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1、 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 Table_MainInfo 行業研究/信息設備/通信設備 證券研究報告 行業專題報告行業專題報告 2024 年 06 月 11 日 Table_InvestInfo 投資評級 優于大市優于大市 維持維持 市場表現市場表現 Table_QuoteInfo 2995.453527.354059.264591.165123.075654.972023/62023/92023/122024/3通信設備海通綜指 資料來源：海通證券研究所 相關研究相關研究 Table_ReportInfo 海通通信一周談：谷歌擬在馬來西亞投資 20 億美元以建設 AI 等領域;

2、預計 23 年全球硅光芯片市場超 30 億美元2024.06.06 海通通信一周談：新華三收購方案落地；美國電信巨頭 AT&T 進軍衛星通信2024.05.28 海通通信一周談：OpenAI 發布GPT-4o；24Q1 全球云服務支出同比增長21%2024.05.21 Table_AuthorInfo 分析師:余偉民 Tel:(010)50949926 Email: 證書:S0850517090006 聯系人:徐卓 Tel:(021)23187270 Email: 光電材料之硅光（一）：光電材料之硅光（一）：AI 爆發迎產業“奇爆發迎產業“奇點”，硅光大規模應用在即點”，硅光大規模應用在即 T

3、able_Summary 投資要點：投資要點：硅光的核心思想是硅光的核心思想是融合融合 CMOS 和光子技術的優勢。和光子技術的優勢。硅光融合了 CMOS 技術的超大規模邏輯、超高精度制造的特性以及光子技術超高速率、超低功耗的優勢，把原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到一個獨立微芯片中。與傳統光電子相比，硅光具備集成度高、成本低、功耗低等顯著優勢。自 1969 年貝爾實驗室提出硅光子技術至今，硅光技術從概念逐步走向成熟。根據 Yole 官網，2022年全球硅光芯片市場空間為 6800 萬美元，預計到 2028 年將增長到 6 億美元以上，22-28 年 CAGR 達 44%，廣泛應用于通信、

4、計算、傳感等市場。相干打開硅光的早期應用，相干相干打開硅光的早期應用，相干下沉和全光網絡為增長點。下沉和全光網絡為增長點?；诠韫饧夹g的相干模塊，低成本、低功耗優勢凸顯。2014 年 3 月，Acacia 發布首款具有相干光模塊功能的單芯片硅光子集成電路，相干打開硅光的早期應用。我們認為，隨骨干網和城域網的升級擴容，全球 AI 和云計算數據中心高速建設，國內“東數西算”工程持續推進，相干技術有望持續擴大市場。此外，硅光可應用于全光網絡 ROADM 系統中的 WSS 器件，具有成長潛力。AI 成為“殺手級”應用，有望快速滲透成為“殺手級”應用，有望快速滲透。硅光的“雞蛋問題”，本質就是規模生產和

5、硅光優勢之間的短期矛盾。我們認為，AI 推動光通信需求快速釋放，以及硅光工藝生態完善，硅光滲透率有望快速提升，大型科技公司和主要客戶的決策也將最終推動硅光技術在 AI 中的廣泛應用。AI 需求背景下，競爭路線速率、供給、功耗存在瓶頸，硅光優勢明顯。根據 Lightcounting 官網，預計硅光光模塊在光模塊中的整體份額將從 2022 年的 24%提升至 2028 年的 44%。LPO、CPO、OIO 系光互聯未來趨勢，硅光更加契合系光互聯未來趨勢，硅光更加契合。1）長期來看，LPO 具有低功耗、低延遲、低成本和可熱插拔等優勢，硅光方案可以提供更好的線性度；2）CPO 將光芯片與交換芯片在基板

6、上封裝在一起，進一步降低功耗，提高帶寬，為了滿足 CPO 的要求，需要開發先進的硅光子制造技術和元件結構；3）OIO 主要為實現低功耗、高帶寬、低延遲的光互連，仍處于行業早期階段，有望快速發展，硅光技術可能是 OIO 的唯一光學解決方案。風險提示：風險提示：AI 應用迭代及需求不及預期、硅光技術及生產發展不及預期、大客戶技術路徑選擇風險。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 2 目目 錄錄 1.硅光：融合 CMOS 和光子技術優勢，迎來產業“奇點”.6 1.1 硅光技術：旨在實現電子和光子的深度融合和統一.6 1.2 技術優勢：在集成度、性能、成本等方面有優勢.7 1.

7、3 發展歷程：五十年孕育，迎來產業“奇點”.8 1.4 應用領域：硅光廣泛應用于通信、傳感和計算等領域.10 2.應用/需求視角：AI 有望成為“殺手級”應用，有望快速滲透.11 2.1 相干系硅光早期應用，相干下沉和全光網絡為增長點.11 2.2 AI 有望成為“殺手級”應用，解決“雞-蛋”難題.13 2.2.1 AI 訓練和推理爆發，打開規模效應，有望降低成本.13 2.2.2 競爭路線速率、供給、功耗存在瓶頸，硅光優勢明顯.15 2.3 線性直驅（LPO）/片上互聯（CPO）/片間互聯（OIO）.18 2.3.1 線性直驅（LPO）：有望快速產業化的低功耗/成本方案.18 2.3.2 片

8、上互聯（CPO）：光模塊的演進方向光電共封裝.19 2.3.3 片間互聯（OIO）：比 CPO 更具潛力的光互聯應用.21 3.風險提示.23 bUaVaYfVfYfYaYcWaQaO7NtRpPmOqMjMnNqOeRnMmPbRnMpPwMrQrMMYqMrQ 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 3 圖目錄圖目錄 圖 1 硅光融合了 CMOS 和光子技術的優勢.6 圖 2 硅光芯片簡圖：在 SOI 等襯底上實現發光、調制、發射等.6 圖 3 硅光長期形態：硅光單片集成.6 圖 4 硅光概念落地包括器件、芯片、模塊三個層級.6 圖 5 硅光模塊示意圖.7 圖 6 1

9、00G 硅光模塊示例.7 圖 7 光子摩爾定律：InP 和硅光等對比.8 圖 8 硅光芯片可以應用于高速率、遠距離傳輸.8 圖 9 硅光的發展歷程.9 圖 10 硅光的應用廣泛覆蓋通信、計算和傳感等領域.10 圖 11 2022-2028 全球硅光芯片市場規模.10 圖 12 硅光模塊市場占比.11 圖 13 2018-2029E 光模塊市場規模及預測.11 圖 14 相干通信與非相干通信對比.11 圖 15 非相干光通信（上圖）和相干光通信（下圖）對比.11 圖 16 相干通信中硅光和其他材料的比較.12 圖 17 Acacia 硅光相干模塊.12 圖 18 全球可插拔相干光模塊市場規模及預

10、測.12 圖 19 WSS 波長開關.13 圖 20 WSS 的主流光開關方案.13 圖 21 大語言模型參數及時間表.14 圖 22 英偉達 A100、H100 等芯片參數對比.14 圖 23 AI/XR/5G 驅動云計算市場快速向上.14 圖 24 AI 推動光模塊向更高速率演進.14 圖 25 中國智能算力規模及預測（單位：EFLOPS）.15 圖 26 AI 總算力與 GPU、光互聯、銅互聯的關系.15 圖 27 以太網（主要數通）引領光模塊市場增長.15 圖 28 AI 算力中心光模塊迎來高速增長.15 圖 29 數據中心傳輸距離與采用的光學方案.16 圖 30 不同尺寸晶圓廠成本收

