了动态 的逻辑拓扑。其优势包括：（1）能够适应未来速率升级需求，实现多次速率升级的 平滑过渡；（2）OCS可在物理层实现可重构，适配不同训练任务的需求，提高网络 可靠性；（3）高精度低损耗、高性能低时延；（4）节省硬件成本。 根据凌云光光纤器件与仪器事业部解决方案总监张华博士在2024中国光网络研讨会 （OptiNet China 2024）上的分享，当前OCS的商用技术方案主要有DirectLight DBS 技术和MEMS技术方案： （1） DirectLight DBS技术：基于光束偏转控制原理，通过动态光路调整实现光信 号的交换，在大规模端口扩展中表现出优异的可靠性和稳定性，在大规模AI 集群智算中心已开始应用，未来前景广阔。 （2） 以谷歌为代表的MEMS技术：谷歌在其TPU v4和TPU v5网络中采用了OCS 技术，通过拓扑结构的重构提高性能和可用性。

在谷歌的TPUv4构架中，OCS（光交换机）被用来联结由4096个芯片组成的网络。 谷歌TPU v4网络架构的拓扑结构是由4096个TPU V4芯片组成。谷歌的TPU v4拓扑 结构是一个3D Torus的环面。由4*4*4的TPU v4芯片互联在一起，形成一个立方体 结构，64个TPU v4芯片及其16个CPU主机放在一个机架中。再把64个立方体结构用 OCS光交换机连接在一起，组成一个4096个TPU的V4超级计算机。每一个节点都会 上下左右前后的连接到相邻的6个节点上，最后在三维空间里形成一个闭环，被称为 3D Torus环面。Palomar OCS为136×136（128端口加上用于链路测试和修复的8个 备件），因此48个OCS交换机连接每个立方体的48对电缆，对应需要6144个光模块， TPU与光模块的比例是1:1.5。

谷歌的OCS内部包含了两个注入模块（包含lens），负责接受和发射光源；2个MEMS 发射镜阵列，反射镜阵列有176个可单独控制的微反射镜，每个反射镜具有四个梳状 驱动区域，用于在两个方向上旋转反射镜，通过控制反射镜的位置来调解光路，从 而实现光路切换；同时还包括了2个850nm的相机模块、光纤准直器等零部件。同时 根据谷歌的论文，其OCS配套使用的光模块核心包含了DSP电芯片和EML光芯片， 还包含了一个光环形器，让环形器与光模块耦合，以双向方式操作这些单模光链路， 从而实现每条光纤和每个OCS端口的全双工通信，这将使所需光纤和OCS端口数量 减半，增大了带宽。

（四）Optical I/O：XPU 片间互联（Chip to Chip）新路径

硅光引领片间互联（chip to chip）新路径。随着多模态技术的成熟，AI和高性能计 算的需求持续增长，需要速度更快、扩展性更强的GPU互联。英伟达的NVLink技术 可将多个GPU通过英伟达SXM封装技术封装在一起，以支持GPU之间高带宽、低延 时、低功耗的直接通信与数据传输。随着高密度算力下能耗、拓展、成本等问题， Chip-to-Chip互联环节的光互连成为趋势，同时在体积的限制下，硅光子成为重要的 解决方案。 硅光技术有望解决“计算的最后一米”难题。目前数据中心内部设备（服务器-交换机、 交换机-交换机）基本多由铜缆转为光纤，但计算芯片和内存仍然通过主板内的铜线 互联，所以仍然存较大的功耗问题。随着未来技术的发展，可以将计算芯片和光模 块靠近，或者直接共封装在一个封装体内，有效提升带宽、能耗和延迟。 Optical I/O旨在解决计算芯片之间的互联问题(chip to chip interconnect)，利用光 互连低功耗、高带宽、低延迟的优势，取代传统的electrical IO方案。随着科技进步 迅速、计算机运算速度提升，计算芯片间的通讯成为计算机运算速度的关键。英特 尔、Ayar Labs等巨头已经投入相关技术研发。

铜连接短期性价比优势明显，未来存在瓶颈。随着多模态技术的成熟，AI和高性能 计算的需求持续增长，需要速度更快、扩展性更强的GPU互联。英伟达的NVLink技 术可将多个GPU通过英伟达SXM封装技术封装在一起，以支持GPU之间的直接通信 与数据传输。受益于铜连接的技术成熟度和低成本等优势，目前阶段铜连接仍然是 GPU互连的高性价比方案。但随着数据处理需求的增加，传统铜连接的带宽可能无 法满足高性能计算（HPC）和大规模并行处理的需求；在长距离传输时，铜线可能 会出现信号衰减，导致数据丢失或错误；随着GPU集群规模扩大，布线空间可能会 变得紧张。

