通信行業(yè)光模塊市場(chǎng)前景及投資研究報(bào)告：AI算力時(shí)代光模塊新技術(shù)演進(jìn)路徑

◆

核心觀點(diǎn)◆

從光模塊產(chǎn)品演進(jìn)方向映射技術(shù)前瞻布局。隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)與下游應(yīng)用的豐富，驅(qū)動(dòng)光模塊產(chǎn)品向著更小型化、更高速率、更低成本的方向演進(jìn)；同時(shí)，光模塊已發(fā)展至800G以及后續(xù)1.6T等速率的升級(jí)，帶動(dòng)光模塊相關(guān)技術(shù)路線的前瞻研發(fā)與迭代升級(jí)。◆

CPO方案：AI算力下高效能比方案。CPO方案將引擎和交換芯片共同封裝，縮短了光引擎和交換芯片間的距離，主要應(yīng)用于超大型云服務(wù)商數(shù)通短距場(chǎng)景，將有效解決高速率高密度互聯(lián)傳輸。◆

薄膜鈮酸鋰方案：技術(shù)突破，尺寸與集成度問題得以改善帶來新發(fā)展。鈮酸鋰材料研究歷史較早，具備優(yōu)異性能；隨著薄膜鈮酸鋰新技術(shù)突破，大幅改善尺寸及價(jià)格問題，隨著相干技術(shù)下沉為相干光調(diào)制器帶來重要發(fā)展機(jī)遇?！?/p>

硅光方案：具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢(shì)。硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢(shì)明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊；硅光模塊有望在2025年高速光模塊市場(chǎng)中占據(jù)60%以上份額?！?/p>

LPO方案：成本優(yōu)勢(shì)突出，滿足AI計(jì)算中心短距離、大寬帶、低延時(shí)要求。相較DSP方案，LPO可大幅度減少系統(tǒng)功耗和時(shí)延，適用于短距傳輸；而其系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離較短的問題，因?yàn)樵贏I計(jì)算中心短距離應(yīng)用場(chǎng)景下較為適配，得以彌補(bǔ)?！?/p>

我們認(rèn)為，光模塊作為AI算力環(huán)節(jié)中國(guó)產(chǎn)化程度高，技術(shù)儲(chǔ)備前沿核心產(chǎn)品，受AI大模型發(fā)展驅(qū)動(dòng)算力持續(xù)升級(jí)需求將帶來快速增長(zhǎng)，建議關(guān)注前瞻布局CPO/LPO等新技術(shù)主要玩家以及產(chǎn)品批量及出貨情況。◆

相關(guān)標(biāo)的：中際旭創(chuàng)、天孚通信、新易盛、博創(chuàng)科技、劍橋科技、華工科技、光迅科技、光庫科技、聯(lián)特科技、源杰科技、仕佳光子◆

風(fēng)險(xiǎn)提示：高算力發(fā)展不及預(yù)期、宏觀經(jīng)濟(jì)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、全球貿(mào)易波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)。2技術(shù)演進(jìn)方向：更小型化、更高速率、更低成本從光模塊產(chǎn)品演進(jìn)方向映射技術(shù)前瞻布局

光模塊產(chǎn)品升級(jí)迭代路線：小型化、高速率、低功耗不斷升級(jí)。數(shù)據(jù)中心側(cè)：隨著數(shù)據(jù)流量爆發(fā)與下游應(yīng)用的豐富，帶動(dòng)高速光模塊速率的持續(xù)升級(jí)，當(dāng)前全球主要玩家800G進(jìn)入導(dǎo)入驗(yàn)證及批量出貨進(jìn)程，1.6T產(chǎn)品不斷前瞻研發(fā)中。電信側(cè)：隨著“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，不斷推動(dòng)國(guó)內(nèi)外10G

PON光模塊持續(xù)升級(jí)。此外，海外光纖到戶滲透率較低，隨著新一輪升級(jí)改造，海外PON模塊有望加速發(fā)展。

產(chǎn)品向高速率升級(jí)，驅(qū)動(dòng)多種技術(shù)路線變革。?

隨著人工智能、物/車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR等新技術(shù)的逐步應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化帶來數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步向大型化、集中化轉(zhuǎn)變，將帶動(dòng)高速率及中長(zhǎng)距離光模塊的快速發(fā)展。目前全球主要的云廠商已在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部批量部署200/400G光模塊，隨著AIGC發(fā)展趨勢(shì)明朗，高算力需求催化更高速率的800G/1.6T光模塊需求。?

由于光模塊速率升級(jí)過程中會(huì)帶來功率損耗、信號(hào)失真等問題，以及速率提升中對(duì)光芯片性能提出了更高要求，進(jìn)而導(dǎo)致整體成本提升，驅(qū)動(dòng)更高速率光模塊的多種技術(shù)演進(jìn)。圖表1：光模塊發(fā)展趨勢(shì)圖表2：光模塊封裝形式發(fā)展資料：

RF技術(shù)社區(qū)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：RF技術(shù)社區(qū)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院4CPO：AI算力下高效能比方案大模型時(shí)代催生高算力需求