11、益分析.17 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 4 圖 31 不同尺寸晶圓廠芯片成本與負載的關系.17 圖 32 砷化鎵和磷化銦各生產環節.17 圖 33 2020 年外延設備市場格局.18 圖 34 MOCVD 系統示意圖.18 圖 35 光模塊功耗隨速率演進.18 圖 36 2023 和 2028 年能耗對比.18 圖 37 傳統與 LPO 光模塊技術對比.19 圖 38 400G/800G DSP 光模塊中功耗結構.19 圖 39 硅光 CPO 共封裝（2D/2.5D/3D）.20 圖 40 51.2T 系統中可插拔光模塊替換為 CPO 后功耗結構對比.20

12、圖 41 800G/1.6T CPO 端口等出貨量預測.20 圖 42 Broadcom 在 OFC 2023 上發布的 51.2Tbps 交換機芯片.21 圖 43 CPO 方案（硅光芯片）和熱插拔方案的比較.21 圖 44 典型的 Optical IO 結構示意圖.21 圖 45 intel 對可插拔模塊、CPO、Optical I/O 的比較.22 圖 46 2022-2033 年全球 CPO、OIO 等新型光互連市場.22 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 5 表目錄表目錄 表 1 光芯片材料特性對比.8 表 2 數據中心葉脊架構下對光芯片的選擇.16 表

13、3 數據中心不同場景下光芯片的特點.16 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 6 1.硅光：硅光：融合融合 CMOS 和光子技術優勢，迎來產業“奇和光子技術優勢，迎來產業“奇點”點”1.1 硅光硅光技術技術：旨在實現電子和光子的深度融合和統一旨在實現電子和光子的深度融合和統一 硅光的核心思想融合硅光的核心思想融合 CMOS 和光子技術的優勢。和光子技術的優勢。硅基光電子，簡稱硅光，是以硅和硅基襯底材料（如 SiGe/Si、SOI 等）作為光學介質，通過互補金屬氧化物半導體（CMOS）兼容的集成電路工藝制造相應的光子器件和光電器件（包括硅基發光器件、調制器、探測器、光波

14、導器件等），并利用這些器件對光子進行發射、傳輸、檢測和處理，以實現其在光通信、光傳感、光計算等領域中的實際應用。硅光融合了 CMOS 技術的超大規模邏輯、超高精度制造的特性以及光子技術超高速率、超低功耗的優勢，把原本分離器件眾多的光、電元件縮小集成到一個獨立微芯片中，實現高集成度、低成本、高速光傳輸。圖圖1 硅光融合了硅光融合了 CMOS 和光子技術的優勢和光子技術的優勢 資料來源：Soitec，海通證券研究所 圖圖2 硅光芯片簡圖：在硅光芯片簡圖：在 SOI 等襯底上實現發光、調制、發射等等襯底上實現發光、調制、發射等 資料來源：光電子先導院微信公眾號，海通證券研究所 硅光的長期目標是實現單

15、片集成的芯片應用形態，但短期的形態由于集成度不同而硅光的長期目標是實現單片集成的芯片應用形態，但短期的形態由于集成度不同而存在差異。存在差異。硅光旨在實現電子和光子的深度融合和統一，單片集成為長期趨勢。硅光旨在實現電子和光子的深度融合和統一，單片集成為長期趨勢。單片集成是指將光子學組件直接集成到同一塊硅芯片上，包括光源、光調制器、波導、耦合器等光學元件，從而形成一個緊湊的光學電路。單片集成方式的優勢在于可以減小尺寸，提高集成度，降低制造成本。我們認為，單片集成更符合硅光的思想，性能更優，是未來發展趨勢。圖圖3 硅光長期形態：硅光單片集成硅光長期形態：硅光單片集成 資料來源：硅基光電異質的集成與

16、思考，海通證券研究所 圖圖4 硅光概念落地包括器件、芯片、模塊三個層級硅光概念落地包括器件、芯片、模塊三個層級 資料來源：21 世紀電源網，海通證券研究所 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 7 硅光內涵并非絕對，當前各部件可集成性依技術方案差異而存有不同。硅光內涵并非絕對，當前各部件可集成性依技術方案差異而存有不同。硅光技術包括硅光器件、硅光芯片、硅光模塊三類產品。嚴格意義來看，硅光技術包含了三類產品，硅光器件、硅光芯片、硅光模塊。硅光器件是基礎硬件，包括激光、調制器、探測器、平面波導、光柵耦合器等。硅光芯片主要集成各硅光器件，具備高性能、低功耗、低成本等優點。硅光

17、模塊是硅光技術的產品形式，將光源、硅光芯片和模塊如光發送器件和光接收模塊、甚至外部驅動電路等都集中在一起的一體化模塊。目前光模塊層面主要應用混合集成的方式。目前光模塊層面主要應用混合集成的方式?；旌霞墒侵笇⒐栊酒c其他材料的光學組件結合在一起，即將電子器件（硅鍺、CMOS、射頻等）、光子器件（激光/探測器、光開關、調制解調器等）、光波導回路集成在一個硅芯片上。其中，硅芯片主要負責電子部分的處理，而其他材料的光學元件則負責光的生成和調制?；旌霞傻膬瀯菰谟诳梢岳霉栊酒碾娮悠骷推渌牧系膬灝惞鈱W特性，實現更高效的光通信和傳感應用。目前來看，光器件如波分復用器、變換調諧器等已經可以實現單芯片

18、集成，而光模塊尚需要混合集成。圖圖5 硅光模塊示意圖硅光模塊示意圖 資料來源：Cisco 官網，海通證券研究所 圖圖6 100G 硅光模塊示例硅光模塊示例 資料來源：Cisco 官網，海通證券研究所 1.2 技術優勢：在集成度、性能、成本等方面有優勢技術優勢：在集成度、性能、成本等方面有優勢 硅光芯片注重光子和電子相互作用，基于大規模硅光芯片注重光子和電子相互作用，基于大規模 CMOS 集成生產，相比傳統光電集成生產，相比傳統光電芯片芯片在集成度、性能、成本、應用范圍等方面具有優勢在集成度、性能、成本、應用范圍等方面具有優勢。傳統光電子芯片主要基于發光效率高的 InP、GaAs 等 III-V

19、 族化合物材料為襯底，但其晶圓尺寸較小，價格昂貴，作為無源光路平臺材料的基本光學性質也不佳，所以難以實現大規模、低成本制造。硅光芯片以硅基材料為襯底，在集成度、性能、成本、應用范圍等方面具有比較優勢。兼容性和集成度高。兼容性和集成度高。硅光芯片可以利用成熟的硅 CMOS 工藝制作光器件，不僅降低了生產成本，還使得電子元件與光學元件能夠在同一芯片上集成，提高了集成度和系統性能。硅的折射率高達 3.42，與二氧化硅可形成較大的折射率差，確保硅波導具有較小的波導彎曲半徑，從而減小器件尺寸并提高集成度。此外，硅對于波長為 1.11.6 微米的光波近乎無損透明，因此完全與光通信器件的 1.31.6 微米

20、工作波段兼容。大批量、低成本。大批量、低成本。傳統的 GaAs/InP 襯底因晶圓材料生長受限，生產成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進一步提升，需要更大的 III-V 族晶圓，芯片的成本支出將進一步提升；與 III-V 族半導體相比，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。高帶寬、低延遲。高帶寬、低延遲。硅光技術有較高的帶寬，能夠在極小的波長范圍內傳輸大量數據，相比傳統的電傳輸技術，光傳輸能提供更高的數據傳輸速率和帶寬，極大提升通信效率，這也意味著在數據中心和高性能計算中，使用硅光技術可以實現更低的傳輸延遲。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 8 高效

