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1、通信設備通信設備 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 1/29 通信設備通信設備 2023 年 10 月 11 日 投資評級：投資評級：看好看好（維持維持）行業走勢圖行業走勢圖 數據來源：聚源 光模塊系列深度（一）：光電之門，踏浪前行行業深度報告-2023.9.20 光模塊系列深度（光模塊系列深度（二二）：）：降本降耗趨勢顯著，降本降耗趨勢顯著，聚焦技聚焦技術術創新創新 行業深度報告行業深度報告 任浪（分析師）任浪（分析師）張越（聯系人）張越（聯系人） 證書編號：S0790519100001 證書編號：S0790123090001 算力時代下光模塊降本降耗趨勢愈發凸顯算力時代下光模塊降本降

2、耗趨勢愈發凸顯 算力需求提升帶動算力需求提升帶動網絡網絡帶寬成倍提速，數據中心能耗呈指數型增長帶寬成倍提速，數據中心能耗呈指數型增長。據咨詢機構 Tirias Research 建模預測，到 2028 年數據中心功耗將接近 4250MW，比 2023年增加 212 倍，數據中心基礎設施加上運營成本總額或超 760 億美元。數據中心的能耗主要體現在數據中心的能耗主要體現在 IT 設備設備。IT 設備占數據中心整體的能耗達 45%，其中服務器類約占 50%，存儲系統約占 35%，網絡通信設備約占 15%。高性能交換芯片和光模塊的使用導致網絡設備功耗大幅增加高性能交換芯片和光模塊的使用導致網絡設備功

3、耗大幅增加。根據 Cisco 的數據顯示，2010-2022 年全球數據中心的網絡交換帶寬提升了 80 倍，相對應交換芯片功耗提升約 8 倍，光模塊功耗提升 26 倍，交換芯片 SerDes 功耗提升 25 倍。LPO 線性直驅成為短距離場景下針對線性直驅成為短距離場景下針對 DSP 功耗問題的功耗問題的重要重要解決方案解決方案 LPO 是對含有是對含有 DSP 設計的高速熱插拔以太網模塊的設計的高速熱插拔以太網模塊的改進改進。LPO 通過使用性能提升的 TIA、Driver 芯片，剔除高速率可插拔模塊攜帶的 DSP，帶來模塊功耗下降。LPO 的主要壁壘在于電芯片，應用場景局限于短距離連接場景

4、的主要壁壘在于電芯片，應用場景局限于短距離連接場景。目前全球主要的電芯片供應商為 Macom、Semtech 以及美信，應用場景主要限于短距離（50m內）的連接場景。目前國內的布局目前國內的布局 LPO 的廠商主要為劍橋科技和新易盛的廠商主要為劍橋科技和新易盛。劍橋科技與電芯片龍頭Macom 建立了供應鏈合作關系，預計 2023 年下半年首批基于硅光的 LPO 400G/800G 產品實現小批量出貨。CPO 是超高速場景下的顛覆性降耗技術，海外龍頭布局領先是超高速場景下的顛覆性降耗技術，海外龍頭布局領先 數據中心帶寬的增長導致高頻電鏈接距離問題愈發突出數據中心帶寬的增長導致高頻電鏈接距離問題愈

5、發突出。為了保障信號的高質量傳輸、優化 SerDes 功耗，交換芯片和光模塊之間的封裝距離需要進一步縮短。3D 封裝是目前封裝是目前 CPO 技術研究的熱點和趨勢技術研究的熱點和趨勢。3D 封裝可以實現更短的互連距離、更高的互連密度、更好的高頻性能、更低的功耗以及更高的集成度。博通稱采用CPO 的結構可以節約 40%的功耗和 40%的每比特成本。國內國內企業進入企業進入 CPO 領域較晚，在產品開發進度及技術研究方面相對海外存在明領域較晚，在產品開發進度及技術研究方面相對海外存在明顯的差距顯的差距。目前還沒有 CPO 相關的產品推向市場，高端產品主要產品集中于400G/800G 的硅光模塊。薄

6、膜鈮酸鋰有望成為高速率場景下高效調制器的重要選擇薄膜鈮酸鋰有望成為高速率場景下高效調制器的重要選擇 薄膜鈮酸鋰目前國內還處于薄膜鈮酸鋰目前國內還處于研發研發階段，離產業化還有距離階段，離產業化還有距離?；诨旌霞伤悸?，在硅片上局部鍵合薄膜鈮酸鋰制作調制器，有望充分利用鈮酸鋰材料高電光系數的特性，實現成本與性能的兼顧，成為未來高速率場景下的重要方案。受益標的受益標的：劍橋科技、新易盛、中際旭創、光迅科技、銳捷網絡以及光庫科技等。風險提示：風險提示：電芯片及光芯片的供應鏈風險；云廠商資本開支不及預期的風險等。-19%0%19%38%58%77%2022-102023-022023-06通信設備滬

7、深300相關研究報告相關研究報告 開源證券開源證券 證券研究報告證券研究報告 行業深度報告行業深度報告 行業研究行業研究 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 2/29 目目 錄錄 1、倚靠半導體工業而生，算力時代下降本降耗趨勢愈發凸顯.4 1.1、內部結構解析：基于 IC 工藝，圍繞 TOSA/ROSA 構建的光電轉化體系.4 1.2、算力時代下光模塊降本降耗趨勢凸顯.13 2、LPO 線性直驅：有望在短距離場景下發揮潛力.16 3、CPO：超高速場景下的顛覆性技術，海外龍頭布局領先.17 4、薄膜 LiNbO3 調制器：高速率場景下結合硅光或大有可為.25 5、

8、受益標的.27 6、風險提示.27 圖表目錄圖表目錄 圖 1：信息流包括光信號的產生/調制/處理/探測等.4 圖 2：光模塊可按照速率、距離等進行分類.5 圖 3：光模塊主要由 TOSA、ROSA、功能電路等組成.5 圖 4：Finisar 設計的光模塊內部解剖圖.5 圖 5：4x25Gps QSFP28 光模塊基本原理框圖.6 圖 6：Maxim 為光模塊設計的 MCU 內部架構包括內核、時鐘、存儲等.6 圖 7：DSP 除了能提供 CDR 的數字時鐘恢復功能外，還可去除噪聲、非線性干擾等.7 圖 8：DSP 在發射端和接收端進行各種信號的補償.7 圖 9：非相干光通信（上）和相干光通信（下

9、）的區別主要在調制和檢測方式.8 圖 10：CDR 從信號中提取數據序列，恢復出相應的時鐘時序信號.9 圖 11：直接調制下直接控制電流的開通和關斷.9 圖 12：外調制將開關移至激光器外面，可用于長距離傳輸.9 圖 13：TOSA 的基本結構主要包括激光器、隔離器等（To-Can 封裝形式）.10 圖 14：LD 工作原理基于半導體的 PN 結.10 圖 15：EEL 和 VCSEL 在腔體結構上存在差異.11 圖 16：激光器芯片按照出光結構可分為面發射和邊發射.11 圖 17：ROSA 的基本結構包括 PD、TIA、LA 等.12 圖 18：PD 二極管的基本結構與類型.12 圖 19：

10、光器件元件和光/電芯片占光模塊成本主要部分.12 圖 20：DFB、APD、TIA 占光器件成本的主要部分.12 圖 21：算力和帶寬高速發展帶動數據中心功耗大幅提升.13 圖 22：典型數據中心的能耗主要分布于 IT 和制冷設備.13 圖 23：IT 設備分為服務器、存儲器、網絡設備以及其他.13 圖 24：商用交換芯片容量處于每兩年翻一番的快速增長.14 圖 25：交換機密度每兩年翻一番.14 圖 26：光模塊功耗隨著速率的提升大幅增長.14 圖 27：熱插拔模塊速率越高對應的單位 bit 功耗越低.14 圖 28：交換芯片容量提升導致 SerDes/光模塊的功耗也大幅提升.15 圖 29

11、：降低光模塊功耗的方式主要從四個方面改進.15 圖 30：800G 熱插拔光模塊的功耗主要分布于激光器和 DSP.16 圖 31：含 DSP 的高速率光模塊功能圖.16 圖 32：取消 DSP 的 LPO 光模塊功能圖.16 1VhUmWgV9UiYtPnRqN7N9RaQoMnNpNtQjMnMqQiNoPtQ9PnNuMMYqMnONZoNpP行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 3/29 圖 33：英思嘉與劍橋科技發布的基于硅光的 LPO 400G 光模塊方案將于 2023 年 Q3 開始小批量供貨.17 圖 34：不同光芯片襯底材料的特性.17 圖 35：光

12、放大器和探測器的區別主要在于波導刻蝕的深度和 PN 結施加壓力的方向.18 圖 36：InP 芯片的加工流程主要分為四步.18 圖 37：根據波導刻蝕的深淺可分為深刻蝕、淺刻蝕等.18 圖 38：全球 InP 芯片產業鏈主要包括 PDK、設計&檢測、晶圓代工、封裝以及模組制造幾個環節.19 圖 39：光引擎離 switch 越近，光信號距離越短，SerDes 的功耗越小.20 圖 40：CPO 的優勢體現為低功耗、低延時、低成本，但在熱管理以及良率等方面還存在問題.20 圖 41：可插拔、嵌入式、共封裝光模塊結構對比.21 圖 42：光電互連封裝技術的發展過程，未來或通往 3D CPO.21

13、圖 43：臺積電 COUPE 技術封裝結構.22 圖 44：Acacia 基于陶瓷基板的 CPO 技術圖.22 圖 45：2.5D 封裝方案示意圖.22 圖 46：Acacia 基于陶瓷基板的 CPO 技術圖.22 圖 47：基于帶 TSV 的 PIC 轉接板的 CPO.23 圖 48：Acacia 基于陶瓷基板的 CPO 技術圖.23 圖 49：基于硅中介層的 TSV 主要制備工藝包括 7 個步驟.23 圖 50：傳統鈮酸鋰調制器體積大，基于硅基底的薄膜鈮酸鋰可解決體積難題.25 圖 51：根據不同材料體系光模塊的市場份額變化，傳統鈮酸鋰材料占比逐步下滑.26 圖 52：鈮酸鋰調制器按照驅動

14、類型可分為單臂單驅和單臂雙驅等.26 圖 53：薄膜鈮酸鋰晶圓制備工藝包括離子注入、薄膜鍵合、退火剝離和平坦化.26 表 1：光通信器件按照物理形態可分為芯片、有源/無源器件與光模塊子系統.4 表 2：VCSEL 激光器適合于短距離傳輸，EML 適合長距離傳輸.11 表 3：APD 更適用于長距離傳輸.12 表 4：全球主要代工廠加工的光芯片性能對比.19 表 5：硅光 MPW 流片成本與 InP 對比.20 表 6：CPO 海外龍頭具有先發優勢，布局進展相對國內較快.24 表 7：CPO 國內尚處于開發階段.25 表 8：重點公司盈利預測與估值.27 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文