大模型時(shí)代帶來高算力需求，降低功耗將為超算廠商帶來競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。據(jù)OpenAI測(cè)算，自2012年以來，全球頭部AI模型訓(xùn)練算力需求3-4個(gè)月翻一番，每年頭部訓(xùn)練模型所需算力增長(zhǎng)幅度高達(dá)10倍。高算力需求會(huì)帶來功耗上的提高，超算廠商的成本也會(huì)隨之上升。因此，在算力需求快速提升的背景下降低功耗將為超算廠商帶來競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。圖表3：大模型時(shí)代算力需求資

料：《COMPUTE

TRENDS

ACROSS

ERAS

OF

MACHINE

LEARNING》

、

長(zhǎng)

城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院6CPO技術(shù)：光電一體封裝，大幅降低功耗

CPO技術(shù)具有低功耗、高性能、高質(zhì)量、高傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)隨著5G時(shí)代高帶寬的計(jì)算、傳輸、存儲(chǔ)的要求，以及硅光技術(shù)的成熟，板上和板間也進(jìn)入了光互聯(lián)時(shí)代，通道數(shù)也大幅增加，封裝上要求將光芯片與ASIC控制芯片封裝在一起，以提高互聯(lián)密度，提出了光電共封裝（CPO）的相關(guān)概念。CPO是指把光引擎和交換芯片共同封裝在一起的光電共封裝，這種方式能夠使得電信號(hào)在引擎和芯片之間更快的傳輸，縮短了光引擎和交換芯片間的距離，有效減少尺寸，降低功耗，提高效率。圖表4：CPO縮短距離后保持高質(zhì)量傳輸圖表5：CPO交換機(jī)示意圖傳統(tǒng)的連接方式，叫做

Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光模塊。光纖過來以后，插在光模塊上，然后通過

SerDes

通道，送到網(wǎng)絡(luò)交換芯片（AISC）。CPO

是將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個(gè)

Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。根據(jù)CPOAyar

Labs數(shù)據(jù)，以32

100Gbps×為例，現(xiàn)在所使用的交換機(jī)功耗230W436W，而交換機(jī)通過共同封裝大幅度縮短電連接，功耗僅。資料：CNDS、易飛揚(yáng)通信、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：銳捷官網(wǎng)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院CPO的低功耗或?qū)⒊蔀锳I高算力下高效能比方案：1）功耗：CPO是芯片和光引擎的共封裝，可以有效降低功耗。2）體積/傳輸質(zhì)量：滿足超高算力后光模塊數(shù)量過載問題。同時(shí)將光引擎移至交換芯片附近，降低傳輸距離，一方面體積有望進(jìn)一步縮??；同時(shí)提高高速電信號(hào)傳輸質(zhì)量。3）成本：耦合之后未來伴隨規(guī)模上量，成本或有一定經(jīng)濟(jì)性。7CPO出貨量從800G開始，未來市場(chǎng)空間廣闊

CPO發(fā)展目前處于起步階段，未來市場(chǎng)空間廣闊。LightCounting認(rèn)為，CPO出貨量預(yù)計(jì)將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規(guī)模上量，主要應(yīng)用于超大型云服務(wù)商的數(shù)通短距場(chǎng)景。CIR預(yù)計(jì)到2027年，共封裝光學(xué)的市場(chǎng)收入將達(dá)到54

億美元。圖表6：CPO市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（百萬美元）圖表7：CPO未來將維持快速增長(zhǎng)資料：中際旭創(chuàng)2022年年報(bào)、CI

R《Markets

for

Co-Packaged資

料：中際旭創(chuàng)2022年年報(bào)、

Yole、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院Optics

2022-2030》

、

長(zhǎng)

城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長(zhǎng)到2027年的450萬。2027年，CPO端口在800G和1.6T出貨總數(shù)中

占

比接近30%。Yole報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2022年CPO市場(chǎng)產(chǎn)生的收入達(dá)到約3800萬美元，預(yù)計(jì)2033年將達(dá)到26億美元，2022-2033年復(fù)合年增長(zhǎng)率為46%。8CPO應(yīng)用于超大型云服務(wù)商數(shù)通短距場(chǎng)景，有效解決高速率高密度互聯(lián)傳輸

CPO將有效解決高速高密度互聯(lián)傳輸。LightCounting在2022年12月報(bào)告中稱，AI對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率的需求是目前的10倍以上，在這一背景下，CPO有望將現(xiàn)有可插拔

光

模塊架構(gòu)的功耗降低50%，將有效解決高速高密度互聯(lián)傳輸場(chǎng)景。CIR表示，基于CPO的設(shè)備最初將用于超大規(guī)模數(shù)

據(jù)

中心，此外，CPO預(yù)計(jì)將在一年左右的時(shí)間進(jìn)入其他類型的數(shù)據(jù)中心，未來將進(jìn)一步在邊緣和城域網(wǎng)絡(luò)、高性能計(jì)算和傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮更多優(yōu)勢(shì)。圖表8：國(guó)內(nèi)CPO廠商布局情況股票名稱代碼當(dāng)前技術(shù)/產(chǎn)品進(jìn)展布局方向中際旭創(chuàng)300308.SZ

800G和相干系列產(chǎn)品等已實(shí)現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊進(jìn)一步加大800G、1.6T及以上高速率光模塊、電信級(jí)和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進(jìn)入送測(cè)階段，CPO技

光模塊、硅光和相干等技術(shù)研究術(shù)和3D封裝技術(shù)也在研發(fā)中天孚通信博創(chuàng)科技聯(lián)特科技仕佳光子300394.SZ