21、能、低功耗。高效能、低功耗。光信號在傳輸過程中的能量損耗遠低于電信號，這使得硅光技術在長距離傳輸和高速通信中更為能效，有助于減少數據中心等設施的能源消耗。由于光信號傳輸產生的熱量比電信號要低，因此使用硅光技術的系統發熱量較小，有助于減輕冷卻系統的負擔，進一步降低能耗。穩定性與可靠性高。穩定性與可靠性高。光信號傳輸不易受到電磁干擾，使硅光技術在復雜環境下更為可靠，保證了數據傳輸的穩定性和安全性。表表 1 光芯片材料特性對比光芯片材料特性對比 意義意義 Silicon Silica Si3N4 InP GaA LiNbO3 器件密器件密度度 密度越高,集成度越大*?*波波?損損耗率耗率 光信號在波

22、導中傳輸單位長度的能量衰減*?*無源器無源器件制造件制造 不需要外部信號控制的功?能 器 件(功 分器、偏振分束器、波分復用器、耦合器)*有源器有源器件制造件制造 需要外部信?號控制的功能?器 件(調 制器、探測器、光開關)*光源光源 能自發光*資料來源：光學小豆芽微信公眾號，海通證券研究所 圖圖7 光子摩爾定律：光子摩爾定律：InP 和硅光等對比和硅光等對比 資料來源：Nature CmmunicationsRoadmapping the next generation of silicon photonics，海通證券研究所 圖圖8 硅光芯片可以應用于高速率、遠距離傳輸硅光芯片可以應用于高

23、速率、遠距離傳輸 資料來源：中國通信學會官網，海通證券研究所 1.3 發展歷程：發展歷程：五十年孕育，迎來產業“奇點”五十年孕育，迎來產業“奇點”硅光發展歷程根據其技術、產品及應用特點，可分為原理探索（硅光發展歷程根據其技術、產品及應用特點，可分為原理探索（1969-1999）、技術）、技術突破（突破（2000-2009）、集成應用（）、集成應用（2010-2022）、產業爆發（）、產業爆發（2023 后）四大階段。后）四大階段。1969 年年至至 1999 年，是硅光技術的年，是硅光技術的原理原理探索階段。探索階段。1969 年，貝爾實驗室提出硅光子技術。1985 年，硅基光子集成電路（PI

24、C）問世。1991 年至 1992 年，在厚絕緣體上硅（SOI）工藝中實現了低損耗波導。在這個階段，硅光子技術主要處于理論和實驗研究階段，探索硅材料在光子學領域的應用可能性。相較于集成電路的成熟發展和規?；瘧?，硅光技術在誕生之后的 30 多年里發展一直相對緩慢，產業生態系統尚不成熟。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 9 2000 年至年至 2009 年，為硅光技術的技術突破階段。年，為硅光技術的技術突破階段。硅光子技術開始取得一系列重要的技術突破，PIC 的組件數量開始增長，低損耗波導和多種光學器件的研發成功，為硅光子技術的進一步發展奠定了基礎。2004 年，In

25、tel 研制出第一款 1Gb/s 速率的硅光調制器。2006 年，Intel 和加州大學圣芭芭拉分校成功研發出世界上首款采用標準硅工藝制造的電子混合硅激光器。2008 年，Intel 推出“雪崩硅激光探測器”，它一舉將硅光子技術的增益帶寬積提升到 340GHz。2009 年，相干硅光光模塊領導者 Acacia 成立于美國。期間硅光子器件的集成數量迅速增長，從數千個增長到數百萬個。2010 年至年至 2022 年年，硅光技術進入集成應用階段。，硅光技術進入集成應用階段。2010 年，英特爾開發出首個 50Gb/s 超短距硅基集成光收發芯片，標志著硅光芯片開始進入產業化階段。2013 年，歐盟啟動

26、 4 年期針對硅光子技術的 PLAT4M 項目。同時期，硅光芯片工作速率達到了 50Gb/s，首次超越當時主流的光電子器件。2014 年，美國建立“國家光子計劃”產業聯盟。2016 年，Intel 推出應用于數據中心的 100G 高速硅光子芯片，加速了硅光產業化時代的到來。2018 年，中國信科集團聯合國家信息光電子創新中心實現我國首款 100Gb/s 硅光芯片的正式投產，國內硅光芯片產業化取得突破。2022 年 3 月，晶圓代工公司 Global Foundries 推出硅光子平臺 Fotonix，以此布局 90WG 和 45CLO 工藝節點以及封裝工藝，合作伙伴包括 4 家頂級光子收發器供

27、應商中的 3 家、5 家頂級網絡公司中的 4家、4 家領先的 EDA 和仿真公司中的 3 家，成為硅光芯片產業化進程中的又一標志性事件。2023 年后年后，硅光，硅光有望進入產業爆發階段有望進入產業爆發階段。硅光應用前景廣闊，在數據中心，電信，激光雷達、可穿戴設備、AI 光子計算等領域有著巨大應用潛力。2023年 3 月，OpenAI 正式發布 GPT-4，參數量達到萬億級別。在全球大模型熱潮下，算力需求正呈指數級增長態勢，驅動硅光需求不斷上升。同時，海內外巨頭公司瞄準硅光賽道收并購頻發，科技巨頭公司高度重視硅光技術。目前投入研發的公司不僅包括 Mellanox、Luxtera、Acacia、

28、Finisar、Avago 等光通信公司，Intel、IBM、思科、Imec 等半導體廠商和華為等設備商也加入了這一領域的競爭。2023 年 10 月，Intel 宣布將硅光子業務的可插拔模塊部分出售給Jabil，專注于更高價值的組件業務和光學 I/O 解決方案。2024 年 4 月，臺積電在 2024 年北美技術研討會上概述了其 3D 光學引擎路線圖，并制定了為全球帶來高達 12.8 Tbps 光學連接的計劃。據 Yole 預測，2028 年硅光模塊市場規模將合計達 72.4 億美元（520.93 億人民幣）。我們認為，受到需求持續擴大與供給不斷增強的雙重推動，硅光產業有望在未來迎來爆發機遇

29、。圖圖9 硅光的發展歷程硅光的發展歷程 資料來源：久謙資本，迅石光通訊網，光纖在線，傳周科技，36 氪，picmagzine，中國通信學會，中國科學院，陜西光電子先導院科技有限公司，ESM China，光電科技工業協進會官網，訊石光通訊網援引 Yole，海通證券研究所 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 10 1.4 應用領域：硅光廣泛應用于通信、傳感和計算等領域應用領域：硅光廣泛應用于通信、傳感和計算等領域 硅光廣泛應用于通信、傳感和計算等領域。硅光廣泛應用于通信、傳感和計算等領域。目前量產的硅光產品主要集中在數據中心光模塊以及相干光模塊，未來有望拓展至 CPO 領

30、域，對應下圖中的光纖通信(Fiber-Optic Communication)。在數據中心內的新型光信號互聯與處理(Communication/Processing)，包括Optical IO、光計算、量子計算等。第三個較大的應用領域為光傳感(Sensing)，包括激光雷達、生物傳感等。硅光芯片角度，數據中心市場的持續增長以及硅光芯片角度，數據中心市場的持續增長以及 800G 可插拔光模塊是推動硅光市場可插拔光模塊是推動硅光市場未來幾年高速增長的主要因素。未來幾年高速增長的主要因素。根據 Yole 官網，2022 年全球硅光芯片市場空間為 6800萬美元，預計到 2028 年將增長到 6 億美