Optical I/O开拓GPU互联新方向。随着高密度算力下能耗、拓展、成本等问题，芯 片间互联环节的光互连成为趋势，同时在体积的限制下，硅光子成为重要的解决方 案。相较于传统的电连接，Optical I/O主要解决带宽、延迟、功耗三大方面的问题。 根据Ayar Labs的推测，Optical I/O的带宽可达传统铜连接的5-10倍，从而更好地满 足高性能计算的高带宽要求；速率超过50 Gbps的电I/O需要前向纠错（FEC），从 而引入数十纳秒的额外延迟，而Optical I/O的无需前向纠错；112 Gbps长距离电气 I/O消耗约6-10 pJ/b的能量。Ayar Labs的光学I/O解决方案消耗不到5 pJ/b。

Ayar Labs坚定看好Optical I/O前景，与NVDIA积极合作开发新产品。Ayar Labs开 发了业界首款封装内光学I/O 解决方案，用于替代电气I/O，该解决方案基于标准、 商业化且针对AI训练和推理进行了优化。光学I/O可让客户最大限度地提高其AI基础 设施的计算效率和性能，同时降低成本和功耗，从而大幅提高AI应用的盈利能力指 标。Ayar Labs将内封装光学I/O芯片TeraPHY与多波长光源SuperNova相结合， TeraPHY芯片将硅光子学与标准CMOS制造工艺相结合，打破了半导体和计算行业 传统的性能、成本和效率曲线，与电I/O相比，其带宽密度提高了1000倍，功耗却降 低了10倍。2024年12月，根据金融界新闻，Ayar Labs表示完成最新一轮融资筹集 1.55亿美元，投资者包括英伟达、AMD Ventures和Intel Capital等，公司估值增至超 过10亿美元。

三、为何说当下正值硅光加速渗透时点？

（一）硅光产业生态厚积薄发，技术奇点已至

硅光技术基于1985年左右提出的波导理论，2005-2006年前后开始逐步从理论向产 业化发展。此前，硅光技术发展在设计、制造、封装、产业链相关器件面临诸多面难 点，包括设计架构不完善、前端集成SOI衬底光/电不兼容、灵活性低和波导掩埋、制 程技术尚有待完善、良品率低且成本较高等。 随着技术的成熟与发展，硅光技术与工艺迎来技术奇点。从供给侧看，以TSMC、 Global Foundry、Tower Jazz、SMIC等厂商均已具备硅光芯片的流片服务；外置光 源、调制器芯片也均有配套；硅光测试设备产业链也成熟完善。近几年，随着 TowerJazz、Global Foundires等Fab厂商的PDK越来越成熟，设计与封装环节的 磨合、模块厂商与下游客户的磨合从量变引起质变，硅光芯片的良率及性能优异， 为硅光技术的大规模上量做好准备。

（二）EML 光芯片较为短缺，硅光方案补充交付缺口

推理或训推一体需求带动2025年800G需求持续增长。2024年AI训练需求拉动800G 光模块需求较23年增长数倍，25年下一代网络架构的推出带动1.6T光模块进入放量 元年。1.6T光模块主要用于满足部分先进AI大模型的持续深化训练，而800G光模块 在2025年将主要满足AI推理或训推一体方面的需求，1.6T的上量并不会抵消800G的 显著增长。我们判断主要需求来自于： （1） 伴随51.2Tb/s交换机芯片的日趋成熟和接受大量预订，H系列芯片、以太网 交换机以及与之配套的800G光模块将共同构建用于训推一体的AI数据中心 网络； （2） 随AI发展进入toC/toB推理需求快速增长期，特别是手机/汽车/机器人等移动 终端AI化之后带来大量推理需求。如特斯拉、苹果等存量终端基数较大的公 司后续有较大需求空间； （3） 国内需求起量。 新增800G主要用于构建以太网数据中心，基本都以800G单模为主。绝大多数800G 单模光模块配套8个100G EML芯片（也有部分开始采用4*200G光模块）。我们判断， 2025年100G EML的行业供需仍然偏紧： （1） 需求侧：自23年以来800G需求快速上量及持续上修，光模块中的核心光芯 片EML和VCSEL先后出现一定程度的供应紧张。24年400G和800G两款产 品的需求持续上量带动100G EML需求偏紧；而25年国内外800G需求同比 显著增长，100G EML光芯片需求持续旺盛； （2） 供给侧：100G EML光芯片国产化率总体较低，目前仍主要以日、美等国际 厂商供应为主，比如Lumentum、博通、三菱、住友、Ⅱ-Ⅵ等，EML芯片扩 展需要一定时间周期（Lumentum曾表示，正在大力投资磷化铟（InP）激光 器芯片的制造能力，以确保供应链能够满足未来几年预期的需求激增），行业供给侧偏紧张。 （3） 光模块供应商提高备料，硅光技术有望补齐光芯片缺口。自2024年下半年以 来，光模块交付受到上游光芯片缺货的影响，尤以应用于800G或400G的单 波100G EML或100G VCSEL供给会更为紧张。多家光模块公司逐季度增加 备货备料，以应对缺货风险。龙头光模块公司硅光技术能力储备丰富，可以 用硅光技术缓解EML紧张的情况。