15、后面的信息披露和法律聲明 4/29 1、倚靠半導體工業而生，倚靠半導體工業而生，算力時代下算力時代下降本降耗趨勢愈發凸顯降本降耗趨勢愈發凸顯 1.1、內部內部結構解析：結構解析：基于基于 IC 工藝，圍繞工藝，圍繞 TOSA/ROSA 構建的光電轉化構建的光電轉化體系體系 光通信器件指應用于光通信領域的光電子器件以及配套光通信器件指應用于光通信領域的光電子器件以及配套集成電路集成電路。光通信器件按照在信息流中的不同作用可以分為五大類，包括光信號的產生、調制、傳輸、處理以及探測。光收發模塊在信息流中對應著光信號的產生、調制和探測；光分路器和光放大器對應著信號處理。光通信器件按照物理形態的不同分為

16、芯片、光有源器光通信器件按照物理形態的不同分為芯片、光有源器件、光無源器件、光模塊與子系統四類件、光無源器件、光模塊與子系統四類。其中有源光收發模塊的產值在光通信器件中占比最高，其性能主導著光通信網絡的升級換代。圖圖1：信息流包括光信號的產生信息流包括光信號的產生/調制調制/處理處理/探測等探測等 資料來源：中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022 年）表表1：光通信器件光通信器件按照物理形態可分為芯片、有源按照物理形態可分為芯片、有源/無源器件與光模塊子系統無源器件與光模塊子系統 產品分類產品分類 典型產品典型產品 芯片 InP 系列（高速直接調制 DFB 和 EML 芯片、PI

17、N 和 APD 芯片、高速調制器芯片、多通道可調激光器芯片）GaAs 系列（VCSEL 芯片、泵浦激光器芯片）Si/SiO2 系列（PLC、AWG、MEMS 芯片）SiP 系列（相干光收發芯片、高速調制器芯片、光開關芯片；TIA、LD driver、CDR 芯片）LiNbO3 系列等 光有源器件 激光器（VCSEL、DFB 直調激光器、EML 外調激光器）光調制器（相位調制器、強度調制器、PMQ 調制器）光探測器（PIN、APD）集成器件（相干光收發器件、陣列調制器）等 光無源器件 光隔離器、光分路器、光開關、光連接器（MPO）、光背板、光濾波器等 光模塊與子系統 光收發模塊（10G/25G/

18、100G/400G/800G）光放大器模塊（EDFA、Raman）動態可調模塊（WSS、MCS、OXC）性能監控模塊（OPM、OTDR）資料來源：中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022 年）、開源證券研究所 光模塊是實現光信號輸入過程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件光模塊是實現光信號輸入過程中光電轉換和電光轉換功能的光電子器件。所有 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 5/29 信息通信信號初始狀態都是電信號（模擬/數字），否則 IC 芯片無法處理。要實現光纖通信，信號發射端需要將電信號轉換為光信號，通過光纖傳輸到遠端。信號接收端，光探測器接收到

19、光信號，并轉化成可處理的電信號。光模塊可按照速率、距離、光模塊可按照速率、距離、封裝方式等多種類型進行分類封裝方式等多種類型進行分類。從封裝來看，光模塊有多種封裝形式，適配不同尺寸、功耗和速率需求。目前光模塊的封裝以可插拔形式為主，具備小尺寸、低功耗的優勢，部分長距高速相干領域追求高性能，仍采用不可插拔形式。隨著交換容量隨著交換容量增大、端口密度變大、功耗增加等挑戰日益嚴峻，增大、端口密度變大、功耗增加等挑戰日益嚴峻，LPO/CPO 成為行業重要的成為行業重要的技術創技術創新新。圖圖2：光模塊可按照速率、距離等進行分類光模塊可按照速率、距離等進行分類 資料來源：高速光模塊關鍵技術方案及標準化進

20、展，吳冰冰，2022 光模塊的結構使得其具備光電轉換的功能光模塊的結構使得其具備光電轉換的功能。光模塊通常由光發射器件（TOSA，含激光器）、光接受器件（ROSA，含光探測器）、功能電路、光（電）接口、導熱架、金屬外殼等部分組成。從發射端來看，驅動芯片對原始電信號進行處理，然后驅動半導體激光器（LD）發射出調制光信號；從接受端來看，光信號進入接收端端后，由光探測二極管（PD）轉變為電信號，經前置放大器后輸出。功能電路集成了時鐘、數據恢復芯片以及激光器驅動芯片等。圖圖3：光模塊光模塊主要由主要由 TOSA、ROSA、功能電路等組成、功能電路等組成 圖圖4：Finisar 設計的光模塊內部解剖圖設

21、計的光模塊內部解剖圖 資料來源：5G 承載光模塊白皮書、開源證券研究所 資料來源：ittbank 公眾號 電芯片、主控芯片、電芯片、主控芯片、TOSA、ROSA 在光在光/電轉換過程中電轉換過程中起著起著重要的作用重要的作用。以4x25Gps 光模塊通信方案為例，通過 MCU 控制芯片與電接口利用 I2C 引腳進行數據交互，將 4 路速率高達 25Gbps 的電信號傳送給時鐘和數據恢復芯片 CDR；然后 MCU控制芯片將經過 CDR 處理后的 4 路電信號發送給驅動激光器，使得 4 通道的驅動激光器能夠驅動 TOSA 組件，從而讓 TOSA 組件發出一路速率為 100Gbps 的光信號；通過光

22、纖傳輸達到光接口的 100Gbps 光信號進入到 ROSA 組件中；MCU 控制芯片與電接口進行數據交換，讓 ROSA 組件將這一路 100Gbps 光信號轉換成 4 路 25Gbps 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 6/29 的電信號發送給 TIA；TIA 將這 4 路電流信號處理成一定幅度的電壓信號，經過 CDR處理后通過電接口輸出。圖圖5：4x25Gps QSFP28 光模塊基本原理框圖光模塊基本原理框圖 資料來源：100G 超高速光收發模塊關鍵技術，熊光浩，2022（1）微控制單元微控制單元 MCU MCU 是主打控制功能的單片機，負責對光模塊的芯片進

23、行調控是主打控制功能的單片機，負責對光模塊的芯片進行調控。MCU 把 CPU的頻率與規格做適當縮減，并將內存、計數器(Timer)、USB、A/D 轉換、UART、PLC、DMA 等周邊接口，甚至 LCD 驅動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機。CPU 內核通過存儲器的程序控制外設，外設通過中斷系統聯系 CPU 內核，二者通過總線傳輸信號、數據以及地址等信息。存儲器通常包括 ROM 和 RAM，外設部分包括串口控制模塊、SPI 模塊、I2C 模塊、A/D 模塊等。圖圖6：Maxim 為光模塊設計的為光模塊設計的 MCU 內部架構內部架構包括內核、時鐘、存儲等包括內核、時鐘、存儲等 資料

24、來源：美信半導體官網 MCU 的工作原理是逐條執行預存指令的過程的工作原理是逐條執行預存指令的過程，不同類型的單片機有不同的指令，不同類型的單片機有不同的指令系統系統。為了讓一個單片功能自動完成某項具體任務，需要將所要解決的問題編成一系列的指令，并且這些指令必須是由一個單獨的函數來識別和執行的。一系列指令的集合就變成了程序，這些程序需要預先儲存在內存中。MCU 在執行程序時要將這些指令逐個提取并執行，必須擁有能夠跟蹤指令所在存儲單元的功能，這個部分就是程序計數器 PC。當程序開始運行時，PC 將會被分配到程序中每一條指令的存儲單元，并一一執行該項指令。PC 中的內容自動增加，增加量由這個指令長

25、度決定，每一條都指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執行。（2）通用數字信號處理器通用數字信號處理器 DSP DSP 相對相對 MCU 更側重于運算和數字信號處理更側重于運算和數字信號處理，而，而 MCU 側重于多種數據的處側重于多種數據的處 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 7/29 理理控制控制。DSP 的實時運行速度可達每秒數千萬條復雜程序指令，比 16 位 MCU 單指令執行時間快 8-10 倍。DSP 為了提高信號處理算法的效率，加入了很多指令，在設計結構上將數據總線和地址總線分開，使程序和數據分別存儲在兩個空間。DSP 在光模塊中的作用是對模擬信號

26、進行采樣、量化，把模擬信號轉換成數字在光模塊中的作用是對模擬信號進行采樣、量化，把模擬信號轉換成數字信號，去除光纖鏈路中的色度色散、偏振模色散，完成載波頻偏估計、載波相位恢信號，去除光纖鏈路中的色度色散、偏振模色散，完成載波頻偏估計、載波相位恢復等功能復等功能，具有強大的信號恢復能力，但是成本較高、延遲大、功耗高、發熱明顯，具有強大的信號恢復能力，但是成本較高、延遲大、功耗高、發熱明顯。隨著工藝節點逐步變薄，DSP 芯片的設計成本愈發高昂。2020 年 7nm 產品推出時，DSP 芯片設計成本已達 2.5 億美元左右；預計 5nm 節點時，芯片設計成本將達到 4.5億美元。在高資本投入的背景下

27、，市場競爭格局向寡頭壟斷演化，目前全球份額主要集中于 Inphi、Broadcom 以及華為海思三家。功耗方面，由于 DSP 引入了 ADC 與算法，功耗遠高于傳統的 CDR 芯片。以 400G 光模塊為例，其所用 7nm DSP 功耗約為 4W，占模塊整體功耗的 50%。而 DSP 降低功耗的方法有限，主要依賴于流片工藝的提升。圖圖7：DSP 除了除了能能提供提供 CDR 的數字時鐘恢復功能外，還可去除噪聲、非線性干擾等的數字時鐘恢復功能外，還可去除噪聲、非線性干擾等 資料來源：易飛揚通信官網、開源證券研究所 DSP 技術是相干通信的重要支撐，是其產業化應用的基礎技術是相干通信的重要支撐，是

28、其產業化應用的基礎。當光傳輸速率達到50G 以上，光纖偏振模色散影響加劇，嚴重影響鏈路有效傳播距離與信號質量，此時 DSP 對抗和補償作用就愈發凸顯。而傳統的非相干通信通過光路補償器件進行色散補償，其效果遠差于 DSP。DSP 技術的成熟導入，省去了系統中原有的色散補償模塊，使得長距離傳輸的鏈路設計更加簡單，降低傳輸成本。圖圖8：DSP 在發射端和接收端進行各種信號的補償在發射端和接收端進行各種信號的補償 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 8/29 資料來源：電子工程世界 相干相干和和非相干光通信非相干光通信的核心的核心區別在于發送端使用的調制方式以及接收端使用

29、的區別在于發送端使用的調制方式以及接收端使用的檢測方式檢測方式。調制方式方面，相干通信更加多元化，增強了信息的承載能力。非相干采取簡單的強度調制方式，通過電流大小改變激光強度產生 0-1。而相干系統借助外調制的方式，可以進行頻率調制或相位調制，如 PSK、QPSK 等，拓展了信息傳輸的容量。檢測端，相干通信直接在接收端對微弱的信號進行混頻放大，而非相干則依賴于在傳輸過程中使用大量的放大器。相干通信利用一束本振光與輸入信號光在混頻器中混頻，得到與信號光頻率、相位和振幅按相同規律變化的中頻信號，實現信號的放大。由于本振光的功率遠大于信號光功率，因此經過相干混合后的輸出光電流大幅增加，提升了檢測的靈