31、元以上，2022-2028 年 CAGR 達 44%。這一增長將主要受到 800G 高數據速率可插拔模塊的推動。此外，快速增長的訓練數據集規模的預測表明，數據將需要在 ML 服務器中使用光學 I/O 來縮放 ML 模型。圖圖10 硅光的應用廣泛覆蓋通信、計算和傳感等領域硅光的應用廣泛覆蓋通信、計算和傳感等領域 數據通信（網絡通信-直接調制/檢測）電信（網絡通信-x波分應用）電信（無線網絡通信）電信（無線網絡通信)數據通信（處理)計算服務器，高性能計算，量子網絡服務器5G基站光纖通信通信/處理可插拔光模塊可插拔光模塊可插拔光模塊封裝內光I/O引擎嵌入式光互連光子處理器光子量子位模塊CPO引擎市場

32、硅光應用終端系統收發器互連處理器通信與基礎設施其他消費領域汽車領域醫療領域工業領域傳感可穿戴設備智能手表車輛自動駕駛診斷工具電子鼻環境傳感器傳感器硅光芯片（激光器遠臵）生物芯片硅光芯片+激光器雷達光纖陀螺儀免疫分析環境傳感模塊硅光芯片+激光器硅光芯片（耗材）硅光芯片+激光器波導，分束器器，調制器，光柵，光探測器波導，分束器器，調制器，光探測器硅光功能硅光單元硅光芯片+激光器硅光芯片+激光器硅光芯片+激光器 資料來源：迅石光通訊網援引 Yole，中國通信學會 圖圖11 2022-2028 全球全球硅光芯片市場規模硅光芯片市場規模 資料來源：Yole 官網，中國通信學會，海通證券研究所 行業研究通

33、信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 11 2.應用應用/需求視角：需求視角：AI 有望成為“殺手級”應用，有望快有望成為“殺手級”應用，有望快速滲透速滲透 硅光模塊在功耗、成本等方面具備優勢，在光模塊市場滲透率有望不斷提升。硅光模塊在功耗、成本等方面具備優勢，在光模塊市場滲透率有望不斷提升。從光從光模塊層面來模塊層面來看，看，1）降低功耗：硅光傳輸路徑去除了大量光路的轉化與處理過程，整體功耗大約只有傳統光模塊接口技術的 30%左右。2）降低成本：硅基襯底成本低且加工工藝成熟，且硅光芯片高度集成，較傳統分立式光模塊的封裝工藝更簡單，組件與人工成本也相對減低。我們認為，硅光技術作為

34、一種新的技術方案，與分立式光模塊同臺競技，將共同受益網絡流量的持續高速增長帶來的出貨量增量，以及速率持續提升帶來的價值量提升。根據 Lightcounting 官網，預計硅光光模塊在光模塊中的整體份額將從 2022年的 24%提升至 2028 年的 44%。圖圖12 硅光模塊硅光模塊市場占市場占?資料來源：EE Times Aisa 援引 Lightcounting，海通證券研究所 圖圖13 2018-2029E 光模塊市場規模及預測光模塊市場規模及預測 資料來源：Lightcounting，OFC2024，海通證券研究所 2.1 相干相干系系硅光早期應用，相干下沉硅光早期應用，相干下沉和全光

35、網絡和全光網絡為增長點為增長點 相干相干技術技術在在長距離、長距離、高速率高速率傳輸傳輸時優勢明顯時優勢明顯，本質是通過更高級的調制技術來提升，本質是通過更高級的調制技術來提升光通道的傳輸速率。光通道的傳輸速率。相干光通信，是光纖通信領域的一項技術，主要是發送端使用相干調制技術，接收端使用外差檢測技術進行信息傳輸；光的相干，是指兩個光波在傳輸過程中，波長相同、振動方向相同以及相位差恒定。相比于傳統的非相干光通信，相干光通信具有傳輸距離更遠、傳輸容量更大和接收靈敏度更高的技術優勢。圖圖14 相干通信與非相相干通信與非相干干通通信信對比對比 資料來源：熹聯光芯官網，海通證券研究所 圖圖15 非相干

36、光通信（上圖）和相干光通信（下圖）對比非相干光通信（上圖）和相干光通信（下圖）對比 資料來源：EDA365 電子論壇微信公眾號，海通證券研究所 相干持續下沉，有望進一步打開相干應用市場。相干持續下沉，有望進一步打開相干應用市場。相干光通信的接收機可以提升靈敏度 20db，通信距離可以達到千公里級別，如傳輸距離大于 1000km 的骨干網。目前，相干光模塊也在逐步下沉到傳輸距離為 100km 到 1000km 的城域網，甚至小于 100km 的距離的邊緣接入網，以及 80km 至 120km 的數據中心互聯（DCI）領域。DCI 方案可根據其傳輸距離來選擇直接探測技術或相干探測技術。相干探測憑借

37、著高容量、高信噪比等優勢在城域網內的長距離 DCI 互聯中得到廣泛應用，而直接探測的應用場景更適合 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 12 相對短距離互聯，相干技術已成為數據中心互聯的主流方案。我們認為，隨骨我們認為，隨骨干網和城域網的升級擴容，全球干網和城域網的升級擴容，全球 AI 和云計算數據中心高速建設，和云計算數據中心高速建設，國內“東數西算”工程持續推進，相干技術有望持續擴大市場。國內“東數西算”工程持續推進，相干技術有望持續擴大市場。根據中際旭創 2023 年年報，預計 2025 年相干將達到 250 萬支規模；2022-2025 年，400G 相干光模

38、塊 CAGR將超 40%?；诠韫饧夹g的相干模塊，低成本、低功耗優勢凸顯?；诠韫饧夹g的相干模塊，低成本、低功耗優勢凸顯。1）低成本。采用硅光技術，利用成熟高效的 CMOS 平臺，實現光器件大規模集成，減少流程和工序，提升產能，使原先分立相干器件的總體成本下降。2）低體積、低功耗：硅光模塊采用單一材料實現光器件的多功能單元（除光源），消除不同材料界面晶格缺陷帶來功率損耗；硅光由于折射率高，其器件本身比傳統器件小，加之光子集成，硅光模塊尺寸可以比傳統分離器件小一個數量級。圖圖16 相干通信中硅光和其他材料的比較相干通信中硅光和其他材料的比較 資料來源：中興通訊官網，海通證券研究所 硅光走向落地的

39、早期應用就是相干。硅光走向落地的早期應用就是相干。2014 年 3 月，Acacia 在美國光纖通訊展覽會上發布了首款具有相干收發器功能的單芯片硅光子集成電路，成為全球第一個發布該類產品的企業。OFC2015 上，公司又推出了業界首款相干光 AC-400，它利用 Acacia 的第四代 DSP 技術，同時基于硅光子，以支持 100G、200G 和 400G 傳輸速率。硅光高產、芯片強度高等優點，使其成為長距離通信的理想選擇。相干下沉為硅光創造更優土壤。相干下沉為硅光創造更優土壤。根據 SiFotonics 官網，在通道速率提升到 200G 關注后，相干可能會下沉至 10km 的應用場合，當通道

40、速率提升到 400G 時，相干可能會下沉至 2km，有望成為硅光非常好的應用場景。根據星能資產援引訊石光通信，2026年基于硅光技術的相干收發器市場份額有望超過 50%，預計有望達到 50 億美元。圖圖17 Acacia 硅光硅光相干相干模塊模塊 資料來源：NASA 官網，海通證券研究所 圖圖18 全球可插拔全球可插拔相干光模塊相干光模塊市市場規模場規模及預測及預測 資料來源：SEC 官網，Coherent，海通證券研究所 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 13 硅光技術在電信市場的另一重要領域是全光網絡，其主要應用于硅光技術在電信市場的另一重要領域是全光網絡，其主

