英偉達吃肉，光模塊喝湯？

大模型的風已經吹了超過半年，由GPT-4引發的軍備賽不僅沒有熄火，反而愈演愈烈。很多人關注智能涌現，也有人關注算力，而實際上，由AI帶動的還有光通信產業。

你相信光嗎？事實上，除了電，光也是引領科技潮流向前的重要力量，正如走入千家的光纖、光貓一般，光通信能力不足，AI也難發揮其力大磚飛的功效。

Yole最新數據顯示，全球光模塊市場將在2022年~2028年間以12%的年複合增長率增長，屆時光模塊市場將翻一番，從2022年的110億美元增長至2028年的223億美元。這些增長主要由大型雲服務廠商對於光纖網絡容量CSP和800G高速率模塊需求而推動。[1]

無論是券商，還是產業，都曾不止一次傳出消息表示，光模塊與GPU是強綁定關係，從英偉達明年GPU產能與封裝能力來看，明年英偉達GPU供應可達400萬顆，而這將撐起1000萬隻800G光模塊的市場。

 一、「光」引領數據中心未來 

首先，要強調的是，我們口中時常提起的光模塊（Optical Module）通常指代的是光收發一體模塊光收發一體模塊（Optical Transceiver）。

光模塊是一個比較泛的詞，具體包括光接收模塊（Transmitter）、光發送模塊（Receiver）、光收發一體模塊（Transceiver）和光轉發模塊（Transponder）等，我們現在説的光模塊是負責光電轉換的那個光收發一體模塊，下文也統稱光模塊。[2]

從產業鏈中來看，光模塊的上游是光芯片（成本佔比30%~60%）、電芯片（成本佔比18%）、PCB（成本佔比5%）、結構件等，將光芯片加工封裝為光發射組件（TOSA）及光接收組件 （ROSA），再將光收發組件、電芯片、結構件等進一步加工成光模塊。簡單來説，就是光芯片，到光器件，再到光模塊的關係。

光模塊處於光通信產業鏈的中游，主要完成光電轉換和電光轉換，在發送端將光通信設備的電信號轉換成光信號，通過光纖傳輸后，在接收端把光信號轉換成電信號，由設備進行信息處理。光放大器主要應用於光通信設備中，直接對光信號進行光功率放大，從而實現光信號的長距離傳輸。[4]

光模塊有多種分類方式：

• 按傳輸速率可分為≤1 Gbit/s/2.5 Gbit/s/10 Gbit/s/25 Gbit/s/50 Gbit/s/100 Gbit/s/200 Gbit/s/400 Gbit/s/800 Gbit/s等；

• 按傳輸距離可分為幾十米/100 m/500 m/2 km/10 km/40 km/80 km/幾百千米/≥1 000 km等，按調製格式可分為強度調製（NRZ/PAM4）、相位調製（DP-QPSK/DP-n QAM）；

• 按是否支持波分複用（wave-division multiplexing，WDM）可分為灰光、彩光，按光接口類型可分為雙纖雙向（duplex）、單纖雙向（Bi Di）；

• 按工作温度可分為商業級（0℃～+70℃）、工業級（–40℃～+85℃）和擴展級（–20℃～+85℃）；

• 按封裝類型可分為可插拔式（SFP+/SFP28/SFP56/QSFP28/CFP2/QSFP-DD/OSFP等）和不可插拔式（168-pin/320-pin等）。[6]

目前，光模塊主要包括電信傳輸、數據中心兩大核心應用場景。

電信市場方面，主要應用於基站/PON/WDM/OTN/交換機/路由器等設備。

5G對設備的構架及數量和傳輸速率均有明顯要求。前傳光模塊集中在25G和50G高速光模塊，市場需求量相比於中傳/回傳更大，未來四年預計有48Mu市場需求量；中傳光模塊數據量更大，主要集中在50G和100G高速光模塊，並不斷要求向100G及以上升級，未來四年總市場需求量約16Mu；回傳光模塊有着最高的信號速率要求，集中於100G，200G及400G，需200G及以上升級，未來四年市場需求約7Mu。

LightCounting數據顯示，全球電信側光模塊市場預計到2025年可達33.54億美元，2023年~2025年增速分別為3.4%、11.8%、9.2%。

數據中心方面，主要應用於服務器/架頂交換機/核心交換機等設備。

目前，傳統三層網絡結構式服務器架構向葉脊架構數據中心進化，當前新建成的超大型數據中心以葉脊架構為主，大大增加了數據中心內部交換連接點的數量，各環節各端口使用40G~400G速率的光模塊。[7]

LightCounting數據顯示，全球數據中心光模塊市場至2025年或將增長至73.33億美元，年均複合增長率為14%。

光是説説，似乎感覺不到光模塊的重要性，但實際上光模塊在數據中心中用量極大。

目前，國內將近90%數據中心採用傳統三層架構，部分新建大型數據中心採用混合結構，實際組網方式較為複雜，兼具多種架構的特點，光模塊的用量也介於傳統架構和新型架構之間，也就是説1000臺機櫃數據中心中，要使用8000個40G光模塊，800~4000個100G光模塊。