30、敏度。憑借憑借更加多元的調制方式以及更加多元的調制方式以及 DSP 技術的應技術的應用等用等，相干光通信具有傳輸距離遠、傳輸容量大的優勢，相干光通信具有傳輸距離遠、傳輸容量大的優勢，應用場，應用場景包括景包括 DCI 互聯互聯、5G 中回傳以及城域網等中回傳以及城域網等。圖圖9：非相干光通信（上）和相干光通信（下）的區別主要在調制和檢測方式非相干光通信（上）和相干光通信（下）的區別主要在調制和檢測方式 資料來源：電子工程世界（3）時鐘和數據恢復芯片時鐘和數據恢復芯片 CDR CDR 在光模塊中的主要作用是從接收到的信號中提取出數據序列，并且恢復出在光模塊中的主要作用是從接收到的信號中提取出數據

31、序列，并且恢復出與數據序列相對應的時鐘時序信號，從而還原接收到的具體信息。與數據序列相對應的時鐘時序信號，從而還原接收到的具體信息。時鐘數據恢復主要完成兩個工作，分別是時鐘恢復和數據重定時，讓接收端的信號與發射端信號保持一致。在光互連場景中，當單通道數據速率達到在光互連場景中，當單通道數據速率達到 25G 時，無論是在接收端和發射時，無論是在接收端和發射端都需要采用端都需要采用 CDR 電路從高損耗的信號里恢復出高質量的數據電路從高損耗的信號里恢復出高質量的數據，再通過驅動電路將，再通過驅動電路將數據加載到光波上數據加載到光波上。CDR 的基本組成部分包括鑒相器、的基本組成部分包括鑒相器、電荷

32、泵（電荷泵（CP）、環路濾波器、壓控振蕩器）、環路濾波器、壓控振蕩器（VCO）等等。通常 CDR 是一個有振蕩器的反饋環路，通過環路調節振蕩時鐘的相位來跟蹤輸入數據中的嵌入時鐘。鑒相器通過用 VCO 的輸出時鐘對輸入數據進行采樣來獲得控制信號，控制信號輸出到電荷泵產生控制電壓來調節 VCO 的振蕩頻率。由此恢復高質量的時鐘信號和數據。CDR 帶寬是帶寬是 CDR 的重要指標，主要影響光模塊的數據鎖的重要指標，主要影響光模塊的數據鎖定時間、抖動指標，定時間、抖動指標，在一定程度上決定在一定程度上決定著光模塊的關鍵性能著光模塊的關鍵性能。若 CDR 帶寬的取值較大，光模塊的數據鎖定時間則較短，但是

33、抖動性能會變差；若 CDR 帶寬的取值較小，此時抖動性能會變好，但是鎖定時間會變長，甚至會導致個別系統單板上數據失鎖。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 9/29 圖圖10：CDR 從信號中提取數據序列，恢復出相應的時鐘時序信號從信號中提取數據序列，恢復出相應的時鐘時序信號 資料來源：信賽賽思公司官網（4）激光器驅動激光器驅動（調制）（調制）器器 LDD 激光器驅動（調制）器的激光器驅動（調制）器的“驅動”“驅動”體現在為激光器提供電流，同時對電流進行體現在為激光器提供電流，同時對電流進行調制，把調制，把1010的信號用有光無光或光的幅度的信號用有光無光或光的幅度

34、/相位來表征相位來表征。LDD將CDR的輸出信號，轉換成對應的調制信號，驅動激光器發光。根據根據調制方式調制方式的不同，的不同，可以可以劃分為劃分為外調外調制（制（EML）和直接調制（）和直接調制（DML）。）。直接調制下，通過電路里的開關直接控制電流的開通和關斷，激光器的光功率和驅動電流呈正比。其優點是結構簡單、體積小、工藝難度低等，但缺點是帶寬的利用率較低，并且會有特殊的啁啾效應，難以應用于長距離傳輸。外調制將電路開關移動至激光器外面，主要外調制將電路開關移動至激光器外面，主要有有 EA 電吸收和電吸收和 MZ（馬（馬赫赫-曾德爾調制）兩種方式曾德爾調制）兩種方式。MZ 是調制發射光的相位

35、，電吸收則是通過材料完成調制功能。外調制能夠有效解決激光器的啁啾效應，可用于骨干網長距離傳輸。圖圖11：直接調制直接調制下直接控制電流的開通和關斷下直接控制電流的開通和關斷 圖圖12：外調制外調制將開關移至激光器外面將開關移至激光器外面，可用于，可用于長距離傳長距離傳輸輸 資料來源：菲魅通信官網 資料來源：菲魅通信官網 直調通過直調通過輸入端的電壓輸入端的電壓 0-1 信號控制開關切換，從而完成電信號向光信號的轉信號控制開關切換，從而完成電信號向光信號的轉換。換。在直接調制的 LDD 中存在兩個電流源，分別是控制平均光功率的偏置電流源和控制消光比 ER 的調制電流源。當調制信號為 1 時，輸入

36、到激光器的電流為偏置電流和調制電流源，電流大，激光器的輸出振幅大、能量高。當調制信號為 0 時，流過激光器的電流是偏置電流，電流小，光強度較弱。直接調制結構在短距離傳輸時具有優勢，但出于調制帶寬的限制不太適應于高直接調制結構在短距離傳輸時具有優勢，但出于調制帶寬的限制不太適應于高速率長距離的傳輸速率長距離的傳輸。直接調制通過直接注入電流來實現信號調制，注入電流的大小會改變激光器有源區的折射率，造成波長漂移從而產生色散，限制了傳輸距離。并 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 10/29 且直接調制的帶寬有限，調制電流過大時激光器容易飽和，難以實現較高的消光比。（5）

37、光發射組件光發射組件 TOSA TOSA 主要由主要由激光器（激光器（LD）、）、光隔離器、光隔離器、耦合耦合透鏡透鏡、MPD、多路復用器多路復用器（MUX）等構成等構成。激光器驅動器將電信號發送給 LD，LD 將電信號轉換為光信號后通過光隔離器、透鏡等光器件，將光信號耦合至光纖中，實現電光信號轉換。為了節約成本，MPD、隔離器和 MUX 不是必備項，其中 MUX 僅在需要波分復用的光模塊中搭載。圖圖13：TOSA 的基本結構的基本結構主要包括激光器、隔離器等主要包括激光器、隔離器等（To-Can 封裝形式）封裝形式）資料來源：Introduction of optical devices u

38、sed in Communication system、開源證券研究所 LD 的發光原理依賴于二極管的異質結構的發光原理依賴于二極管的異質結構。LD 由本征、P 型和 N 型半導體組成。N 型半導體摻雜了 5 價原子，自由電子數量多于空穴；P 型半導體摻雜了 3 價原子，空穴數量多于自由電子，是多數載流子。在 P 區和 N 區之間會形成一個空間電荷區，即 PN 結?；诓牧系陌l光特性，基于材料的發光特性，LD 主要主要使用使用砷化鎵摻雜構成砷化鎵摻雜構成。普通二極管的半導體層多由砷化鎵或者硅半導體摻雜組成，但由于硅二極管在能量的復合過程中釋放的不是光，因此 LD 主要為砷化鎵二極管。LD 產生

39、相干光束的原理是光吸收、光自產生相干光束的原理是光吸收、光自發發射以及光受激發射三種現象發發射以及光受激發射三種現象。當 LD 被外部能源刺激時，自由電子會從 N 層移動到 P 層。一部分直接與低能級的價電子相互左右，使價電子受激到高能級狀態。另一部分與低能級的空穴復合，釋放光子。光通過 LD 反射端溢出形成窄光束激光。圖圖14：LD 工作原理基于半導體的工作原理基于半導體的 PN 結結 資料來源：100G 超高速光收發模塊關鍵技術研究，熊光浩，2022 LD 按照按照出光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射出光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射（EEL）芯片。芯片。面發射芯片包括 VCSEL

40、芯片，邊發射芯片包括 FP、DFB 和 EML 芯片。EEL 在芯片兩側鍍光學膜形成諧振腔，光子經諧振腔選模放大后，將沿平行于襯底表面的方向形成激光，最終激光從側面發出。VCSEL 在芯片上下兩面鍍光學膜形成諧振腔，腔體與襯底垂直，光子經選膜放大后垂直于芯片表面發射激光。諧振腔主要起到儲存、提純激光諧振腔主要起到儲存、提純激光 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 11/29 的作用，通常由兩塊反射鏡構成，也可以用耦合器構成各種環形諧振腔。的作用，通常由兩塊反射鏡構成，也可以用耦合器構成各種環形諧振腔。光子在反射鏡之間來回反射，不斷在增益介質中引起受激輻射，產生高強

41、度的激光。圖圖15：EEL 和和 VCSEL 在腔體結構上存在差異在腔體結構上存在差異 圖圖16：激光器芯片按照出光結構可分為面發射和邊發射激光器芯片按照出光結構可分為面發射和邊發射 資料來源：電子發燒友網 資料來源：源杰科技招股說明書 FP 主要應用于低速率短距離傳輸，結構和制造工藝簡單，成本較低。DFB 以FP 為基礎，布拉格光柵集成到激光器內部的有源層中，在諧振腔內形成選模結構，實現單縱模輸出，主要用于高速中長距離傳輸。EML 集成了 EAM（光吸收調制器）和 DFB，屬于外調制激光器，具有大調制帶寬、低頻率啁啾的特點，更好地解決了色散的問題，信息傳輸質量高，能夠實現高速率長距離傳輸。表

42、表2：VCSEL 激光器適合于短距離傳輸，激光器適合于短距離傳輸，EML 適合長距離傳輸適合長距離傳輸 產品類別產品類別 工作波長工作波長 產品特性產品特性 應用場景應用場景 VCSEL 800-900nm 線寬窄，功耗低，調制速率高，耦合效率高，傳輸距離短，線性度差 500 米以內的短距離傳輸，如數據中心機柜內部傳輸、消費電子領域 FP 1310-1550nm 調制速率高，成本低，耦合效率低，線性度差 主要應用于中低速無線接入短距離市場，由于存在損耗大、傳輸距離短的問題，部分應用場景逐步被 DFB 激光器芯片取代 DFB 1270-1610nm 譜線窄，調制速率高，波長穩定，耦合效率低 中長