41、要應用于 ROADM 系統中系統中的的 WSS 器件。器件。2021 年 11 月，中國電信發中國電信全光網 2.0 技術白皮書，指出在全光網 2.0 的實現需要引入可重構全光分插復用器系統（Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer，ROADM），在網絡節點處發揮波長級的路徑調度和業務恢復的作用，將傳統點到點鏈路變為靈活的光網絡。WSS（波長選擇開關）是 ROADM 系統的核心組成部分，具有 1K（1 進 K 出）的端口結構，采用光開關陣列，可以將波長信號分插到任意通道進行傳輸?；?WSS，ROADM 系統可以實現端口的任意指配，從之前的一進一出

42、的兩維，變成多進多出的多維，有了更高的自由度。WSS 的核心關鍵在于光開關方案，的核心關鍵在于光開關方案，LCoS 方案成為主流。方案成為主流。目前主流的 WSS 光開關方案有三種，分別是 MEMS、LC 和 LCoS?；诠杌壕В↙iquid Crystal on Silicon,LCoS）技術的 WSS 通過相位控制波長選擇，支持靈活柵格功能，方向維度可達 32 維，能夠實現高端口數、高可靠性、超大交叉容量及更低的功耗。根據 GII 官網，2021 年全球 WSS 模塊市場規模為 1.49 億美元，預計 2028 年全球市場將達 2.27 億美元。其中，2021 年 LCoS 方案市場占

43、比為 60.76%，預計 2028 年全球基于 LCoS 方案的 WSS模塊市場空間有望提升至 1.44 億美元。圖圖19 WSS 波長開關波長開關 資料來源：芯語，海通證券研究所 圖圖20 WSS 的主流光開關方案的主流光開關方案 資料來源：芯語，海通證券研究所 2.2 AI 有望成為“殺手級”應用，解決“雞有望成為“殺手級”應用，解決“雞-蛋”難題蛋”難題 我們認為：我們認為：硅光的硅光的“雞蛋問題雞蛋問題”，本質就是規模生產和，本質就是規模生產和硅光優勢之間的短期矛盾。硅光優勢之間的短期矛盾。硅光作為集成電路產品，天然擁有規模制造優勢，即產量越大、成本越低。我們認為，AI推動光通信需求快

44、速釋放，以及硅光集成技術落地、工藝生態完善，硅光滲透率有望快速提升。而大型科技公司和主要客戶的決策將最終推動硅光技術在 AI 中的廣泛應用。2.2.1 AI 訓練和推理爆發，打開規模效應，有望降低成本訓練和推理爆發，打開規模效應，有望降低成本 AIGC 技術或將改變數據中心網絡架構，推動人工智能更廣泛的應用。技術或將改變數據中心網絡架構，推動人工智能更廣泛的應用。人工智能主要利用數字計算機或者由數字計算機控制的機器，模擬、延伸和擴展人類的智能，感知環境、獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術和應用系統，目前主要應用在深度學習、自然語言處理以及計算機視覺等場景。AI 大模型運行背后需要

45、強大的云計算算力支撐，光模塊需求有望明顯提升。大模型運行背后需要強大的云計算算力支撐，光模塊需求有望明顯提升。GPU 作為算力核心服務器的重要載體扮演著至關重要的角色。GPU 的高效處理能力與并行計算能力，使其成為實現大型語言模型訓練的優秀選擇。英偉達作為芯片巨頭所生產的 AI 芯片在其中扮演著至關重要的角色。英偉達先后推出 V100、A100 和 H100 等多款用于 AI 訓練的芯片。英偉達的H100 GPU與800G光模塊在計算力網絡中的比例將根據不同層級而有所不同。根據 GPU 算力公眾號，在服務器層，預計 GPU 與 800G 光模塊的比例將為 1:1；在交換機層，預計該比例將為 1

46、:2?？紤]到核心層交換機、管理網絡、存儲網絡等因素，以及安裝率的相關考慮，整體而言，預計英偉達 H100 GPU 與 800G 光模塊的比例將大約在 1:2 至 1:4 之間。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 14 圖圖21 大語言模型參數及時間表大語言模型參數及時間表 資料來源：Has Silicon Photonics Finally Found Its Killer Application?，海通證券研究所 圖圖22 英偉達英偉達 A100、H100 等芯片參數對比等芯片參數對比 資料來源：LaiTimes，海通證券研究所 AI 行業成熟度提升，算力需求釋放，

47、給整條光通信產業鏈帶來長期而有力的拉動。行業成熟度提升，算力需求釋放，給整條光通信產業鏈帶來長期而有力的拉動。算力基礎設施加速建設。算力基礎設施加速建設。AI 大模型的應用前景直接拉高海內外云廠商算力基礎設施的投資預算，23Q4 谷歌、微軟資本支出實現兩位數同比增長，預計下游 AI 需求將拉動整個光通信行業市場增長。AI 驅動產品需求結構加速向高速率演進。驅動產品需求結構加速向高速率演進。根據 Marvell 官網，2023 年之前，互連速度由云數據中心服務器升級的速度決定（40G-100G-200G-400G），每 4 年互連速度翻一番；2023 年之后，在生成式 AI 的需求推動下，互連速

48、度提升至每 2 年翻一番（400G-800G-1.6T-3.2T 及更高），光纖是 AI 的主要介質。我們總結：在 100G 至 400G 的演進中，云服務是主要推力；進入 AI超算時代后，大模型訓練推理、自動駕駛、科學計算等需求推動光模塊向更高速率演進。圖圖23 AI/XR/5G 驅動云計算市場快速向上驅動云計算市場快速向上 資料來源：Precedence Research，海通證券研究所 圖圖24 AI 推動光模塊向更高速率演進推動光模塊向更高速率演進 資料來源：Marvell 官網，海通證券研究所 中國中國 AI 算力需求穩增，持續夯實算力底座。算力需求穩增，持續夯實算力底座。中國政府相

49、繼發布一系列政策，更加明確了 AI 對于提升中國核心競爭力的重要支撐作用，加上新基建、數字經濟等持續利好政策的推動，中國人工智能市場保持平穩增長。據 IDC 數據預測，全球范圍內，企業在包括硬件、軟件和服務在內的 AI 市場的技術投資從 2019 年的 612.4 億美元增長至 2021年的 924.0 億美元，并有望到 2025 年突破 2000 億美元。2022 年中國智能算力規模達260EFLOPS，預計到 2027 年智能算力規模有望突破 1117.4EFLOPS。我們認為，受到我們認為，受到單單 GPU 算力的限制，國內為提升算力的限制，國內為提升 AI 訓練和推理算力規模，國產光互

50、連的需求或將訓練和推理算力規模，國產光互連的需求或將迎來迎來更快的發展，但需解決算力利用率的問題。更快的發展，但需解決算力利用率的問題。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 15 圖圖25 中國智能算力規模及預測（中國智能算力規模及預測（單位：單位：EFLOPS）資料來源：浪潮官網援引 IDC，IDC 2023-2024 中國人工智能計算力發展評估報告，海通證券研究所 圖圖26 AI 總算力與總算力與 GPU、光互聯、銅互聯的關系、光互聯、銅互聯的關系 資料來源：騰訊云官網，海通證券研究所 AI 光模塊市場有望迎來持續翻倍式增長。光模塊市場有望迎來持續翻倍式增長。根據遙