不同的場景下，光模塊的市場表現有所不同。

Yole統計顯示，2022年~2028年，全球有源光纖（AOC，Active Optical Fiber）市場將從9億美元增至24億美元，年複合增長率達17%；可插拔式以太網（Ethernet Pluggable）將從54億美元增至123億美元，年複合增長率達15%；嵌入式集成光學器件（Integrated optics Embedded）將從0.38億增至1.37億美元，年複合增長率達24%；xWDM將從27億美元增至56億美元，年複合增長率達12%；無源光網絡（PON optics，Passive Optical Networking optics）將從10億美元增至11億美元，年複合增長率達2%；無線前傳（Wireless Fronthaul）將從8億美元降至6億美元；無線中傳/后傳（Wireless Mid/Backhaul）則保持2億美元。

光模塊整體遵循着小型化、低損耗、熱插拔、高速率、遠距離和智能化方向發展，除此之外觀望未來，光模塊的未來發展趨勢會遵循以下幾點：

• 光模塊速率會越來越高，高速光模塊商業化部署將會成為未來重點，包括800G光模塊、1.6T光模塊、吞吐量交換專用集成電路等；

• AI/ML光模塊應用會越來越廣，而這其中光模塊的運維、新型DC應用、生成式AI、空間計算、自動駕駛等問題；

• 光模塊功耗會越來越低，功耗效率控制、DSP技術、SerDes技術、光學引擎等將不斷迎來新技術；

• 光模塊成本會越來越低，屆時將擁有更低的每比特成本，涉及大容量技術、機架內技術、線性驅動光學、SiPh PIC等。

二、中國廠商強者愈強 

在光模塊領域， 歐美日起步早、積累多，是市場的主導者。這些國家的研究機構和先進企業通過不斷積累核心技術和生產工藝，逐步實現產業閉環，擁有極高的技術壁壘。

國內雖然起步較晚，但發展速度極快。

LightCounting數據顯示，2010年僅武漢電信器件有限公司（WTD，后與光迅科技合併）一家上榜全球光模塊TOP10；2016年和2018年變為海信寬帶、光迅科技兩家；2022年全球TOP10有7家是中國企業，分別是旭創科技（與Coherent並列第1）、海思（第4）、光迅科技（第5）、海信寬帶（第6）、新易盛（第7）、華工正源（第8）、索爾思光電（第10），其余則是Coherent（也就是II-VI）、思科（Cisco）和英特爾（Intel）。

無獨有偶，Yole的數據也有着類似的結果，旭創科技（InnoLight）、海信寬帶（Hisense Broadband）、光迅科技（Accelink）、海思（HiSilicon）、華工正源（HGG）、新易盛（Eoptolink）、昂納科技（O-net）、博創科技（Broadex）、聯特科技（Linktel）、劍橋科技（CIGtech）、立訊精密（Luxshare）、易飛揚（Gigalight）、德科立（Tacklink）等公司的表現值得關注。

事實上，從整體光通信產業鏈來看，越向下遊做得越好，國產化率也越高，到靠下的光模塊領域，中國幾乎引領着全球光模塊市場。雖然高速模塊的核心光學技術還由美國和日本所掌握，但中國現已大力投資光子製造平臺，包括GaAs、InP和SiPh，在全球光通信產業中地位越來越高。

當然，國內發展雖快，但卻依然存在巨大的提升空間。

電信市場方面，5G基站光模塊傳輸速率已覆蓋25Gbs~400Gbs，中國龍頭已能批量生產200Gbs系列光模塊，中小企業已能批量生產最快至100Gbs系列光模塊。但同速率不同類型光模塊研發進度並不相同，如前傳中25G Bidi光模塊仍處於研發階段，100G和200G光模塊已完成批量生產。

數據中心方面，多使用40G~200G全系列數據中心用光模塊，其中100G和200G為當前主力，中國龍頭已實現400G系列小規模批量生產，並可提供800G系列光模塊樣本。但由於數據中心主要採用短距離光模塊，內部採用的光芯片的研發程度慢於5G中採用的光芯片。

不止如此，對於光模塊來説，產業鏈發展值得關注，這是因為光模塊中光芯片、電芯片、PCB就佔到主要價值量的65%以上，目前主要瓶頸在於25G激光器芯片、相干光收發芯片、DSP芯片（高速AD/DA）等。

中國電子元器件協會曾在《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》中指出，我國光通信器件發展存在以下幾個問題：

• 一是國內高端光芯片自己能力有限，高速模數/數模轉化芯片、相干通信DSP芯片、5G移動通信前傳光模塊所需的50Gb/s PAM-4芯片，還沒有國內廠家能夠提供解決方案；