高速光引擎、800G光器件、車載激光用光器件、

在高速光引擎、激光保偏光器件等研發(fā)項(xiàng)目順利進(jìn)展，開發(fā)CPO用光引擎，

器件等核心產(chǎn)品方面持續(xù)深耕目前已實(shí)現(xiàn)小批量出貨用光器件、800G模塊用光300548.SZ

10GPON光模塊系列型號(hào)持續(xù)擴(kuò)充，數(shù)據(jù)中心用400G模塊產(chǎn)品型號(hào)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，50GPON光模塊、800G數(shù)通硅光模塊和CPO產(chǎn)品正在研發(fā)中積極開發(fā)下一代數(shù)據(jù)中心用硅光模塊以及下一代無線傳輸網(wǎng)用光模塊301205.SZ

公司已經(jīng)加入多個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織參與NPO/CPO的技術(shù)

加大硅光集成技術(shù)的研發(fā)投入力度，建立高水平的高規(guī)范制定。目前實(shí)現(xiàn)了激光器在超高功率和高熱應(yīng)用環(huán)境下的封裝和測(cè)試，并通過了可靠性評(píng)估速激光器/探測(cè)器等光器件集成工藝平臺(tái)688313.SH

面向CPO硅光應(yīng)用開發(fā)的高功率DFB光源開始小批量從“無源+有源”逐步走向光電集成，推動(dòng)光芯片及銷售器件、室內(nèi)光纜和線纜材料等橫向、縱向產(chǎn)業(yè)布局資料：中際旭創(chuàng)2022年報(bào)、天孚通信2022年報(bào)、博創(chuàng)科技2022年報(bào)、聯(lián)特科技2022年報(bào)、仕佳光子2022年報(bào)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院9薄膜鈮酸鋰：技術(shù)突破，尺寸與集成度問題得以改善帶來新發(fā)展發(fā)展歷程：鈮酸鋰材料已有百年研究過程

鈮酸鋰材料的研究已經(jīng)接近100年，可以劃分為三個(gè)階段：第一階段（1928-1965年）：國(guó)外對(duì)鈮酸鋰的生長(zhǎng)工藝和晶格結(jié)構(gòu)展開研究。1928年礦物學(xué)家Zachariasian

首

次對(duì)鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性開展初步研究；1937年，Sue等實(shí)驗(yàn)合成了鈮酸鋰，未引起廣泛關(guān)注；直至1949

年，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室的Matthias

和

Remeika發(fā)現(xiàn)其高溫鐵電特性，鈮酸鋰正式進(jìn)入人們視野；1964年，Bell實(shí)驗(yàn)室的Ballman利用Czochralski法成功生長(zhǎng)出厘米級(jí)鈮酸鋰晶體；1965年，Bell實(shí)驗(yàn)室的Nassau和

Levinstein找到制備單疇鈮酸鋰的方法；1965年，Abrahams等建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型

，一直沿用至今。第

二

階段（1964-1967年）：國(guó)外對(duì)鈮酸鋰的特性展開廣泛研究。由于突破了材料生長(zhǎng)工藝，獲得了最優(yōu)的晶格模型，1964-1967年，美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室對(duì)鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究。第

三

階段（1970年至今）：我國(guó)從

1970

年代開始鈮酸鋰晶體生長(zhǎng)、缺陷、性能及其應(yīng)用研究。1980年，南開大學(xué)與西南技術(shù)物理所合作發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，該晶體被稱為“中國(guó)之星”；同年，南京大學(xué)突破了周期極化鈮酸鋰的生長(zhǎng)工藝，從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)相位匹配。圖表9：鈮酸鋰材料發(fā)展歷程時(shí)間事件1928年1937年1949年1964年1965年1964-1967年1970年1980年首次對(duì)鈮酸鋰結(jié)構(gòu)特性開展初步研究實(shí)驗(yàn)合成了鈮酸鋰發(fā)現(xiàn)鈮酸鋰其高溫鐵電特性，正式進(jìn)入人們視野成功生長(zhǎng)出厘米級(jí)鈮酸鋰晶體找到制備單疇鈮酸鋰的方法，建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結(jié)構(gòu)模型對(duì)鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究對(duì)鈮酸鋰晶體生長(zhǎng)、缺陷、性能及其應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，突破了周期極化鈮酸鋰的生長(zhǎng)工藝，從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)相位匹配。資料：康冠光電官網(wǎng)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院11鈮酸鋰晶體性能優(yōu)異，在調(diào)制器制備方案中優(yōu)勢(shì)明顯

鈮酸鋰晶體具有光電效應(yīng)多、性能可調(diào)控性強(qiáng)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、光透過范圍寬等特點(diǎn)。1）鈮酸鋰晶體光電效應(yīng)多，具有包括壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)、光折變效應(yīng)、光生伏打效應(yīng)、光彈效應(yīng)、聲光效應(yīng)等多種光電性能；2）鈮酸鋰晶體的性能可調(diào)控性強(qiáng)，是由鈮酸鋰的晶格結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷結(jié)構(gòu)所造成，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通過晶體組分、元素?fù)诫s、價(jià)態(tài)控制等進(jìn)行大幅度調(diào)控；3）