51、數據自動化微信公眾號援引lightcounting，AI 在短短兩年內將以太網光模塊的市場翻了一番，預計 2024 和 2025 年的全球 AI 場景光模塊數量都將實現翻倍式增長。圖圖27 以太網（主要數通）引領光模塊市場增長以太網（主要數通）引領光模塊市場增長 資料來源：C114 通信網援引 Lightcounting，海通證券研究所 圖圖28 AI 算力中心光模塊迎來高速增長算力中心光模塊迎來高速增長 資料來源：EE Times 官網援引 Lightcounting，海通證券研究所 我們認為硅光在我們認為硅光在 AI 時代具有顯著的成本規模優勢。時代具有顯著的成本規模優勢。我們總結：由于

52、AI 網絡架構較傳統云計算數據架構，東西向流量更大，內部互聯光模塊數量更多，總體成本巨大。同時，AI 帶來光模塊市場需求的爆發式增長，使降本需求變得更為迫切，硅光方案的成本優勢更加凸顯。這是硅光光模塊規?；瘧玫淖钪匾疤?，硅光方案的成本優勢有望逐步體現。2.2.2 競爭路線速率、供給、功耗存在瓶頸，硅光優勢明顯競爭路線速率、供給、功耗存在瓶頸，硅光優勢明顯 我們判斷，未來的我們判斷，未來的 3-5 年，在單模領域，硅光與年，在單模領域，硅光與 InP 技術（主要是技術（主要是 EML 產品）將產品）將會在市場上展開競爭；隨成本進一步降低，有機會在超短距上從多模方案（現為會在市場上展開競爭；隨

53、成本進一步降低，有機會在超短距上從多模方案（現為 GaAs方案的方案的 VCSEL 產品）中占據一定份額。主要理由如下：產品）中占據一定份額。主要理由如下：#1 競爭路線速率瓶頸，硅光持續優化、且有成本優勢。競爭路線速率瓶頸，硅光持續優化、且有成本優勢。數據中心光模塊由于應用場景和速率的不同，應用不同的光芯片和材料。數據中心光模塊由于應用場景和速率的不同，應用不同的光芯片和材料。數據中心設備之間的連接由高速光接口提供，并且根據連接距離不同分為 SR（短距離）、DR（指500 m 距離）、FR（遠距離）、LR（長距離）等規格，不同傳輸距離采用的技術方案也會有所不同。根據菲魅通信官網，800G 及

54、以下速率的 SR 和 AOC 場景主要使用 VCSEL光芯片，DR/FR/LR/ER/ZR 場景、以及 800G 以上速率場景均可采用 EML/DML 光芯片，硅光方案可廣泛應用于高速光模塊的各大場景。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 16 圖圖29 數據中心傳輸距離與采用的光學方案數據中心傳輸距離與采用的光學方案 資料來源：Fibermall，海通證券研究所 表表 2 數據中心葉脊架構下對光芯片的選擇數據中心葉脊架構下對光芯片的選擇 應用場景應用場景 100G/200G 400G/800G 800G+同城DC互聯 DCI 1080km LR/ER/ZR EML E

55、ML/SiP-Coh EML/SiP-Coh Leaf到Spine DCI 500m2km LR/ER/ZR EML/SiP EML/SiP EML/SiP TOR 到 Leaf DC 100m SR VCSEL/SiP VCSEL/SiP EML/SiP 服務器到TOR DC50m AOC/SR VCSEL VCSEL VCSEL/EML/SiP 資料來源：菲魅通信官網援引海思，海通證券研究所 硅光方案通信速率提升，應用場硅光方案通信速率提升，應用場景逐步擴大，在景逐步擴大，在 800G+場景下有望全面滲透。場景下有望全面滲透。根據菲魅通信官網，我們進一步總結：1）GaAs 材料體系VCSE

56、L 光芯片由于模式為多模、帶寬較低、色散較大、成本較低等特性，故此主要應用于高速光模塊中偏低速（100G、200G、400G 光模塊）、偏短距（主要小于 100m）的場景；2）InP 材料體系DML/EML 光芯片由于單模、色散較低、成本較高等特性，主要應用于中長距離，其中 EML由于帶寬更高可用于更高速率場景；3）硅材料體系（激光器為 InP 材料），模式為單模、帶寬高、色散低，但在成本上高于 VCSEL 和 DML，在 100G/200G 光模塊場景中主要硅光應用于 DR 光模，但在 800G+光模塊場景下有望逐步覆蓋數據中心各個領域。表表 3 數據中心不同場景下光芯片的特點數據中心不同場

57、景下光芯片的特點 芯片類型芯片類型 關鍵特性關鍵特性 VCSEL DML（DFB）EML CW 激光器激光器+硅光硅光 材料 GaAs InP InP InP+SiP 模式 多模 單模 單模 單模 帶寬 中 中 高 高 功耗 低 中 高 高 色散 大（850nm）低（1310nm）低（1310nm）低（1310nm）可靠性 與芯片強相關 成本 低 中 高 高 資料來源：菲魅通信官網援引海思，海通證券研究所 與與 InP 相比，硅光芯片生產具備更顯著的規模效應。相比，硅光芯片生產具備更顯著的規模效應。制造成本主要由晶圓廠的攤銷成本、工藝的復雜性（工藝步驟的數量）和晶圓廠的負載決定，材料成本通常只

58、占光芯片總成本的一小部分。1）規模遠小于晶圓廠產能時，芯片成本主要由晶圓廠投資決定，行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 17 故總產量較小時大型晶圓廠成本更高；2）當晶圓廠產量接近產能，芯片成本主要由加工成本決定（加工成本只與晶圓尺寸有微弱關系），大晶圓廠中的大晶圓不比小晶圓廠中的小晶圓更貴。因此，大批量生產時大晶圓廠更具成本效益。圖圖30 不同尺寸晶圓廠不同尺寸晶圓廠成本收益分析成本收益分析 注：75/100/150mm 是 InP 晶圓廠，200mm 是硅光晶圓廠 資料來源：2020 Integrated Photonic Systems Roadmap-Inte

59、rnational(IPSR-I)INP AND III-V COMPOUNDS，海通證券研究所 圖圖31 不同尺寸晶圓廠芯片成本與負載的關系不同尺寸晶圓廠芯片成本與負載的關系 注：75/100/150mm 是 InP 晶圓廠，200mm 是硅光晶圓廠 資料來源：2020 Integrated Photonic Systems Roadmap-International(IPSR-I)INP AND III-V COMPOUNDS，海通證券研究所 我們認為，由于硅光具有規模效應，在高速率場景打開出貨規模后，有望進一步降我們認為，由于硅光具有規模效應，在高速率場景打開出貨規模后，有望進一步降低成

60、本，有機會下沉到低成本，有機會下沉到 100G-400G 光模塊的光模塊的 SR 等其他場景。等其他場景。#2 競爭路線產能瓶頸，競爭路線產能瓶頸，III-V 族化合物擴產周期相對較久，且良率較低，硅光復用成族化合物擴產周期相對較久，且良率較低，硅光復用成熟熟 CMOS 工藝，易于擴產。工藝，易于擴產。傳統光芯片如傳統光芯片如 VCSEL（GaAs）和）和 EML/DFB（InP）的生產主要為）的生產主要為 III-V 族化合物族化合物產業鏈。產業鏈。產業鏈包括上游的襯底制造、外延加工，以及中游的 IC 設計、制造、封測和下游應用等環節。圖圖32 砷化鎵和磷化銦各生產環節砷化鎵和磷化銦各生產環