43、距離的傳輸，如 FTTx 接入網、傳輸網、無線基站、數據中心內部互聯等 EML 1270-1610nm 調制頻率高，穩定性好，傳輸距離長，成本高 長距離傳輸，如高速率、遠距離的電信骨干網、城域網和數據中心互聯 資料來源：源杰科技招股說明書、開源證券研究所 衡量衡量 TOSA 性能的主要參數為光發射功率和消光比性能的主要參數為光發射功率和消光比。發射光功率發射光功率影響信號傳輸影響信號傳輸距離距離。激光器將電信號轉換為光信號，用 MUX 復用器合波成一束高速光信號，通過適配器傳輸至發射光纖，該光信號的強度為光功率。光功率越高，表明發射機性能越好，光信號能傳輸更遠的距離。消光比消光比影響影響誤碼率

44、誤碼率。TOSA 發出的光信號有兩種狀態：邏輯 1 為高光功率，邏輯 0 為低光功率，消光比為高電平的平均功率與低電平的平均功率比值。消光比越大，在接收端就能更好的區分 0、1 電平，從而接收到的光信號質量就越好。（6）光接收組件）光接收組件 ROSA 光接收組件（光接收組件（ROSA）主要由）主要由 PD（Photo Diode）、）、TIA（跨阻放大器）、（跨阻放大器）、LA（限（限幅放大器）、耦合透鏡、光學接口、電氣接口以及金屬外購組成幅放大器）、耦合透鏡、光學接口、電氣接口以及金屬外購組成。解復用器 DEMUX將收集的光信號進行分波處理，不同波長的光將會被 PD 轉換為電信號，再經過

45、TIA和 LA 放大整型后發送給外部控制芯片。由于 PD 產生的電流較小，需要利用 TIA 將 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 12/29 其輸出的電流放大成功能電壓，方便后續的電信號處理。TIA 因接收的電流大小不同，導致電壓的增幅值不同，為了保證后續電信號的穩定，需要通過 LA 進行信號整形，將 TIA 輸出的不同幅值電壓處理成等幅的電壓信號。根據根據 PD 結構的差異，可以進一步劃分為結構的差異，可以進一步劃分為 PIN 和和 APD 型光電探測器型光電探測器。PIN 二極管通過在 P 型和 N 型半導體之間增加一層輕摻雜的 N 型本征層，以展寬耗盡層，

46、提高轉換效率。APD 相較相較 PIN 具有更高的接收靈敏度具有更高的接收靈敏度。通過在 PIN 二極管結構中增加雪崩區，使得光生載流子以碰撞電離的方式在其耗盡區內激發出新的電子-空穴對，新產生的載流子通過內電場加速，導致更多的碰撞電離產生，最終獲得雪崩效應。圖圖17：ROSA 的基本結構的基本結構包括包括 PD、TIA、LA 等等 圖圖18：PD 二極管的基本結構與類型二極管的基本結構與類型 資料來源：Introduction of optical devices used in Communication system 資料來源：Introduction of optical device

47、s used in Communication system 表表3：APD 更適用于長距離傳輸更適用于長距離傳輸 產品類別產品類別 工作波長工作波長 產品特性產品特性 應用場景應用場景 PIN 830-860/1100-1600nm 噪聲小，工作電壓低，成本低，靈敏度低 中長距離傳輸 APD 1270-1610nm 靈敏度高，成本高 長距離單模光纖 資料來源：源杰科技招股說明書、開源證券研究所 衡量衡量 ROSA 性能的核心指標是靈敏度和接收光功率。靈敏度性能的核心指標是靈敏度和接收光功率。靈敏度。保證誤碼儀在一定誤碼的條件下，接收端所能接收到的最小光功率稱為靈敏度。在高速率傳輸中，靈敏度越

48、小，光模塊性能越強。接收光功率接收光功率。在一定的誤碼條件下，接收端能夠接收到從光源發出光信號的強度，稱為接收端光信號。從成本角度來看，光模塊成本受光從成本角度來看，光模塊成本受光/電芯片以及控制芯片的影響較高電芯片以及控制芯片的影響較高。根據華拓光通信的數據，光器件占光模塊成本的比重為 73%，具體包括光器件元件（46%）和 DFB/APD 芯片（27%）?？刂菩酒脊饽K成本的比重為 18%，僅次于光器件。光器件的成本結構中，DFB 占比最高，達 48%；其次為 APD/TIA，合計占比 32%。圖圖19：光器件元件和光光器件元件和光/電芯片占光模塊成本主要部分電芯片占光模塊成本主要部分

49、圖圖20：DFB、APD、TIA 占光器件成本的主要部分占光器件成本的主要部分 光器件元件,46%DFB和APD芯片,27%PCB,5%控制芯片,18%外殼/插針,4%光器件元件DFB和APD芯片PCB控制芯片外殼/插針DFB,48%APD/TIA,32%結構件,8%尾纖,9%濾光片,2%其他,1%DFBAPD/TIA結構件尾纖濾光片其他 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 13/29 數據來源：華拓光通信、開源證券研究所 數據來源：華拓光通信、開源證券研究所 1.2、算力時代算力時代下下光模塊降本降耗趨勢凸顯光模塊降本降耗趨勢凸顯 數據中心的高能耗問題數據中心的

50、高能耗問題由來已久，算力背景下該問題愈顯由來已久，算力背景下該問題愈顯突出。突出。工信部數據顯示，2023 年我國數據中心耗電量預計將達到 2,667.92 億千瓦時，占社會總耗電量的3%。在此背景下我國多地區發布了對數據中心能效指標 PUE 的限制。在工信部印發的新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023 年）中要求，到 2023 年底新建大型及以上數據中心 PUE 需降低到 1.3 以下。算力需求提升帶動算力需求提升帶動網絡網絡帶寬成倍提速，帶寬成倍提速，數據中心能耗呈指數型增長數據中心能耗呈指數型增長。根據 Digital Information World 發布的最新報告，數據中

51、心為訓練 AI 模型產生的能耗將為常規云工作的三倍。據咨詢機構 Tirias Research建模預測，到 2028 年數據中心功耗將接近 4250MW，比 2023 年增加 212 倍，數據中心基礎設施加上運營成本總額或超 760 億美元。圖圖21：算力和帶寬高速發展帶動數據中心功耗大幅提升算力和帶寬高速發展帶動數據中心功耗大幅提升 數據來源：華為官網 數據中心的能耗主要體現在數據中心的能耗主要體現在 IT 設備設備和制冷設備和制冷設備。IT 設備主要包括服務器和網絡設備等。服務器承載了計算和存儲業務，搭載了 CPU、內存等硬件。網絡設備包括交換機、路由器以及防火墻等。IT 設備占數據中心整

52、體的能耗達設備占數據中心整體的能耗達 45%，其次為制冷，其次為制冷系統，占比達系統，占比達 43%。具體到具體到 IT 設備，其中服務器類約占設備，其中服務器類約占 50%左右，存儲系統約占左右，存儲系統約占35%，網絡通信設備約占，網絡通信設備約占 15%。圖圖22：典型數據中心的能耗主要分布于典型數據中心的能耗主要分布于 IT 和制冷設備和制冷設備 圖圖23：IT 設備設備分為服務器、存儲器、網絡設備以及其他分為服務器、存儲器、網絡設備以及其他 數據來源：人民政協網、開源證券研究所 資料來源：中國通信電源委員會公眾號、開源證券研究所 數據中心帶寬提升，帶動高性能交換芯片和高速率光模塊的應

53、用數據中心帶寬提升，帶動高性能交換芯片和高速率光模塊的應用。數據中心交IT設備,45%制冷設備,43%供配電系統,10%照應等其他,2%IT設備制冷設備供配電系統照應等其他 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 14/29 換芯片的演變趨勢基本處于每兩年翻一番的快速增長，25.6T 交換芯片用 7nm 工藝，51.2T 則需要選擇 5nm 工藝節點，預計 2025 年 3nm 工藝節點可實現，并支持交換芯片實現 102.4T 的容量。對于光接口而言，25.6T 交換芯片對應 64 個 400G 光模塊，已于 2021 年實現。2023 年隨著 64 個 800G 模

54、塊的推出，支持交換機升級到 51.2T。對于 102.T 的交換容量，則需要 1.6T 光模塊，光口每波長速率達到 200G。圖圖24：商用交換芯片容量商用交換芯片容量處于處于每兩年翻一番的快速增長每兩年翻一番的快速增長 圖圖25：交換機密度每兩年翻一番交換機密度每兩年翻一番 數據來源：菲魅通信官網、開源證券研究所 資料來源：菲魅通信官網、開源證券研究所 高性能交換芯片和光模塊的使用導致網絡設備功耗大幅增加高性能交換芯片和光模塊的使用導致網絡設備功耗大幅增加。光模塊速率的提升帶來功耗大幅增加。400G 早期功耗為 10-12w，預計長期功耗為 8-10w，800G 功耗約為 16w。以英偉達

55、QM9700 交換機為例，具有 64 個 400G 端口，若滿載光模塊，單臺交換機對應的功耗就高達 640w 以上。圖圖26：光模塊功耗隨著速率的提升大幅增長光模塊功耗隨著速率的提升大幅增長 圖圖27：熱插拔模塊速率越高對應的單位熱插拔模塊速率越高對應的單位 bit 功耗越低功耗越低 數據來源：菲魅通信官網、開源證券研究所 數據來源：菲魅通信官網、開源證券研究所 交換芯片數據吞吐量提升帶動交換芯片數據吞吐量提升帶動 SerDes 速率的提升，速率的提升，SerDes 功耗也呈上升趨勢功耗也呈上升趨勢。SerDes 是網絡設備的核心器件，負責光模塊和網絡交換芯片的連接。將交換芯片輸出的并行數據，

56、轉換成串行數據進行傳輸。在接收端，再將串行數據轉換成并行數據。在 102.4Tbps 時代，SerDes 速率需要達到 224G，芯片 SerDes 功耗預計會達到300W。受受 PCB 材料工藝的限制，當材料工藝的限制，當 SerDes 速率增加時，為了保障信號的高質量傳速率增加時，為了保障信號的高質量傳輸，信號傳輸距離將會相應縮短輸，信號傳輸距離將會相應縮短。當 SerDes 速率達到 224G 時，最多只能支持 5-6英寸的傳輸距離，這使得交換芯片和光模塊之間的封裝距離需要進一步縮短。綜上所述，綜上所述，AI 算力的發展導致高性能交換芯片、高速率算力的發展導致高性能交換芯片、高速率 Se

57、rDes 及光模塊的滲及光模塊的滲透率加速提升，帶來數據中心網絡設備透率加速提升，帶來數據中心網絡設備的的功耗大幅提升。功耗大幅提升。設備廠商 Cisco 的數據顯示，2010-2022 年全球數據中心的網絡交換帶寬提升了 80 倍，背后的代價是交換芯片功耗提升約 8 倍，光模塊功耗提升 26 倍，交換芯片 SerDes 功耗提升 25 倍。7nm5nm3nm025600512007680010240020172019202120232025E商用交換芯片容量（Gbps）0102030405040080016003200以太網模塊單位bit功耗（pJ/bit）相干模塊單位bit功耗（pJ/bi