鈮酸鋰晶體的物理化學(xué)性能相當(dāng)穩(wěn)定，易于加工；4）光透過范圍寬，具有較大的雙折射，而且容易制備高質(zhì)量的光波導(dǎo)；所以基于鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器、光調(diào)制器、相位調(diào)制器、光隔離器、電光調(diào)Q開關(guān)等光電器件在電子技術(shù)、光通信技術(shù)、激光技術(shù)等領(lǐng)域中得到了廣泛研究和實(shí)際應(yīng)用。

當(dāng)前有三種電光調(diào)制器制備方案，鈮酸鋰性能優(yōu)勢(shì)明顯，能夠充分滿足傳輸距離長(zhǎng)、容量大的需求。根據(jù)材料不同，可分為硅基方案、磷化銦方案和鈮酸鋰方案三種。鈮酸鋰方案具有高帶寬、低插損、較高消光比、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，傳輸距離長(zhǎng)達(dá)100公里以上，容量超過100G，在100G/400G相干光通訊網(wǎng)絡(luò)中有著廣泛的應(yīng)用。圖表10：三種主要調(diào)制器方案對(duì)比調(diào)制器類型應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)性能一般，高速長(zhǎng)距離通信網(wǎng)絡(luò)不適用硅基調(diào)制器短程的數(shù)據(jù)通信用收發(fā)模塊尺寸小調(diào)制效率高，驅(qū)動(dòng)電壓小，帶寬

對(duì)材料和工藝要求高，成本和集成難度大磷化銦基調(diào)制器中距和長(zhǎng)距光通信網(wǎng)絡(luò)首發(fā)模塊可調(diào)制，器件結(jié)構(gòu)緊湊電光系數(shù)大、調(diào)制帶寬大、波導(dǎo)傳輸損耗小、穩(wěn)定性好，發(fā)展成

體積較大熟鈮酸鋰基調(diào)制器100G及以上長(zhǎng)距骨干網(wǎng)相干通信12資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院薄膜鈮酸鋰技術(shù)方案新突破，體積顯著變小，利于實(shí)現(xiàn)高度集成

鈮酸鋰方案雖有性能優(yōu)勢(shì)，但也存在不足。1）性能提升空間：受限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應(yīng)，傳統(tǒng)鈮酸鋰基光電調(diào)制器信號(hào)質(zhì)量、帶寬、插入損耗等關(guān)鍵性能參數(shù)的提升逐漸遭遇瓶頸，且與CMOS工藝不兼容。2）尺寸問題：傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器由于尺寸較大，難以滿足光器件小型化趨勢(shì)。3）成本及價(jià)格問題：鈮酸鋰調(diào)制器價(jià)格數(shù)倍于磷化銦調(diào)制器，因此在中距離傳輸場(chǎng)景下磷化銦調(diào)制器更具優(yōu)勢(shì)。

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器不僅繼承了鈮酸鋰材料的性能優(yōu)勢(shì)，而且在體積、成本等方面有所改善。1）薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在性能和性價(jià)比上得到新的提升，在保留鈮酸鋰調(diào)制器原有的性能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)使帶寬獲得突破；2）尺寸顯著變小，解決了體材料鈮酸鋰體積較大難以集成的問題，可以實(shí)現(xiàn)高度集成；3）隨著尺寸的減小也使單位面板傳輸密度大大提高，成本方面有進(jìn)一步下降的空間。圖表11：磷化銦與傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器對(duì)比圖表12：傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器與薄膜鈮酸鋰調(diào)制器尺寸對(duì)比資料：光纖在線、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：光纖在線、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院13薄膜鈮酸鋰潛在市場(chǎng)空間接近百億

鈮酸鋰晶體市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，鈮酸鋰調(diào)制器2024年潛在市場(chǎng)規(guī)?；蚪賰|級(jí)。?

全球鈮酸鋰晶體市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，2022年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1.46億美元。光學(xué)級(jí)是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年占比約60%。

根據(jù)QYReseach數(shù)據(jù)，2016年全球鈮酸鋰晶體市場(chǎng)營(yíng)收為1.24億美元（約8億元），預(yù)計(jì)2022年達(dá)到1.46億

美

元（約10億元），CAGR為2.26％。其中，光學(xué)級(jí)是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年全球光學(xué)級(jí)鈮酸鋰晶體銷

售

收入約0.75億美元，約占全球銷售收入的60％。?

薄膜鈮酸鋰調(diào)制器2024

年潛在市場(chǎng)規(guī)?；蚪賰|級(jí)。隨著高速相干光傳輸技術(shù)不斷從長(zhǎng)途/干線下沉到區(qū)域/數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，用于高速相干光通信的數(shù)字光調(diào)制器需求將持續(xù)增長(zhǎng)，2024年全球高速相干光調(diào)制器出貨量將達(dá)到200萬端，按照每個(gè)端口平均需要1～1.5個(gè)調(diào)制器，若薄膜鈮酸鋰調(diào)制器體滲透率可達(dá)50%，對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)空間約82-110億元。圖表13：鈮酸鋰晶體市場(chǎng)規(guī)模（百萬美元）圖表14：通信行業(yè)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器市場(chǎng)空間測(cè)算（2024年）全球高速相干光調(diào)制器出貨量/萬每個(gè)端口所需調(diào)制器/個(gè)調(diào)