61、節 同欣電子同欣電子全智科技全智科技Murata矽格矽格日月光日月光同欣電子同欣電子全智科技全智科技GCS穩懋穩懋聯穎光電聯穎光電VLCIntengentBroadcom光隆科技光隆科技II-VILumentum長光華芯長光華芯源杰科技源杰科技光迅科技光迅科技IQE英特磊英特磊聯亞光電聯亞光電全新光電全新光電Sumitomo日本日本JX北京通美北京通美Alta Devices等等TCL等等Apple等等華為等華為等QorvoFinisarSkyworksLumentum長光華芯長光華芯光迅科技光迅科技GCS穩懋穩懋宏捷科技宏捷科技三安光電三安光電聯穎光電聯穎光電MurataBroadcomQu

62、alcomm唯捷創芯唯捷創芯縱慧芯光縱慧芯光IQESumitomoHitachi Cable英特磊英特磊全新光電全新光電FreibergerSumitomo北京通美北京通美設計設計襯底襯底外延外延代工代工封測封測IDM廠廠終端應用終端應用射頻射頻光電子光電子LED光伏光伏砷化鎵砷化鎵磷化銦磷化銦通用通用 資料來源：Yole，北京通美、長光華芯、源杰科技、光隆科技招股書，穩懋、聯亞光電、英特磊、GCS、光迅科技 2021 年年報，聯穎光電、Broadcom、VLC、Intengent、Alta Devices 官網，MEMS 公眾號，海通證券研究所 我們判斷隨我們判斷隨 AI 爆發帶來光模塊需求

63、激增，可能出現光芯片結構性缺芯，主要針對爆發帶來光模塊需求激增，可能出現光芯片結構性缺芯，主要針對高速光芯片。擴產瓶頸主要是購買核心設備尤其是外延設備。高速光芯片。擴產瓶頸主要是購買核心設備尤其是外延設備。光芯片擴產周期往往需要1-3 年時間，擴產步驟包括土建、購買設備、設備調試、產品調試等。外延設備市場集中度較高，德國 Aixtron 等國際設備廠商占據光通信芯片外延設備較大的市場份額，且外延設備價格較為高昂（長光華芯招股書中 MOCVD 單臺設備投資額最高達 1600 萬元），下單-進廠周期往往在一年左右甚至更多。我們判斷由于擴產周期久、投入相對較大，海外美/日本龍頭并不會突然增加產量，供

64、應鏈緊張或會出現。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 18 圖圖33 2020 年外延設備市場格局年外延設備市場格局 資料來源：Yole 官網，海通證券研究所 圖圖34 MOCVD 系統示意圖系統示意圖 資料來源：唐晶量子外延項目環評報告，海通證券研究所 此外，國內傳統光芯片廠商在高速此外，國內傳統光芯片廠商在高速率和國外仍有較大差距，我們認為主要體現在良率和國外仍有較大差距，我們認為主要體現在良率層面。率層面。根據 Lightcounting，國內廠商在 100G/Lane 光芯片和國外有 2-3 年代際差距。國內領先廠商主要為源杰科技、索爾思、光迅科技等。國內廠商

65、在中低速芯片層面具備量和人力成本優勢。硅光芯片復用成熟硅光芯片復用成熟 CMOS 工藝，易于擴產。工藝，易于擴產。硅集光電子集成芯片可以利用成熟的硅工藝，其晶圓尺寸大、單顆芯片成本低，制程線寬?。?30nm/90nm/45nm）。因此，硅光芯片可以利用成熟的硅半導體代工供應鏈，與 CMOS、SiGe 等產業共享產能。#3 競爭路線功耗瓶頸，硅光方案可競爭路線功耗瓶頸，硅光方案可以降低功耗，且更容易與以降低功耗，且更容易與 LPO、CPO 等方案結等方案結合，進一步降低光互連功耗水平。合，進一步降低光互連功耗水平。解決數據傳輸速率提升問題的同時，也必須面臨增加的功耗和成本所帶來的挑戰。解決數據傳

66、輸速率提升問題的同時，也必須面臨增加的功耗和成本所帶來的挑戰。根據 Cisco 官網，達到 400G 和 800G 階段，光模塊的功耗急劇增加，占整個設備總功耗的 40%或更多。與 2010 年相比，2022 年的總功耗增加了 22 倍。光通信設備能源消耗的增加給整個數據中心的能源利用和成本帶來了巨大負擔。圖圖35 光模塊功耗隨速率演進光模塊功耗隨速率演進 資料來源：FS 網站，海通證券研究所 圖圖36 2023 和和 2028 年能耗對比年能耗對比 資料來源：Has Silicon Photonics Finally Found Its Killer Application?，海通證券研究所

67、 硅光方案有望有效降低光模塊功耗。此外，我們認為硅光更適合于硅光方案有望有效降低光模塊功耗。此外，我們認為硅光更適合于 LPO、CPO、OIO 等新產品技術相結合，能夠更有效地較低功耗。等新產品技術相結合，能夠更有效地較低功耗。關于 LPO、CPO、OIO 等技術我們將在后面具體闡述。2.3 線性直驅（線性直驅（LPO）/片上互聯（片上互聯（CPO）/片間互聯（片間互聯（OIO）2.3.1 線性直驅線性直驅（LPO）：）：有望快速產業化的低功耗有望快速產業化的低功耗/成本方案成本方案 LPO 技術是重要的發展方向。技術是重要的發展方向。線性驅動可插拔光器件（LPO）是一種可插拔光學模塊，其內部

68、沒有數字信號處理器（DSP），而是依靠模塊發端的驅動器所提供的某些特 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 19 殊功能和性能實現。具有高線性度的驅動器芯片作為核心部件，通過線性直驅技術取代傳統的 DSP，從而實現降低功耗、降低成本和減少延遲。LPO 方案優勢明顯。方案優勢明顯。1）低功耗：LPO 功耗相較帶 DSP 的光模塊下降 50%，與CPO 接近。不僅節省電能，而且能夠減少模塊內組件的發熱，降低系統散熱功耗。2）低延遲：去掉 DSP 芯片后，系統減少了對信號復原計算的時間，延遲大幅降低。相比DSP 100ns 級別的延遲，LPO 光模塊可以做到皮秒級別的超低延遲

69、時間。3）低成本：LPO 的 Driver 和 TIA 里集成了更強大的線路補償 EQ 功能，電芯片成本會較之前少許上浮，但由于不再采用 5nm/7nm 先進晶圓制造工藝的 DSP 芯片，系統成本得以降低。4）可熱插拔：相比于 CPO，LPO 沒有顯著改變光模塊的封裝形式，采用可插拔形式，不改變當前用戶使用習慣，快速插拔，維護方便。圖圖37 傳統與傳統與 LPO 光模塊技術對比光模塊技術對比 資料來源：訊石光通訊網援引中興通訊，海通證券研究所 圖圖38 400G/800G DSP 光模塊中功耗結構光模塊中功耗結構 資料來源：Fibermall 官網援引英特爾，海通證券研究所 硅光技術在硅光技術

70、在 LPO 方方案中更具競爭力。案中更具競爭力。硅光芯片能夠提供足夠的帶寬，且硅光調制器比 EML 和 DML 擁有更好的線性度，所以目前 LPO 光模塊以硅光方案居多。目前已有公司發力硅光目前已有公司發力硅光 LPO 模塊。模塊。華工正源正積極進軍北美市場，其基于自研硅光芯片的 half LPO 1.6T 光模塊已贏得部分客戶的青睞。OFC2024 上，新易盛新推出800G OSFP DR4 LPO 模塊應用硅光子集成芯片，采用 4 通道 200Gb/s 實現并行傳輸。2.3.2 片上互聯（片上互聯（CPO）：光模塊的演進方向）：光模塊的演進方向光電共封裝光電共封裝 CPO 技術是光通信重要