（三）硅光模块是 AI/ML 网络演进过程中现阶段 Trade-off 后的相对优 解，在 800G 及 1.6T 时代渗透加速

CSP厂商在进行AI/ML网络建设的时候，产生的需求往往是多维度的，在需要满足高 带宽、低延时、低功耗的同时，还需要保证网络系统的稳定性、可维护性、可扩展、 灵活性等等。在这一背景下，在设备与设备互联场景中，硅光、LPO、CPO三个技 术共同演进，各有优势。

LPO能够显著降低延时和功耗，但误码率及传输距离有所牺牲。LPO，全称为线性 驱动可插拨光模块（linear drive pluggable optics），是指采用了线性直驱技术，去 除传统的DSP（数字信号处理）/CDR（时钟数据恢复）芯片，光模块中，只留下具 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 LinearEqualization，连续时间线性均衡）和EQ （Equalization，均衡）功能，实现系统降功耗、降延迟的优势，从而实现了更为出 色的功耗和成本控制，同时显著降低了延迟。但系统误码率和传输距离有所牺牲。

LPO有望在1.6T时代特定场景被批量采用。LPO技术在2023年OFC展会上被广泛关 注，但在800G时代，由于其标准化尚处早期、与传统模块互联互通还存在一定技术 挑战。2024年3月，十二家行业领先的网络、半导体和光学公司宣布成立LPO MSA （线性可插拔光学多源协议），旨在开发网络设备和光学模块的规范。LPO MSA联 合主席Andreas Bechtolsheim表示，LPO MSA将为LPO光模块启用一个多源生态系 统，这对广泛的行业采用至关重要。我们认为，LPO优势显著，随着LPO技术及标 准的成熟落地，在1.6T时代LPO模块有望在数据中心机柜内服务器到交换机的连接， 以及数据中心机柜间的连接等特定短距场景被批量采用。 CPO是光互联的重要趋势，预计26-27年逐步开始渗透起量。随着技术的成熟，CPO 技术预计在26-27年逐步开始渗透起量，在3.2T时代与可插拔模块共存并被批量应用。 根据LightCounting预计，可插拔设备将在未来5年甚至更长时间内继续主导市场。然 而，在2027年，CPO端口将占总800G和1.6T端口的近30%。

总结来看，LPO技术能够在保证灵活性的前提下显著降低功耗，在传输距离及误码 率上存在一定局限性，多用于短距离特定场景，CPO技术优势显著趋势明显，但是 目前对可靠性要求较高，距离大规模商用尚需时日。目前看，可插拔硅光模块是CSP 厂商在多维度需求下Trade-off后，当下时间点能够兼容可插拔的灵活性及可靠性优势，同时能够兼容功耗刚需的相对优解。 硅光模块将在800G及1.6T模块中加速渗透。随着AI引爆算力需求，传统光模块向更 高速率迭代，光模块面临功耗和电信号传输的双重瓶颈。根据LightCounting发布的 硅光报告，硅光（SiP）将实现低成本、大规模的光连接，从根本上改变光器件和模 块行业。根据LightCounting预计，使用基于SiP的光模块市场份额将从2022年的24% 增加到2028年的44%。我们预计硅光模块将在800G及1.6T时代加速渗透，尤其在 1.6T光模块中硅光模块的渗透率将显著提升。

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