58、t）行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 15/29 圖圖28：交換芯片容量交換芯片容量提升導致提升導致 SerDes/光模塊的功耗也大幅提升光模塊的功耗也大幅提升 資料來源：2020 Cisco and/or its affiliates.Cisco Public 除了除了網絡設備功耗大幅提升，服務器的散熱功耗也網絡設備功耗大幅提升，服務器的散熱功耗也非常非?？捎^可觀。根據 CCID 數據統計，2019 年中國數據中心能耗中，約有 43%是用于 IT 設備的散熱，基本與 45%的 IT 設備自身的能耗持平。服務器散熱需求帶動液冷行業的發展服務器散熱需求帶動液冷行業

59、的發展。引入液冷，可以降低數據中心能近 90%的散熱能耗。數據中心整體能耗，則可下降近 36%。在光模塊降本降耗的發展趨勢下，行業圍繞驅動器、調制器、激光器以及電接在光模塊降本降耗的發展趨勢下，行業圍繞驅動器、調制器、激光器以及電接口四個方面去降低功耗口四個方面去降低功耗。驅動器方面，如果采用線性驅動 LPO 技術路線，則可在數據鏈路中只使用線性模擬元件，無需 DSP 或者 CDR 芯片，從而降低 DSP/CDR 產生的功耗。調制器方面，薄膜鈮酸鋰基于其自身較低的半波電壓，使得其相對于其他材料的調制器所需要的驅動電壓更小，從而具備優越的低功耗特性，成為產業界嘗試解決調制器功耗問題的重要途徑。激

60、光器方面，主要有提高激光器電光效率以及提高耦合效率兩種途徑。Lumentum 于 22 年 OFC 會議提出 CW 激光器解決方案，使用 SI-BH 結構，通過 DFB+SOA 來提高光功率，前端有 SSC 模斑轉換用于降低發散角、提高耦合效率。電接口方面，縮短交換芯片和光引擎之間的連接長度，采用諸如 NPO 和 CPO 之類的超密集封裝，實現更高密度的高速端口，提升整機的帶寬密度。而 NPO/CPO 背后的技術，即為硅光技術，以光子和電子為信息載體的硅基光電子大規模集成技術。圖圖29：降低光模塊功耗的方式主要從四個方面改進降低光模塊功耗的方式主要從四個方面改進 資料來源：菲魅通信官網、開源證

61、券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 16/29 2、LPO 線性直驅線性直驅：有望在短距離場景下發揮潛力有望在短距離場景下發揮潛力 LPO 是基于是基于 linear Driver 芯片技術實現的可插拔光模塊芯片技術實現的可插拔光模塊，是對含有是對含有 DSP 設計設計的高速熱插拔以太網模塊的優化和改進的高速熱插拔以太網模塊的優化和改進。目前主流的 200G/400G/800G 產品是基于PAM4 技術加上 DSP 芯片來實現高速、高調制信號的恢復和傳輸。DSP 作為高速數字處理芯片，能夠實現信號的恢復，降低誤碼率，同時還可以進行色散補償、去除噪聲以及非

62、線性干擾等因素。但是成本較高、延時大、功耗高且發熱非常明顯。LPO通過使用性能提升的通過使用性能提升的 TIA、Driver 芯片，實現更好的線性度，芯片，實現更好的線性度，剔除高速率可插拔模剔除高速率可插拔模塊攜帶的塊攜帶的 DSP，帶來模塊帶來模塊功耗下降，但是在系統誤碼率和傳輸距離方面有功耗下降，但是在系統誤碼率和傳輸距離方面有所犧牲。所犧牲。圖圖30：800G 熱插拔熱插拔光模塊光模塊的的功耗功耗主要分布于激光器和主要分布于激光器和 DSP 數據來源：菲魅通信官網、開源證券研究所 信號在交換機主芯片和光模塊之間的傳輸會產生損耗，高頻損耗大于低頻損耗。信號在交換機主芯片和光模塊之間的傳輸

63、會產生損耗，高頻損耗大于低頻損耗。交換機主芯片和光模塊之間的信號傳輸通過 PCB 板上的銅線進行?！摆吥w效應”使得金屬線在傳輸過程中存在自然的損耗。加入加入 DFE、CDR 等“非線性”模塊能對電等“非線性”模塊能對電信號進行修補整形，降低損耗的影響，信號進行修補整形，降低損耗的影響，DSP 憑借數字算法能將補償效果做到最優憑借數字算法能將補償效果做到最優。DSP 將模擬信號轉化為數字量進行處理，最大程度地對信號進行整形補償，但是結果是帶來非線性工作量提升，功耗和延時隨之增加。LPO“降耗”“降耗”的的思路是思路是將信號將信號非線性的修復功能交給交換機系統側來實現，光模塊自身僅保留非線性的修復

64、功能交給交換機系統側來實現，光模塊自身僅保留 CTLE。連續時間線性均衡器 CTLE 對由于通道特性而衰減的信號進行增強，支持 DC 以及 AC 增益。圖圖31：含含 DSP 的高速率光模塊功能圖的高速率光模塊功能圖 圖圖32：取消取消 DSP 的的 LPO 光模塊功能圖光模塊功能圖 資料來源：菲魅通信官網 資料來源：菲魅通信官網 LPO 技術路線的主要壁壘在于電芯片技術路線的主要壁壘在于電芯片，應用場景局限于短距離連接場景，應用場景局限于短距離連接場景。目前全球主要的電芯片廠商為 Macom、Semtech 以及美信。由于 LPO 犧牲了 DSP 的高性能信號恢復能力，因此應用場景主要限于短

65、距離（50m 內）的連接場景，比如數據DSP,49%激光器,18%DRV,18%TIA,10%其他,5%DSP激光器DRVTIA其他 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 17/29 中心中服務器和架頂交換機之間的連接。隨著隨著 800G 高速率光模塊需求的增長，高速率光模塊需求的增長，LPO憑借在功耗以及成本方面的優勢憑借在功耗以及成本方面的優勢有望取得市場需求的增益有望取得市場需求的增益。更高線性度的TIA/Driver給 LPO 帶來信號整形能力的提升，在交換芯片側使用更高性能的 DSP 有望降低信號在鏈路上傳輸的損耗。目前國內的目前國內的布局布局LPO的廠商

66、主要的廠商主要為劍橋科技為劍橋科技和和新易盛新易盛，海外，海外主要廠商為主要廠商為Macom、Semtech、Maxim 以及以及 Broadcom。（1）劍橋科技方面，公司與電芯片龍頭廠商 Macom建立了良好的供應鏈合作關系，預計 2023 年下半年首批基于硅光的 LPO400G/800G實現小批量出貨。劍橋科技與英思嘉共同推出的 LPO 400G 光模塊方案基于硅光技術的 MZ 驅動器 ISG-D5640H 和基于 EML 技術的驅動器 ISG-5640E，適用于 400G DR4/800G DR8 的應用場景。（2）新易盛方面，公司于 2023 年 3 月 ODC 期間推出了 800G

67、 LPO 產品系列，用于單?；蚨嗄５膱鼍?。圖圖33：英思嘉英思嘉與與劍橋科技發布劍橋科技發布的的基于硅光的基于硅光的 LPO 400G 光模塊光模塊方案將方案將于于 2023 年年 Q3開始小批量供貨開始小批量供貨 資料來源：英思嘉公眾號 3、CPO：超高超高速速場景下的顛覆性場景下的顛覆性技術技術，海外，海外龍頭龍頭布局領先布局領先 光芯片通常采用光芯片通常采用-族族化合物化合物 InP 和和 GaAs 作為襯底材料，不同的材料體系由作為襯底材料，不同的材料體系由于物理效應差別較大，導致最終器件的功能也有所差異于物理效應差別較大，導致最終器件的功能也有所差異。衡量襯底材料特性的因素主要包括器

68、件密度、波導損耗、無源器件、有源器件、是否可集成光源以及成本。器件密度決定了光芯片的尺寸，密度越高，集成度越大。有源/無源器件在某些材料體系下加工困難。光源方面，III-V 族直接帶隙半導體材料具有優勢，可以在單個芯片上直接集成光源。成本方面，硅材料成本最低，其他材料的價格較為昂貴。圖圖34：不同不同光芯片襯底光芯片襯底材料的特性材料的特性 資料來源：Silicon Quantum Photonics，Joshua W.Silverstone，2017、開源證券研究所 硅硅材料集成度高材料集成度高材料材料成本低成本低，但在制備激光器方面難度較大，但在制備激光器方面難度較大，III-V 族族材料

69、成本材料成本高與高與 CMOS 工藝兼容較差，工藝兼容較差，鈮酸鋰鈮酸鋰集成度低但光電系數高集成度低但光電系數高。硅光子技術是將電子器件、光子器件和光波導回路集成在同一硅基底上。優勢在于相干調制以及合分波器 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 18/29 件的高度集成化，解決相干產品的缺陷，進而下沉到核心與匯聚層。當前硅光體系已能夠實現大部分無源和有源光器件，僅在硅基光源和光放大器方面還面臨困難。目前硅基光源主要采用混合集成的方式，或者將一個外部的激光器倒裝在硅芯片上，也可以采用外延生長的方式在硅上生長 III-V 族材料。InP/GaAs 自發光效應好，主要用作

70、制備激光器，目前主流光模塊基本采用 InP 光芯片，但材料成本較高。鈮酸鋰通常采用質子交換法或鈦擴散方法制備。由于鈮酸鋰電光系數較高，所以在調制器中的應用廣泛。其相對其他材料最大的優勢在于，能夠高效率地進行頻率轉換。InP 芯片的加工流程主要分為芯片的加工流程主要分為四四步，分別為外延生長、波導刻蝕步，分別為外延生長、波導刻蝕、表表面平整化面平整化以及金屬互聯以及金屬互聯。（1）外延生長外延生長。InP 芯片的波導層以外延的方式生長。外延通常分為三步，先生長有源層 active layer，再生長無源層 passive layer，最后生長 P 型摻雜的InP 覆蓋層。工藝難度在于如何控制好外

71、延生長的均勻性，使得波導層損耗低、射頻工作性能好。不同于 InP 芯片，硅光芯片從 SOI 晶片開始，直接對 220nm 的 Si 層刻蝕形成波導；（2）波導刻蝕波導刻蝕。通過干刻的方法刻蝕外延層，制備出不同類型的波導。根據刻蝕的深度可以劃分為深刻蝕、淺刻蝕以及刻蝕到波導層上方的包層。InP 體系的波導主要為脊形，結合外延生長的有源層，就可以制備成光放大器、調制器、探測器等有源器件；（3）表面平整化表面平整化。在波導之間的空隙中填充材料，使整體結構穩定；（4）金屬互聯金屬互聯。在平整化后的表面生長電極，用于有源器件的外部信號輸入。圖圖35：光放大器和探測器的區別主要在于波導刻蝕的深度和光放大器