制

器總數(shù)/萬個(gè)200150145.5311.5145140135130125120115110300400薄膜鈮酸鋰調(diào)制器占比薄膜鈮酸鋰售價(jià)（美元/個(gè)）薄膜鈮酸鋰市場(chǎng)空間/億元50%400124.4881.6108.820162022資料：QYResearch、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院14薄膜鈮酸鋰材料：相干下沉應(yīng)用打開薄膜鈮酸鋰的應(yīng)用空間

相干光傳輸技術(shù)開始從骨干網(wǎng)下沉，鈮酸鋰調(diào)制器有望迎來較大的發(fā)展機(jī)遇。鈮酸鋰電光調(diào)制器主要用在100Gbps

以上的長(zhǎng)距骨干網(wǎng)相干通訊和單波100/200Gbps的超高速數(shù)據(jù)中心中。相較于硅光、磷化銦，薄膜鈮酸鋰調(diào)制器具備其它材料無法比擬的帶寬優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用場(chǎng)景方面，在流量爆發(fā)式增長(zhǎng)提升傳輸距離和容量要求的大背景下，相干光傳輸技術(shù)開始從骨干網(wǎng)下沉，廣泛應(yīng)用于相干光通信領(lǐng)域的鈮酸鋰調(diào)制器有望迎來較大的發(fā)展機(jī)遇。相干下沉應(yīng)用打開薄膜鈮酸鋰的應(yīng)用空間。電信側(cè)，相干技術(shù)從過去的骨干網(wǎng)（>1000km）下沉到城域網(wǎng)

（100~1000km）甚至邊緣接入網(wǎng)（<100km），數(shù)據(jù)中心側(cè)，相干技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的主流方案（80~120km）。相干技術(shù)利用特定的調(diào)制方式，可以實(shí)現(xiàn)超高容量和超遠(yuǎn)距離的信息傳輸。圖表15：2022年及2023年Q1薄膜鈮酸鋰相關(guān)廠商布局情況股票名稱代碼當(dāng)前技術(shù)/產(chǎn)品進(jìn)展布局方向光庫科技300620.SZ薄膜鈮酸鋰無源與有源光電子器件庫研究進(jìn)入樣品制備階段，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的薄膜鈮酸鋰光電子芯片的光電封裝技術(shù)正在重點(diǎn)開發(fā)800Gbps及以上的薄膜鈮酸鋰相干和非相干調(diào)制器產(chǎn)品新易盛300502.SZ推出的800G光模塊包括基于薄膜鈮酸鋰(TFLN)調(diào)制器進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)用領(lǐng)域相關(guān)新產(chǎn)品新技術(shù)的研的800GOSFPDR8模塊，搭配集成TIA的5納米DSP芯片，

發(fā)生產(chǎn)能力，積極推動(dòng)LPO相關(guān)項(xiàng)目的進(jìn)展，力爭(zhēng)在功耗僅為11.2W，處于行業(yè)領(lǐng)先地位

LPO相關(guān)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)資料：光庫科技2022年報(bào)、新易盛2023投資者調(diào)研、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院15硅光技術(shù)：具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢(shì)硅光技術(shù)演進(jìn)路線及應(yīng)用硅光子技術(shù)是基于硅和硅基襯底材料，利用現(xiàn)有CMOS工藝進(jìn)行光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)。圖表16：硅光技術(shù)演進(jìn)趨勢(shì)通過編程來改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)的芯片，可自定義全功能集成技術(shù)從耦合集成向單片集成演進(jìn)實(shí)現(xiàn)了部分集成硅基器件逐步取代分立元器件光電全集成化，實(shí)現(xiàn)合封的復(fù)雜功能第一階段：分組硅光第二階段：硅光子集成第三階段：全光電融合第四階段：可編程芯片資料：訊石光通訊網(wǎng)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院硅光技術(shù)憑借在功耗、成本、結(jié)構(gòu)、集成等多個(gè)方面的突出優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為“突破摩爾定律曙光出現(xiàn)”，但當(dāng)前世界范圍內(nèi)硅光技術(shù)在光開關(guān)、光波導(dǎo)、硅基探測(cè)器(Ge探測(cè)器)及光調(diào)制器(SiGe調(diào)制器)等已實(shí)現(xiàn)了突破情況下，卻仍處于簡(jiǎn)化工藝流程提升效率的第二階段向第三階段的進(jìn)化期。圖表17：硅光技術(shù)在通信器件應(yīng)用就具體應(yīng)用而言，目前硅光技術(shù)在通信設(shè)備中除了激光器外，APD接收已可實(shí)現(xiàn)光模塊中大部分器件的制造，典型的如光波導(dǎo)、外調(diào)制器件及APD接收器等。不過由于產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，業(yè)內(nèi)并未出現(xiàn)權(quán)威的行業(yè)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各主流廠商采用硅光技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)元器件時(shí)采用的技術(shù)路線不盡相同，最終的技術(shù)方案還有待優(yōu)化完善。器硅光技術(shù)外調(diào)制器件光波導(dǎo)合分波器件17資料：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院當(dāng)前硅光模塊技術(shù)階段：硅光子集成

當(dāng)下是混合集成，單片集成是未來技術(shù)發(fā)展方向。?