• 二是垂直整理能力弱，雖然近年來國內大型光模塊企業有不少併購動作，但中小規模廠商仍然缺乏資本運營能力與人才引進力度；

• 三是標準、專利建設意識和能力不足，如雲、SDN、NFV等基礎技術領域無一源自國內，話語權被歐美牢牢掌握；

• 四是配套行業基礎薄弱，先進測試儀表、製造裝備依賴進口，如全自動高精度貼片機、全自動打線機、高速率光電信號測試儀表、MOCVD等光電子芯片工藝製備裝備等。

三、迎接數據中心的新紅利

5G網絡和數據中心建設一直是光模塊的主要驅動力，而在現如今AI高速發展行徑下，數據中心將會為光模塊帶來又一巨量發展機會。

800G光模塊無疑是現在產業中，展現潛力最大的一次機會，也是這近幾年光模塊領域的行業熱點。早年就有機構預測，800G光模塊將於2023年進入市場，2026年左右規模應用。未來5年，數據中心400G/800G模塊、長距離相干光模塊將是光通信領域的主要增長點。

從產業發展來看，8×100Gb/s光模塊核心光電芯片器件仍為單通道100Gb/s的激光器、探測器光芯片，Driver、TIA和DSP電芯片。其中DSP、單通道100Gb/s的緊湊型Driver和TIA 均已推出，電芯片產業鏈相對成熟。EML&DML、硅光（SiPh）和VCSEL等光電芯片解決方案，由博通、思科等美企提供。

上文也有提及，在英偉達帶動下，800G光模塊能有1000萬隻的銷量。當然，這樣的測算僅僅是根據市場供需關係而來，目前英偉達GPU產能受臺積電影響，整體來説，從向臺積電擴充產能上來看，英偉達的信心充足，砍單可能性較小。

那麼，國產公司能喝上湯嗎？

通常來説，光模塊產品迭代周期短，僅為3～4年，但客户認證周期長，通常要1年左右時間，對PCB（含基板材料）技術、質量要求高。因此，研發佈局一定要快，先發優勢極為重要，參與或聯合客户新品研發有助於最早進入客户供應商體系並增強綁定的機會。[10]

有更強的技術、交期、成本等優勢，才能在光模塊市場中搶得更多份額。

目前，在產品研發方面，針對數據中心場景，大部分廠商都已經發布了基於EML技術的800G光模塊產品。

中際旭創、天孚位列第一梯隊，目前800G已有收入，值得強調的是，得益於800G光模塊，中際旭創一度在本季業績與Coherent並列第一，無疑拿下了利潤高地；光迅科技則在此前稱800G光模塊已實現少量出貨；而新易盛、華工、光迅、聯特在海外800G送樣上走得非常快。

世界上沒有穩賺不賠的生意，對於國產公司來説，依然還要警惕半導體下行周期帶來的資本開支縮減所帶來的影響，一次AI的熱點，能否與庫存量保持平衡，這會是重要的問題。[11]

一切可能都要等待年底，纔會擁有答案。

參考文獻

[1] Yole：AI at the heart of optical transceiver adoption: China leads the market.2023.8.31.https://www.yolegroup.com/press-release/ai-at-the-heart-of-optical-transceiver-adoption-china-leads-the-market/

[2] 鮮棗課堂：關於光模塊，看這一篇就夠啦！.2020.1.7.https://mp.weixin.qq.com/s/iYZ4eVdPRYyTYO3h8f52uQ

[3] 國信證券：光器件行業研究框架與投資機會梳理.2022.6.5.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202206061570339493_1.pdf?1654526244000.pdf

[4] 無錫市德科立光電子技術股份有限公司：首次公開發行股票並在科創板上市招股説明書.2021.10.12.http://static.sse.com.cn/stock/information/c/202110/de5cfca6911645d2b3b1806d45b06755.pdf

[5] 中國電子元件行業協會：中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）.https://www.miit.gov.cn/n1146290/n1146402/n1146440/c6001146/part/6005856.pdf

[6] 吳冰冰，趙文玉，張海懿.高速光模塊關鍵技術方案及標準化進展[J].電信科學，2022，38(09):105-115.

[7] TI：TI解決方案助力高速光模塊市場，提供高集成度，更小封裝電源解決方案.2021.8.6.https://e2echina.ti.com/blogs_/b/power_house/posts/ti-361486397

[8] 億渡數據：2022年中國光模塊行業短報告.2022.8.https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202208101577100187_1.pdf?1660167691000.pdf

[9] 易飛揚通信：數據中心到底需要多少光模塊？.2023.8.3.https://mp.weixin.qq.com/s/EMybiHlbTh3RjVa2bYjdFw

[10] 陳世金，梁鴻飛，韓志偉，徐緩，周國雲，陳苑明，王守緒，何為，楊凱，張勝濤，陳際達.光模塊PCB中高速材料的應用及關鍵加工技術探討[J].印製電路信息，2021，29(S1):80-85.

[11] C114通信網：光模塊「F4」2023上半年業績：800G搶佔利潤高地，市場狂歡后迴歸產品本身.2023.8.28.https://mp.weixin.qq.com/s/PoadR5s9ol5XLRPu919jVg

本文來自微信公眾號：電子工程世界（ID：EEworldbbs），作者：付斌