72、和探測器的區別主要在于波導刻蝕的深度和 PN 結施加壓力的方向結施加壓力的方向 資料來源：An introduction to InP-based generic integration technology，Meint Smit，2014 圖圖36：InP 芯片的加工流程芯片的加工流程主要分為四步主要分為四步 圖圖37：根據波導刻蝕的深淺可分為深刻蝕、淺刻蝕等根據波導刻蝕的深淺可分為深刻蝕、淺刻蝕等 資料來源：An introduction to InP-based generic integration technology，Meint Smit，2014 資料來源：An introduc

73、tion to InP-based generic integration technology，Meint Smit，2014 國內廠商主要參與國內廠商主要參與 InP 芯片產業鏈的后段模組制造環節，設計、晶圓代工以及芯片產業鏈的后段模組制造環節，設計、晶圓代工以及封裝供應商主要集中于海外。封裝供應商主要集中于海外。磷化銦晶圓是整個鏈條的前段；磷化銦晶圓生產出來 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 19/29 后，在此基礎上涂材料實現“外延”后提供給了芯片商；然后在制造商手中成為光器件，在設備商手上被研制成為光系統。圖圖38：全球全球 InP 芯片產業鏈主要包括

74、芯片產業鏈主要包括 PDK、設計、設計&檢測、晶圓代工、封裝以及模組檢測、晶圓代工、封裝以及模組制造幾個環節制造幾個環節 資料來源：PhotonDelta Global InP Map 對比全球主要代工廠對比全球主要代工廠加工的光芯片性能，硅光與加工的光芯片性能，硅光與 InP 各有利弊各有利弊。波導傳輸損耗方面，兩種材料體系相差不大，都在 1-3 dB/cm 之間；調制器方面，硅光的帶寬更大，但是插損高于 InP；探測器方面，硅光帶寬更高，但是響應率低于 InP。硅光是提高集成度、實現重復性生產的關鍵。硅光是提高集成度、實現重復性生產的關鍵。根據全球主要代工廠的數據，硅光單位面積的流片成本相

75、對 InP 沒有體現出優勢，盡管硅光的原材料成本以及晶圓價格較低于 InP。其主要是受工藝的成熟度、封裝難度以及生產良率的影響。但 InP在晶圓尺寸上較大，單片 MPW 的流片數量較少，集成度方面存在劣勢。硅光的成硅光的成本優勢有望在規?；篌w現出來本優勢有望在規?；篌w現出來。硅光與 CMOS 工藝相兼容，有望充分利用硅制造技術的規模、成本和工藝控制等優勢。在 AI 的推動下，數據中心對光模塊的需求量預計大幅提升，硅光有望迎來新的產業化機遇，受到部分云計算廠商的青睞。表表4：全球主要代工廠加工的光芯片性能對比全球主要代工廠加工的光芯片性能對比 硅光芯片硅光芯片 InP 芯片芯片 代工 Fab

76、 Imec ISIPP25G+CEA-LETI Si310-PHMP2M SMART TxRx 10G HHI TxRx 25G Oclaro TxRx 10G 波導 傳輸損耗（dB/cm）1.5-2.5 2.5 3-4 1-2 2-3 調制器/移相器 長度/mm 1.5 1-4 2 0.5 1 帶寬/GHz 20 10 插損/dB 6 2.5 2 2 50 30 10 40 10 響應率/（A/W）0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 暗電流/nA 50 10 20 10-數據來源：FOUNDRIES OVERVIEW，Amit Khanna、開源證券研究所 行業深度報告行業深度報告 請務

77、必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 20/29 表表5：硅光硅光 MPW 流片成本流片成本與與 InP 對比對比 硅光芯片硅光芯片 InP 芯片芯片 代工 Fab Imec ISIPP25G LETI Si310-PH SMART TxRx 10 HHI TXRx 25 Oclaro TxRx 10 MPW die size mm2 2.5x2.5 1.7x3.7 2x4.6 3x6 2x6 Price EUR 10000 6610 4500 5500 12000 MPW cost/mm2 1600 1050 500 300 1000 Chips per MPW run 10 15 8 8 8

78、 數據來源：FOUNDRIES OVERVIEW，Amit Khanna、開源證券研究所 隨著行業對低功耗、低成本、高集成度光模塊的需求愈發旺盛，硅光憑借更低隨著行業對低功耗、低成本、高集成度光模塊的需求愈發旺盛，硅光憑借更低的材料成本，更高的集成度成為重要的技術的材料成本，更高的集成度成為重要的技術研發方向研發方向。根據 Equnix 預測，以一個擁有超過10萬臺服務器和5萬多個交換機的數據中心為例，它們之間的連接需要超100萬個光模塊，花費在 1.5 億美元至 2.5 億美元之間，占據數據中心網絡成本的 60%，超過交換機、NIC 和電纜等設備的總和。硅光模塊雖然工藝難度大，封裝成本較高(

79、約1.5-2 美元/GB)，但其成本理論上有望降至 0.3 美元/GB，在規模量產情況下發揮成本優勢。CPO 的出現主要是為了解決高頻電鏈接距離的問題的出現主要是為了解決高頻電鏈接距離的問題。數據中心帶寬的增長導致SerDes 速率不斷提升，功耗隨之增加。為了保障信號的高質量傳輸，優化 SerDes 功耗，信號傳輸距離將會相應縮短，即交換芯片和光模塊之間的封裝距離需要進一步縮短。除此之外，隨著數據中心內部流量的不斷增長，每根光纖的傳輸容量也在不斷提升，而數據中心光纖的單芯容量只有 100-400G，要做到大規模的數據吞吐意味著需要不斷增加通道的數量，CPO 可以提高集成度。根據數據顯示，通過采

80、用 CPO技術，光學連接所需的功率有望降低 50%以上。圖圖39：光引擎離光引擎離 switch 越近，光信號距離越短，越近，光信號距離越短，SerDes的功耗越小的功耗越小 圖圖40：CPO 的優勢體現為低功耗、低延時、低成本，但的優勢體現為低功耗、低延時、低成本，但在熱管理以及良率等方面還存在問題在熱管理以及良率等方面還存在問題 資料來源：Beyond 400 G Project Priorities for Data Center Networks 資料來源：菲魅通信網、開源證券研究所 CPO 作為新型光電子集成技術，基于先進封裝技術將光收發模塊和控制運算的作為新型光電子集成技術，基于先

81、進封裝技術將光收發模塊和控制運算的ASIC 芯片異構集成在一個封裝體內，形成具有一定功能的微系統芯片異構集成在一個封裝體內，形成具有一定功能的微系統。先進封裝技術是一種采用先進的設計思路和先進的集成工藝技術，如硅通孔、重布線,、倒裝、凸點、引線鍵合等對芯片進行封裝級重構，能有效提升功能密度。下游行業對高容量（更下游行業對高容量（更多通道更高速率）、低能耗、低成本、可靠性的追求，帶動光模塊多通道更高速率）、低能耗、低成本、可靠性的追求，帶動光模塊的光電互連封裝技的光電互連封裝技術不斷創新演化術不斷創新演化。從最初的 AOC 有源光纜、可插拔光模塊，到 PCB 板載光模塊，到如今廣泛探討的 CPO

82、 封裝，都是在適應不斷增長的數據量要求。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 21/29 圖圖41：可插拔、嵌入式、共封裝光模塊結構對比可插拔、嵌入式、共封裝光模塊結構對比 資料來源：Development and Manufacturing of an Integrated Photonic Transceiver Product，Dr.Sven Otte 圖圖42：光電互連封裝技術的發展過程光電互連封裝技術的發展過程，未來或通往，未來或通往 3D CPO 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 按照物理結構按照物理結構CPO可分為可分為

83、3種技術形態：種技術形態：2D平面平面CPO、2.5D CPO和和3D CPO。（1）2D 封裝封裝 基于基于 2D 封裝的封裝的 CPO 技術是將技術是將 PIC 和集成電路并排放置在基板或和集成電路并排放置在基板或 PCB 上，通上，通 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 22/29 過引線或基板布線實現互連。過引線或基板布線實現互連。2D 封裝的優點是易于封裝、靈活性高，EIC 和 PIC 都可以使用不同的材料、利用不同的工藝單獨制作。根據芯片和基板互連方式不同，基于 2D 封裝發展出了基于 Wire bonding 的 CPO、基于倒裝的 CPO、基于扇出

84、型晶圓級封裝技術的 CPO 三種技術路徑。臺積電在 2021 年推出了緊湊型通用光子引擎COUPE 技術，將 EIC 和 PIC 放置在同一基板上，通過引線鍵合的方式在基板上實現互連。Acacia 于 2017 年利用 CPO 技術設計了一款相干模塊，將 PIC、驅動器芯片和 TIA 倒裝焊在一個 11 層的低溫共燒陶瓷基板上，相對于 PCB 大大節省空間。信號通過陶瓷基板內部走線互連，具有較短的路徑和良好的電學性能，相比于在 PCB上走線大幅減少了傳輸損耗。圖圖43：臺積電臺積電 COUPE 技術封裝結構技術封裝結構 圖圖44：Acacia 基于陶瓷基板的基于陶瓷基板的 CPO 技術技術圖圖

85、 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023（2）基于）基于 2.5D 封裝的封裝的 CPO 技術技術 2.5D 封裝是將封裝是將 EIC 和和 PIC 均倒裝在中介層（均倒裝在中介層（interposer）上，通過）上，通過 interposer上的金屬互連上的金屬互連 PIC 和和 EIC，interposer 再與下方的封裝基板或再與下方的封裝基板或 PCB 板相連板相連。根據所用轉接板的材料不同，基于 2.5D 封裝發展出了基于玻璃轉接板的 CPO、基于硅轉接板的 CPO 和基于嵌入式多芯片互連橋接

86、三種技術路線。玻璃材料由于具有高透光性、低損耗的電氣互連特性和出色的尺寸穩定性，很玻璃材料由于具有高透光性、低損耗的電氣互連特性和出色的尺寸穩定性，很適合作為適合作為 CPO 的轉接板。的轉接板。硅轉接板采用硅晶圓加工技術，可以制作更小線寬的互連硅轉接板采用硅晶圓加工技術，可以制作更小線寬的互連線，布線密度高，可以實現光電芯片的高密度引腳互連線，布線密度高，可以實現光電芯片的高密度引腳互連。美滿科技在 2022 年推出了一款基于 2.5D CPO 技術的交換機，它將驅動芯片、TIA、激光器等倒裝在有 TSV 的硅光轉接板上，再將轉接板和 DSP 放到同一塊有機基板上形成光引擎，然后將 16個光

87、引擎和交換芯片 Marvell Teralynx7 在 PCB 上互連形成交換機，可達到 12.8Tbps 的交換速率。2017 年新加坡微電子所基于 2.5D 硅轉接板 CPO 技術實現了多通道硅基集成光模塊，電芯片和光芯片倒裝在硅基轉接板上，再通過引線鍵合與下面的 PCB 實現互連。該模塊實現了單通道超過 50G 的傳輸速率，通過多通道實現了超過400G 的速率。圖圖45：2.5D 封裝方案示意圖封裝方案示意圖 圖圖46：Acacia 基于陶瓷基板的基于陶瓷基板的 CPO 技術技術圖圖 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機