硅光的混合集成方案主要包括激光器直接放置技術(shù)和晶圓鍵合技術(shù)。直接放置技術(shù)主要是指采用倒裝焊或貼裝工藝，將預(yù)

先

制作好的III-V族材料激光器放置在硅光子芯片表面，通過焊球完成電連接，實(shí)現(xiàn)光源與硅光波導(dǎo)器件的混合集成。晶

圓

鍵合技術(shù)是將III-V族材料外延層集成至硅波導(dǎo)等硅光器件上方，由III-V族材料產(chǎn)生的光可通過倏逝波耦合的方式進(jìn)入硅光子回路，完成片上光源與硅光子芯片的混合集成。?

單片集成方案主要指硅上異質(zhì)外延III-V材料激光器。與混合集成光源相比，單片集成方案最主要的優(yōu)勢(shì)是其能夠與硅光子工藝同步縮小線寬、提高集成度，在大規(guī)模光子集成芯片的研制中有巨大潛力，這也是硅光子技術(shù)的主要發(fā)展方向。?

硅基光混合集成在單芯片上實(shí)現(xiàn)后，將推動(dòng)多技術(shù)領(lǐng)域的突破：1、硅芯片上的光子晶體結(jié)構(gòu)可降低光速，光學(xué)數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)成為可能。2、全光邏輯控制器件的突破，將幫助實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)的到來。3、在硅基光子器件中實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè)，將推動(dòng)量子通信的發(fā)展。4、硅基光子技術(shù)在液晶顯示領(lǐng)域的應(yīng)用，有望進(jìn)一步推動(dòng)微投影技術(shù)的發(fā)展，催化新的信息顯示模式。圖表18：硅光集成方案光子集成混合集成激光器、調(diào)制器等采用不同沉底材料單片集成激光器、調(diào)制器等采用相同襯底材料激光器探測(cè)器+分合波+激光器陣列探測(cè)器陣列調(diào)制器陣列耦合器陣列波導(dǎo)光柵陣列+激光器激光器+電芯片探測(cè)器+電芯片系統(tǒng)級(jí)集成芯片調(diào)制器+合波器++調(diào)制器電芯片電芯片資料：南智光電官網(wǎng)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院18硅光方案具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢(shì)

硅光方案具有集成度高、成本下降潛力大、波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異三大優(yōu)勢(shì)。“以光代電”是硅光技術(shù)出現(xiàn)的關(guān)鍵思路，即利用激光束代替電子信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。硅光子技術(shù)是利用現(xiàn)有CMOS工藝進(jìn)行光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)，具有集成度高特點(diǎn)，并表現(xiàn)出成本、波導(dǎo)傳輸性能等方面的優(yōu)勢(shì)。?

集成度高：硅光子技術(shù)以硅作為集成芯片的襯底，硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的CMOS工藝制作光器件。與傳統(tǒng)方案相比，硅光子技術(shù)具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。?

成

本

下降潛力大：傳統(tǒng)的GaAs/InP襯底因晶圓材料生長(zhǎng)受限，生產(chǎn)成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進(jìn)一步提升，需要更大的三五族晶圓，芯片的成本支出將進(jìn)一步提升。與三五族半導(dǎo)體相比，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。?

波導(dǎo)傳輸性能優(yōu)異：硅的禁帶寬度為1.12eV，對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)為1.1μm。因此，硅對(duì)于1.1-1.6

μm的通信波段

（

典型波長(zhǎng)1.31μm/1.55

μm）是透明的，具有優(yōu)異的波導(dǎo)傳輸特性。此外，硅的折射率高達(dá)3.42，與二氧化硅可形成較大的折射率差，確保硅波導(dǎo)可以具有較小的波導(dǎo)彎曲半徑。圖表19：硅光技術(shù)圖解19資料：訊石光通訊網(wǎng)、電子說、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院硅光方案產(chǎn)業(yè)化面臨設(shè)計(jì)架構(gòu)、制造工藝、封裝、配套器件等難題

硅光方案產(chǎn)業(yè)化面臨設(shè)計(jì)架構(gòu)、制造工藝、封裝、配套器件等難題。?

設(shè)計(jì)面臨著架構(gòu)不完善、體積和性能平衡等難題：前端集成則面積利用率較低，工藝成本高;后端集成制造難度大，尤其是波導(dǎo)制備還很難完成;混合集成的成本與設(shè)計(jì)難度仍然不小。?

硅光芯片制造工藝不統(tǒng)一、設(shè)備短缺：光學(xué)元器件對(duì)制造工藝要求更精確，些許偏差就可能造成巨大問題，從而影響到良品率與制造成本。?

封裝問題：硅光芯片所采用的光的波長(zhǎng)非常的小，跟光纖、激光器存在不匹配問題，導(dǎo)致耦合損耗比較大。?

配套器件技術(shù)、成本問題：硅光芯片需要的配套光器件很多，如調(diào)制器、陶瓷套管/插芯、光收發(fā)接口等，而這些光器件仍然面臨技術(shù)不完善、制造成本高等問題?？傮w來看，鑒于良率和損耗問題，硅光模塊方案的整體優(yōu)勢(shì)尚不明顯，但在超400G的短距場(chǎng)景、相干光場(chǎng)景中，硅光模塊的低成本優(yōu)勢(shì)或許會(huì)使得其成為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向400G升級(jí)的主流產(chǎn)品。20硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢(shì)明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊

硅光模塊市場(chǎng)空間廣闊，未來在高速光模塊市場(chǎng)占有率將達(dá)到60%以上。?