88、遇與挑戰，卞玲艷，2023 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 23/29（3）基于）基于 3D 封裝的封裝的 CPO 技術技術 3D 封裝技術通過將光電芯片進行垂直互連，可以實現更短的互連距離、更高的封裝技術通過將光電芯片進行垂直互連，可以實現更短的互連距離、更高的互連密度、更好的高頻性能、更低的功耗、更高的集成度以及更緊湊的封裝，是目互連密度、更好的高頻性能、更低的功耗、更高的集成度以及更緊湊的封裝，是目前前 CPO 技術研究的熱點和趨勢。技術研究的熱點和趨勢。2022 年博通首次推出了一款基于3D封裝的光引擎，它將PIC 倒裝在 EIC 上方，EIC 與 A

89、SIC 芯片通過基板互連。將 25.6Tbps 的 Tomahawk 4 交換機芯片和 4 個 CPO結構的光引擎封裝在一起形成一個交換機，單個 CPO 模塊支持 3.2Tbps，整個系統包含 4 個 CPO 模塊，共有 12.8Tbps 的帶寬。博通稱采用博通稱采用 CPO 的結構可以節約的結構可以節約 40%的功耗和的功耗和 40%的每比特成本的每比特成本。圖圖47：基于帶基于帶 TSV 的的 PIC 轉接板的轉接板的 CPO 圖圖48：Acacia 基于陶瓷基板的基于陶瓷基板的 CPO 技術技術圖圖 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 資料來源：大數據時代光

90、電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 CPO 目前處于產業化初期，在工藝、仿真以及測試等方面面臨很多技術挑戰目前處于產業化初期，在工藝、仿真以及測試等方面面臨很多技術挑戰。封裝工藝能力是制約封裝工藝能力是制約 CPO 發展的重要因素，涉及發展的重要因素，涉及 TSV、TGV 等多種先進等多種先進復雜的復雜的封封裝技術，每一種技術都皆有利弊，需要在研發制造過程中不斷探尋最可靠的方案裝技術，每一種技術都皆有利弊，需要在研發制造過程中不斷探尋最可靠的方案。以 TSV 通孔加工技術為例，其涉及深反應離子刻蝕工藝。在采用氟化物對硅刻蝕后，需要對通孔進行電鍍填充，填充步驟是該技術的關鍵和核心。電鍍填

91、充的材料包括銅和銀，一方面需要控制填充速度，以防止后期形成孔洞，另一方面還需要控制填充后的表面銅層厚度，以減少后續平坦化工藝的難度。整體工藝流程在可靠性和良率方面難度較高，國內相關制成水平與海外存在較大的差距。圖圖49：基于硅中介層的基于硅中介層的 TSV 主要制備工藝主要制備工藝包括包括 7 個步驟個步驟 資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023 散熱問題對于散熱問題對于 CPO 來說具有重大挑戰來說具有重大挑戰。CPO 中放置光和電器件的空間十分狹小，并且光學器件對熱特別敏感。在 CPO 標準工作組所做的模擬仿真中，在風速 5m/s的條件下，當采用 16 個的 CP

92、O 模塊和一個開關芯片模型設計時，開關芯片的溫度 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 24/29 為 151.76，幾乎無法正常工作。主流的熱可插拔模塊在維修時非常方便，但作為不可插拔的主流的熱可插拔模塊在維修時非常方便，但作為不可插拔的 CPO 封裝技術在維封裝技術在維修時難度較高，因此測試修時難度較高，因此測試、良率良率以及可靠性以及可靠性問題成為問題成為 CPO 產業化的關鍵產業化的關鍵。由于光芯片是直接與電芯片通過先進封裝工藝封裝在一起的，如果某顆芯片發生了損壞，整個模塊就無法正常工作，這不僅使良率下降，也給測試帶來了諸多困難。CPO 的光學器件具有不同于

93、以往開發的任何子組件的通道密度，這意味著現有的測試解決方案不能滿足測試要求?？煽啃砸缶唧w包括使用壽命、故障率等方面，提高產品可靠性可以大幅降低后續 CPO 的維護成本。2020 年以來年以來 CPO 逐漸從學術型研究成果轉變為市場需求的產品逐漸從學術型研究成果轉變為市場需求的產品。如英特爾、博通、美滿科技等行業內龍頭企業均已推出多款基于 CPO 的量產產品，其他企業也在積極地布局相關產品，并推進 CPO 技術標準化。云服務廠商 Facebook 和 Microsoft創建了 CPO 聯盟，旨在打造一個平臺吸引各細分行業龍頭企業加入聯盟，推動 CPO 標準的建立和產品的發展。表表6：CPO 海

94、海外外龍頭具有先發優勢，布局進展相對國內較快龍頭具有先發優勢，布局進展相對國內較快 公司公司 進展情況進展情況 英特爾 2020 年公司展示了業內第一款基于 CPO 技術的交換機產品，并采用了 12.8Tbps 的Barefoot Tofino2 芯片和 1.6 Tbps 光引擎共同封裝；2021 年公司與 Ayar Labs 合作將 FPGA 芯片 Stratix10 和 5 顆光學 IO TeraPHY 芯片共同封裝在一個 16 層有機基板上，實現 8Tbps 帶寬的多芯片封裝體；2022 年公司報道了與 Ayar Labs 的最新合作成果，使用 FPGA 與硅光芯片構成 optical

95、IO鏈路，首次驗證了 5.12 Tbps 帶寬的信號互連；思科 并購 Lightwire、Luxtera、Acacia 三大硅光企業發展 CPO；Acacia 在 2020 年推出 400G硅光模塊方案，先將分立光器件集成為 PIC 芯片，再與自研 DSP 電芯片集成在 SOI 上，最終外接激光器封裝成光模塊；與芯片制造商 Inphi 在 CPO 技術領域展開合作，計劃未來推出基于 CPO 技術的 51.2Tbps 交換機；美滿 2022 年推出基于 2.5D CPO 技術的 12.8Tbps Teralynx7 交換機；2023 年推出由超低延遲Marvell Teralynx10 51.2

96、Tbps 交換芯片和業界首款 PAM4 1.6Tbps 光電平臺 Marvell Nova 組成的新平臺；博通 收購光器件公司 Luminent、Broadlight 來發展 CPO；2022 年在 OFC 上發布首款 CPO 交換機，將 25.6 Tbps Tomahawk 4 交換機芯片和光學部件共同封裝；2023 年推出了最新的交換機產品 Tomahawk StrataXGS 5，采用了 CPO 技術將交換機芯片和 100G PAM4 接口共封裝，達到了 51.2Tbps 的交換容量，功耗僅需 5.5W；資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰，卞玲艷，2023、開源證券研究所 與

97、國外相比，我國企業則普遍較晚進入與國外相比，我國企業則普遍較晚進入 CPO 領域，在產品開發進度及技術研究領域，在產品開發進度及技術研究方面存在明顯的差距方面存在明顯的差距。CCITA 牽頭的 CPO 標準是當前我國唯一原生的 CPO 技術標準，其目的是結合目前國內外在光互連技術發展及應用場景的差異，聯合國內光模塊、光收發芯片、電驅動放大芯片、光源、連接器等廠商，共同打造更加適合我國的 CPO 標準。光迅科技、中際旭創、華工科技、新易盛、阿里云、通宇通訊、海信、博創科技、聯特科技等都已開始涉足光電共封領域，但由于起步較晚，目前還沒有 CPO 相關的產品推向市場，主要產品還都集中在 400G、8

98、00G 的硅光模塊。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 25/29 表表7：CPO 國內國內尚處于尚處于開開發階段發階段 公司公司 進展情況進展情況 光迅科技 2023 年的 OFC 上領先發布了可以支持 3.2 T CPO 光引擎的自研光源模塊；亨通光電 2021 年亨通光電和英國 Rockley 合作推出了國內首臺 3.2 T CPO 工作樣機，由于技術迭代，目前尚在進一步研發過程中，還不具備量產化條件；中際旭創 2021 年開始進行關鍵技術的預研，持續打造先進光子芯片產業化技術平臺和 2.5D、3D混合封裝平臺；通宇通訊 深圳光為在 2021 年已有預研，目

99、前相關的核心技術有在材料方面基于硅光技術的高集成度高速光電芯片及封裝技術、結構方面基于全新系統架構需求的高密度光纖互聯技術和基于客戶降功耗需求的光模塊液冷技術，根據客戶的驗證進展，公司預計 CPO 批量應用要到 2024 年底；博創科技 正在 CPO 技術領域進行研發和產品準備；聯特科技 目前 CPO 相關產品開發還處于初期階段，技術的成熟及市場的規?；瘧眠€尚需時日；銳捷網絡 2021 年銳捷網絡發布了首款基于 112G SerDes 交換芯片并由 16 個 1.6 Tbps CPO 模塊組成的25.6 Tbps CPO交換機；2022年銳捷網絡將CPO模塊從1.6 Tbps升級到3.2 T

100、bps，發布了 51.2Tbps 的 CPO 交換機；資料來源：大數據時代光電共封裝技術的機遇與挑戰、中際旭創等公司公告、開源證券研究所 4、薄膜薄膜 LiNbO3 調制器調制器：高速率場景下結合硅光或大有可為高速率場景下結合硅光或大有可為 鈮酸鋰的優點是響應速度快鈮酸鋰的優點是響應速度快、電光系數高、電光系數高，適合做高速光調制器，適合做高速光調制器。鈮酸鋰這一特性源于其特殊的電光晶體結構。當施加電壓時，在泡克爾斯效應下鈮酸鋰由單軸晶體轉變為雙軸晶體，因此電場可以大幅改變其光的折射率和相位，產生良好的電光調制效果。傳統的鈮酸鋰調制器受限于工藝水平傳統的鈮酸鋰調制器受限于工藝水平，尺寸相對尺寸

101、相對 InP 和硅光較大，和硅光較大，在在行業趨向小型化高集成的背景下開始為行業趨向小型化高集成的背景下開始為 InP 和硅材料調制器所替代和硅材料調制器所替代。調制電壓的大小取決于調制器調制臂的厚度和長度，而厚度和長度決定了鈮酸鋰調制器結構的大小。想實現較低的調制電壓驅動，就需要降低厚度或者加長調制臂的長度。鈮酸鋰調制器厚度的降低由工藝所決定，在厚度達到工藝極限的情況下為了降低電壓只能選擇加長調制臂。圖圖50：傳統鈮酸鋰調制器體積大，基于硅傳統鈮酸鋰調制器體積大，基于硅基底的薄膜鈮酸鋰可解決體積難題基底的薄膜鈮酸鋰可解決體積難題 資料來源：Thin-fIlm Lithium Niobate

102、Integrated Photonics on Silicon for Electro-and Nonlinear-optic Applications，Honardoost，2020 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 26/29 圖圖51：根據根據不同材料體系光模塊的市場份額不同材料體系光模塊的市場份額變化，傳統鈮酸鋰材料占比逐步下滑變化，傳統鈮酸鋰材料占比逐步下滑 數據來源：C114 通信網、開源證券研究所 薄膜鈮酸鋰薄膜鈮酸鋰可可通過通過 smart-cut 技術來制備，從而技術來制備，從而解決傳統鈮酸鋰調制器體積過大解決傳統鈮酸鋰調制器體積過大的問題的問

103、題。為了從晶圓上得到鈮酸鋰薄膜，需要先使用 He 離子束轟擊鈮酸鋰晶圓，控制注入的力度使得離子在距離晶圓表面適當的位置停留下來。完成離子注入后，再將鈮酸鋰 wafer 倒置扣在其他襯底的表面進行真空鍵合，加熱后注入的離子散發，鈮酸鋰晶體上的薄層就滲入到硅襯底的表面。圖圖52：鈮酸鋰調制器按照驅動鈮酸鋰調制器按照驅動類型類型可分為單臂可分為單臂單驅和單單驅和單臂雙驅等臂雙驅等 圖圖53：薄膜鈮酸鋰晶圓薄膜鈮酸鋰晶圓制備工藝包括離子注入、薄膜鍵制備工藝包括離子注入、薄膜鍵合、退火剝離和平坦化合、退火剝離和平坦化 資料來源：深圳高光特光電科技、開源證券研究所 資料來源：Thin-fIlm Lithi

104、um Niobate Integrated Photonics on Silicon for Electro-and Nonlinear-optic Applications，Honardoost，2020 通過薄膜鈮酸鋰材料的低損傷干法刻蝕工藝、硅與鈮酸鋰薄膜大面積鍵合工藝、通過薄膜鈮酸鋰材料的低損傷干法刻蝕工藝、硅與鈮酸鋰薄膜大面積鍵合工藝、硅和鈮酸鋰光波導的高效耦合方法以及大帶寬行波電極的設計等關鍵技術，制備的硅和鈮酸鋰光波導的高效耦合方法以及大帶寬行波電極的設計等關鍵技術，制備的薄膜鈮酸鋰調制器具有成本低、尺寸小、可批量化生產、薄膜鈮酸鋰調制器具有成本低、尺寸小、可批量化生產、CMOS

105、 工藝兼容等優點，工藝兼容等優點，有望成為有望成為未來未來高速率場景下高速率場景下有競爭力的解決方案有競爭力的解決方案，目前，目前國內還處于科研階段，離國內還處于科研階段，離產產業化還有距離業化還有距離。華中科技大學總結了薄膜鈮酸鋰目前面臨的兩個主要挑戰。華中科技大學總結了薄膜鈮酸鋰目前面臨的兩個主要挑戰。首先是低成本制備工藝。薄膜鈮酸鋰目前成本較高，而商用后的市場需求與單位成本息息相關。如何解決產業化后的成本問題是關鍵。其次是鈮酸鋰的晶圓尺寸。目前以 4 吋和 6 吋為主，8 吋和 12 吋能否實現產業化與后期的成本相關。光庫科技走在國內薄膜鈮酸鋰的產業化前沿光庫科技走在國內薄膜鈮酸鋰的產業

106、化前沿。2019 年公司通過收購 Lumentum鈮酸鋰系列高速調制器產品線相關資產切入賽道。公司開發的新一代薄膜鈮酸鋰光子集成技術，具有高速率、低功耗等優勢。目前正重點開發 800G 及以上的薄膜鈮酸鋰相干和非相干調制器產品。預計將在未來幾年推出薄膜鈮酸鋰高速調制器和模塊系列產品，傳輸速率或達 800G 以上。05,00010,00015,00020,00025,000201820192020202120222023E2024E2025E2026E2027E2028ESales($millions)Silicon PhotonicsGaAs allInP allLiNbO3 bulkTFLN

107、 and other 行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 27/29 5、受益標的受益標的 在創新技術方面具有前瞻性布局的公司有望充分受益。LPO 技術受益標的為劍橋科技和新易盛；CPO 技術受益標的為中際旭創、光迅科技和銳捷網絡；薄膜鈮酸鋰調制器受益標的為光庫科技。表表8：重點公司盈利預測與估值重點公司盈利預測與估值 股票代碼股票代碼 公司簡稱公司簡稱 評級評級 最新收盤價（元）最新收盤價（元）總市值（億元）總市值（億元）EPS P/E 2023E 2024E 2025E 2023E 2024E 2025E 300308.SZ 中際旭創 買入 109.45 87

108、8.69 2.05 3.78 4.97 53.40 28.96 22.03 301165.SZ 銳捷網絡 未評級 43.02 244.43 1.22 1.66 2.19 35.21 25.85 19.61 002281.SZ 光迅科技 增持 33.72 268.08 0.84 1.05 1.21 40.07 32.26 27.81 300620.SZ 光庫科技 未評級 51.05 125.23 0.48 0.69 0.95 106.58 73.51 53.94 300502.SZ 新易盛 買入 44.73 317.55 1.21 1.92 2.48 36.95 23.34 18.06 6030

109、83.SH 劍橋科技 增持 52.40 140.49-數據來源：Wind、開源證券研究所（注：收盤日期 2023 年 10 月 10 日，盈利預測均來自 Wind 一致預期）6、風險提示風險提示 電芯片及光芯片的供應鏈風險；云廠商資本開支不及預期的風險等。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 28/29 特別特別聲明聲明 證券期貨投資者適當性管理辦法、證券經營機構投資者適當性管理實施指引（試行）已于2017年7月1日起正式實施。根據上述規定，開源證券評定此研報的風險等級為R4（中高風險），因此通過公共平臺推送的研報其適用的投資者類別僅限定為專業投資者及風險承受能力為

110、C4、C5的普通投資者。若您并非專業投資者及風險承受能力為C4、C5的普通投資者，請取消閱讀，請勿收藏、接收或使用本研報中的任何信息。因此受限于訪問權限的設置，若給您造成不便，煩請見諒！感謝您給予的理解與配合。分析師承諾分析師承諾 負責準備本報告以及撰寫本報告的所有研究分析師或工作人員在此保證，本研究報告中關于任何發行商或證券所發表的觀點均如實反映分析人員的個人觀點。負責準備本報告的分析師獲取報酬的評判因素包括研究的質量和準確性、客戶的反饋、競爭性因素以及開源證券股份有限公司的整體收益。所有研究分析師或工作人員保證他們報酬的任何一部分不曾與，不與，也將不會與本報告中具體的推薦意見或觀點有直接或

111、間接的聯系。股票投資評級說明股票投資評級說明 評級評級 說明說明 證券評級證券評級 買入（Buy）預計相對強于市場表現 20%以上；增持（outperform）預計相對強于市場表現 5%20%；中性（Neutral）預計相對市場表現在5%5%之間波動；減持（underperform）預計相對弱于市場表現 5%以下。行業評級行業評級 看好（overweight）預計行業超越整體市場表現；中性（Neutral）預計行業與整體市場表現基本持平；看淡（underperform）預計行業弱于整體市場表現。備注：評級標準為以報告日后的 612 個月內，證券相對于市場基準指數的漲跌幅表現，其中 A 股基準指

112、數為滬深 300 指數、港股基準指數為恒生指數、新三板基準指數為三板成指（針對協議轉讓標的）或三板做市指數（針對做市轉讓標的）、美股基準指數為標普 500 或納斯達克綜合指數。我們在此提醒您，不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準。我們采用的是相對評級體系，表示投資的相對比重建議；投資者買入或者賣出證券的決定取決于個人的實際情況，比如當前的持倉結構以及其他需要考慮的因素。投資者應閱讀整篇報告，以獲取比較完整的觀點與信息，不應僅僅依靠投資評級來推斷結論。分析、估值方法的局限性說明分析、估值方法的局限性說明 本報告所包含的分析基于各種假設，不同假設可能導致分析結果出現重大不同。本報告采用的各

113、種估值方法及模型均有其局限性，估值結果不保證所涉及證券能夠在該價格交易。行業深度報告行業深度報告 請務必參閱正文后面的信息披露和法律聲明 29/29 法律聲明法律聲明 開源證券股份有限公司是經中國證監會批準設立的證券經營機構，已具備證券投資咨詢業務資格。本報告僅供開源證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）的機構或個人客戶（以下簡稱“客戶”）使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告是發送給開源證券客戶的，屬于商業秘密材料，只有開源證券客戶才能參考或使用，如接收人并非開源證券客戶，請及時退回并刪除。本報告是基于本公司認為可靠的已公開信息，但本公司不保證該等信息的準確性或完整性。本報告

114、所載的資料、工具、意見及推測只提供給客戶作參考之用，并非作為或被視為出售或購買證券或其他金融工具的邀請或向人做出邀請。本報告所載的資料、意見及推測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。在不同時期，本公司可發出與本報告所載資料、意見及推測不一致的報告?？蛻魬斂紤]到本公司可能存在可能影響本報告客觀性的利益沖突，不應視本報告為做出投資決策的唯一因素。本報告中所指的投資及服務可能不適合個別客戶，不構成客戶私人咨詢建議。本公司未確保本報告充分考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要。本公司建議客戶應考慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀

115、況，以及（若有必要）咨詢獨立投資顧問。在任何情況下，本報告中的信息或所表述的意見并不構成對任何人的投資建議。在任何情況下，本公司不對任何人因使用本報告中的任何內容所引致的任何損失負任何責任。若本報告的接收人非本公司的客戶，應在基于本報告做出任何投資決定或就本報告要求任何解釋前咨詢獨立投資顧問。本報告可能附帶其它網站的地址或超級鏈接，對于可能涉及的開源證券網站以外的地址或超級鏈接，開源證券不對其內容負責。本報告提供這些地址或超級鏈接的目的純粹是為了客戶使用方便，鏈接網站的內容不構成本報告的任何部分，客戶需自行承擔瀏覽這些網站的費用或風險。開源證券在法律允許的情況下可參與、投資或持有本報告涉及的證

116、券或進行證券交易，或向本報告涉及的公司提供或爭取提供包括投資銀行業務在內的服務或業務支持。開源證券可能與本報告涉及的公司之間存在業務關系，并無需事先或在獲得業務關系后通知客戶。本報告的版權歸本公司所有。本公司對本報告保留一切權利。除非另有書面顯示，否則本報告中的所有材料的版權均屬本公司。未經本公司事先書面授權，本報告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷貝、復印件或復制品，或再次分發給任何其他人，或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。所有本報告中使用的商標、服務標記及標記均為本公司的商標、服務標記及標記。開開源證券源證券研究所研究所 上海上海 深圳深圳 地址：上海市浦東新區世紀大道1788號陸家嘴金控廣場1號 樓10層 郵編：200120 郵箱： 地址：深圳市福田區金田路2030號卓越世紀中心1號 樓45層 郵編：518000 郵箱： 北京北京 西安西安 地址：北京市西城區西直門外大街18號金貿大廈C2座9層 郵編：100044 郵箱： 地址：西安市高新區錦業路1號都市之門B座5層 郵編：710065 郵箱：