2020年以來，全球大型數(shù)據(jù)中心、5G基站等建設(shè)速度加快，目前已進(jìn)入快速發(fā)展期。在此背景下，全球光模塊市場(chǎng)景氣度將迅速提升，預(yù)計(jì)到2025年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到180億美元左右。硅光模塊在高速率傳輸網(wǎng)中優(yōu)勢(shì)明顯，需求增速將高于傳統(tǒng)光模塊，市場(chǎng)規(guī)模將快速擴(kuò)張。?

Yole預(yù)計(jì)硅光模塊市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的2.02億美元，增長(zhǎng)到2025年的36.7億美元，200G/400G和100G光模塊市場(chǎng)規(guī)模的復(fù)合增長(zhǎng)率分別達(dá)到95.9%、37.3%。新思界產(chǎn)業(yè)研究中心認(rèn)為，2020年全球硅光模塊市場(chǎng)普

及

率較低，僅為15%左右，在5G與數(shù)據(jù)中心行業(yè)拉動(dòng)下，預(yù)計(jì)到2025年其市場(chǎng)普及率將達(dá)到45%左右，其中，在高速光模塊市場(chǎng)中占有率更高，將達(dá)到60%以上。圖表21：2020-2025年硅光模塊市場(chǎng)份額（%）2020

2025圖表20：2016-2025年硅光模塊市場(chǎng)規(guī)模（十億美元）資料：電子發(fā)燒網(wǎng)、Yole、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：新思界產(chǎn)業(yè)研究中心、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院21硅光技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)廠商布局

數(shù)據(jù)中心、5G承載網(wǎng)、光傳感等市場(chǎng)將為硅光打開增長(zhǎng)空間。1）數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景下，通信速率正由100、200G向400G、800G、1.6T迭代，而且迭代周期持續(xù)縮短。在此背景下，傳統(tǒng)的可插拔光模塊在性價(jià)比及功耗方面難有進(jìn)步空間，而高集成高速硅光芯片由于在潛在降價(jià)空間與功耗方面有明顯優(yōu)勢(shì)，成為更優(yōu)越的選項(xiàng)。2）在5G承載網(wǎng)市場(chǎng)中，5G前傳是硅光技術(shù)的又一市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)，Intel已針對(duì)5G前傳發(fā)布具有擴(kuò)展工作溫度范圍的100G收發(fā)器，支持在-40℃~85℃的工作溫度范圍內(nèi)通過單模光纖實(shí)現(xiàn)10km鏈路。3）光傳感領(lǐng)域硅光發(fā)展?jié)摿薮?，現(xiàn)階段來看，面向自動(dòng)駕駛的激光斷的硅光芯片將是重要增長(zhǎng)點(diǎn)。硅光芯片以及面向消費(fèi)者健康監(jiān)測(cè)及診圖表22：國(guó)內(nèi)硅光廠商布局情況股票名稱代碼當(dāng)前技術(shù)/產(chǎn)品進(jìn)展布局方向中際旭創(chuàng)300308.SZ800G和

相

干

系列產(chǎn)品等已實(shí)現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進(jìn)入送測(cè)階段，CPO技術(shù)和3D封裝技術(shù)也在研發(fā)中進(jìn)

一

步加大800G、1.6T及以上高速率光模塊、電信級(jí)光模塊、硅光和相干等技術(shù)研究博創(chuàng)科技新易盛300548.SZ300502.SZ10GPON光模塊系列型號(hào)持續(xù)擴(kuò)充，數(shù)據(jù)中心用400G模塊產(chǎn)品

積極開發(fā)下一代數(shù)據(jù)中心用硅光模塊以及下一代無線型

號(hào)

實(shí)現(xiàn)全覆蓋，50GPON光模塊、800G數(shù)通硅光模塊和CPO

傳輸網(wǎng)用光模塊產(chǎn)品正在研發(fā)中在800G光模塊產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)批量出貨、成功推出基于硅光解決方案的400G光模塊產(chǎn)品、400G

ZR/ZR+相干光模塊產(chǎn)品進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)用領(lǐng)域相關(guān)新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)生產(chǎn)能力，積極推動(dòng)LPO相關(guān)項(xiàng)目的進(jìn)展，力爭(zhēng)在LPO相關(guān)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)華工科技源杰科技000988.SZ688498.SH100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已于2022年

第

三

季度正式推出市場(chǎng)積極推進(jìn)硅光技術(shù)應(yīng)用，布局薄膜鈮酸鋰技術(shù)及下一代光電合封技術(shù)工業(yè)級(jí)50mW/70mW大功率硅光激光器開發(fā)進(jìn)入良率優(yōu)化階段，

立足“一平臺(tái)、兩方向、三關(guān)鍵”的戰(zhàn)略部署，繼續(xù)具備量產(chǎn)能力深耕光芯片行業(yè)，著力提升高速率激光器芯片產(chǎn)品的研發(fā)能力22資料：中際旭創(chuàng)2022年報(bào)、博創(chuàng)科技2022年報(bào)、新易盛2022年報(bào)、華工科技2022年報(bào)、源杰科技2022年報(bào)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院LPO：成本優(yōu)勢(shì)突出，滿足AI計(jì)算中心線短距、大寬帶、低延時(shí)要求LPO技術(shù)方案：大幅減少系統(tǒng)功耗與時(shí)延

相較DSP方案，LPO可大幅度減少系統(tǒng)功耗和時(shí)延，但只適用于短距傳輸。?

LPO(Linear-drive

Pluggable

Optics)是線性驅(qū)動(dòng)可插撥光模塊，在數(shù)據(jù)鏈路中只使用線性模擬元件，無CDR或DSP的設(shè)計(jì)方案。?

通過LPO線性直驅(qū)的技術(shù)把DSP替換，使用高線性度、具備EQ功能的TIA和DRIVER芯片，功耗大幅降低、延遲提升（功耗相較DSP可下降接近50%），但是系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離有所犧牲，LPO只適用于特定短距離應(yīng)用場(chǎng)景，如：數(shù)據(jù)中心服務(wù)器到交換機(jī)的鏈接，但未來可能會(huì)用于500m以內(nèi)，滿足數(shù)據(jù)中心最大的需求。?

考慮到傳統(tǒng)光模塊中DSP芯片的BOM成本占比不低，LPO的低價(jià)格特性有可能在800G時(shí)代實(shí)現(xiàn)大放量。圖表24：LPO技術(shù)路線圖表23：光模塊價(jià)值量構(gòu)成18%光器件外殼5%4%印刷電路板光芯片73%資料：EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院資料：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院24LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優(yōu)勢(shì)。

LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優(yōu)勢(shì)。?

功耗低：相比于可插拔光模塊，LPO的功耗下降約50%，與CPO的功耗接近。?

低延遲：由于不再采用DSP，不涉及對(duì)信號(hào)的復(fù)原，整個(gè)系統(tǒng)的latency大大降低，可以應(yīng)用到對(duì)延遲要求比較高的場(chǎng)景，例如高性能計(jì)算中心(HPC)中GPU之間的互聯(lián)。?

低成本：由于不再需要采用5nm/7nm工藝的DSP芯片，系統(tǒng)的成本得以降低。800G光模塊中，BOM成本約為600-700美金，DSP芯片的成本約為50-70美

金。Driver和TIA里

集成了EQ功能，成本會(huì)增加3-5美金，系統(tǒng)總成本下降在8%左右。?

可

熱

插拔：相比于CPO而言，LPO仍然采用可插拔模塊的形式，其可靠性高，維護(hù)方便，可以利用成熟的光模塊供應(yīng)鏈，并未像CPO進(jìn)行較大的封裝形式革新，成為L(zhǎng)PO方案受到關(guān)注的另一大原因。圖表25：CPO、LPO特性對(duì)比資料：

EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)、長(zhǎng)城證券產(chǎn)業(yè)金融研究院25滿足AI計(jì)算中心線短距、大寬帶、低延時(shí)要求。

LPO技術(shù)適用于AI大模型預(yù)訓(xùn)練。800G

LPO技術(shù)無需DSP或者CDR芯片，因此相比傳統(tǒng)的DSP解決方案大大降低了功耗和延遲。這種低延遲傳輸能力非常有利于當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)ML和高性能計(jì)算HPC等領(lǐng)域交換機(jī)之間，交換機(jī)到服務(wù)器和GPU之間的傳輸應(yīng)用，而其系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離較短的問題，在AI計(jì)算中心短距離應(yīng)用場(chǎng)景下解決，較為適合AI大模型預(yù)訓(xùn)練場(chǎng)景，在AI時(shí)代有望加速落地。圖表26：LPO技術(shù)方案股票名稱代碼300502.SZ300308.SZ當(dāng)前技術(shù)/產(chǎn)品進(jìn)展布局方向新易盛目前已實(shí)現(xiàn)基于LPO方案的800G光模塊產(chǎn)品以及單波200Gbps

技術(shù)的800G光模塊公司在LPO技術(shù)領(lǐng)域已深入布局，在2023年3月的OFC2023期

間

推

出了多款相關(guān)產(chǎn)品中際旭創(chuàng)華工科技劍橋科技仕佳光子資料800G和

相

干

系列產(chǎn)品等已實(shí)現(xiàn)批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發(fā)成功并進(jìn)入送測(cè)階段，CPO技術(shù)和3D

團(tuán)隊(duì)封裝技術(shù)也在研發(fā)中公司在機(jī)構(gòu)調(diào)研中表示，高度重視LPO開發(fā)，組成了項(xiàng)目000988.SZ603083.SH688313.SH100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已

公司擁有自主開發(fā)的硅光技術(shù)，針對(duì)CP

O、LPO技術(shù)已研于2022年第三季度正式推出市場(chǎng)，下一代25G

PON光模塊產(chǎn)

品

已與客戶開展聯(lián)調(diào)，50G

PON啟動(dòng)產(chǎn)品布局發(fā)立項(xiàng)已完成800G

2×FR4/LR4光模塊、800G

8×FR1/LR1光模塊和100G

ZR4光

模

塊的研發(fā)和認(rèn)證，200G/Lambda1.6T高速

光

模塊和400G/800G直驅(qū)項(xiàng)目的預(yù)研上實(shí)現(xiàn)突破公

司

預(yù)計(jì)在2023年7月份推出800G

LPO產(chǎn)品面向CP

O硅光應(yīng)用開發(fā)的高功率DFB光源開始小批量銷售，

公司的激光器芯片等產(chǎn)品能夠配合LPO技術(shù)產(chǎn)品的相關(guān)功用于激光