71、的發展方向，也是硅光的重點應用。技術是光通信重要的發展方向，也是硅光的重點應用。共封裝光學器件（Co-packaged optics，簡稱 CPO）技術的出發點主要是為了取代傳統的可插拔光模塊，將光芯片與交換芯片在基板上封裝在一起，進一步降低功耗，提高帶寬，其主要用于數據中心的以太網網絡。LightCounting 預測，與交換 ASIC 共同封裝的光引擎可能會為大型數據中心的可插拔光收發器提供替代方案。當網絡速度提高至 800Gbps 以上，可插拔光組件將遭遇密度和功率問題，CPO 成為業界亟需的封裝替代方案。按照物理結構 CPO 可分為 3 種技術形態：2D 封裝;2.5D 封裝;3D 封

72、裝。CPO 較可插較可插拔方案優勢明顯：拔方案優勢明顯：1）功耗更低：CPO 方案大幅縮短交換芯片和光引擎間的布線距離，進而降低電信號驅動功耗。根據 Cisco 官網，將 51.2T 系統中可插拔光模塊替換為 CPO 后，交換 ASIC 與光引擎連接所需功率可減少 50%，從而使整機功率減少 25-30%。2）成本更低：CPO 方案減少了對設計成本較高、能傳輸超高速電信號的 PCB 的需求以及額外 DSP 芯片的使用，在規模量產后，高級封裝也能帶來成本上的改善。3）整體系統集成度更高，尺寸減小。硅光技術助力硅光技術助力 CPO 實現最終形態，也是實現最終形態，也是 CPO 設計人員的重要技術能

73、力。設計人員的重要技術能力。為了滿足CPO 的要求，需要開發先進的硅光子制造技術和元件結構。在 3D-CPO 的結構下，硅光芯片與其他裸 die（如 GPU、Lanswitch、HBM 等）封裝在一個大的 Package 里，是為 CPO 的最終形態，其中硅光子芯片可作為中介層，實現更短的電路連接和更低的功耗。因此對于 CPO 應用設計人員來說，與晶圓代工廠密切合作以實現設計-制程的共同 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 20 最佳化將更為有效。圖圖39 硅光硅光 CPO 共封裝（共封裝（2D/2.5D/3D）資料來源：Marvell 官網，海通證券研究所 隨著通信

74、帶寬提升，隨著通信帶寬提升，CPO 有望成為數據中心主流方案。有望成為數據中心主流方案。當通信帶寬提升至 1.6T 及以上，CPO 方案以更高能效比凸顯在數據中心的應用優勢，而硅光技術作為 CPO 技術基礎有望在數據中心應用中普及。根據 LightCounting 預測，CPO 端口將占到 2027 年部署的 800G、1.6T 端口總數的近 30%。圖圖40 51.2T 系統中可插拔光模塊替換為系統中可插拔光模塊替換為 CPO 后功耗結構對比后功耗結構對比 資料來源：ServeTheHome 網站援引 Cisco，海通證券研究所 圖圖41 800G/1.6T CPO 端口等出貨量預測端口等出

75、貨量預測 資料來源：Tom 財經援引 LightCounting，海通證券研究所 硅光助力硅光助力 CPO 產業化加速。產業化加速。2023 年 4 月 5 日，國際光互聯組織 OIF 發布了業內第一個CPO標準草案，其主要定義了用于以太網交換機的3.2T CPO模塊，可基于100G電通道，并提供 50G 通道后向兼容；該模塊定義可以用于光模塊，也可以用于無源的電纜組件，可支持實現 51.2 Tbps 匯聚帶寬交換機的光和/或電接口實現。在 OFC 2023上，博通也展示了其基于硅光的第二代交換機，其使用 8個 6.4T CPO光引擎實現 51.2T交換容量。在 2023 年召開的光纖通信會議

76、（OFC）會議上，CPO 技術路線成為眾廠商的一大聚焦熱點，博通、Marvell 介紹了各自采用共封裝光學技術的 51.2Tbps 的交換機芯片，思科也展示了其 CPO 技術的實現可行性原理。當前，亞馬遜 AWS、微軟、Meta、谷歌等云計算巨頭，思科、博通、MarvellIBM、英特爾、英偉達、AMD、臺積電、格芯、Ranovus 等網絡設備龍頭及芯片龍頭，均在前瞻性地布局 CPO 相關技術及產品。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 21 圖圖42 Broadcom在在 OFC 2023上發布的上發布的 51.2Tbps交換機芯片交換機芯片 資料來源：ServeTh

77、eHome 網站援引 Broadcom，海通證券研究所 圖圖43 CPO 方案（硅光芯片）和熱插拔方案的比較方案（硅光芯片）和熱插拔方案的比較 資料來源：菲魅通信官網，海通證券研究所 2.3.3 片間互聯（片間互聯（OIO）：比）：比 CPO 更具潛力的光互聯應用更具潛力的光互聯應用 OIO 主要為實現低功耗、高帶寬、低延遲的光互連。主要為實現低功耗、高帶寬、低延遲的光互連。Optical I/O（簡稱 OIO）是為了解決計算芯片 CPU，GPU，XPU 等之間的互聯問題(chip to chip interconnect)，利用光互連低功耗、高帶寬、低延遲的優勢，取代傳統的 electric

78、al IO 方案。AI 推動計算架構大幅拓展，推動 I/O 帶寬指數級增長、連接范圍越來越長。電氣 I/O（即銅線連接）支持高帶寬密度和低功耗，但傳輸距離較短（約為 1 米或更短）。當前數據中心和早期 AI 集群中使用的可插拔光模塊可以增加傳輸距離，但其成本和功率水平較高。一體封裝的 xPU（CPU、GPU、IPU）光學 I/O 解決方案中，芯片輸入輸出的 IO 變為光信號，進而構建分布式計算網絡，可以支持更高的帶寬、更高的功率效率、更低的延遲和更長的覆蓋范圍。我們認為隨技術和產業走向成熟，OIO 或成為 AI 和數據中心設計的重要互聯方式。硅光技術可能是硅光技術可能是 OIO 的唯一光學解決

79、方案。的唯一光學解決方案。從封裝形式上看，Optical IO 也是將光芯片與電芯片封裝在同一基板上，因此 CPO 技術是采用硅光子實現光學 I/O 的第一步。同時，硅光技術可能是 Optical IO 的唯一光學解決方案，采用體積小、功耗低的微環調制器，利用多個波長攜帶信號，提高帶寬密度。圖圖44 典型的典型的 Optical IO 結構示意圖結構示意圖 資料來源：Cadence，海通證券研究所 目前各大芯片巨頭都已經在目前各大芯片巨頭都已經在 Optical IO 領域進行布局。領域進行布局。包括 Intel、AMD、Nvidia等。Intel已經與Ayar Labs合作多年，多次在OFC

80、上展示了其FPGA芯片間通過Optical IO 實現信號互聯的階段性進展。AMD 通過收購 Xilinx,整合了其硅光團隊，在 ISSCC 2023 展示了其初步的進展。Nvidia 一方面與 Ayar Labs 展開合作，也在自行研發硅光相關技術。Ayar Labs 是該領域的領導者，其 TeraPHY 產品已經小批量出貨，采用GlobalFoundries 的 45nm 硅光子工藝制造。OFC 2024 上，英特爾展示了第一代 OCI 芯片組，與英特爾 CPU 原型共同封裝，OCI 芯片組的核心是英特爾的硅光技術。OIO 和和 CPO 等仍處于行業早期階段，有望快速發展，并在等仍處于行業

81、早期階段，有望快速發展，并在 2028 年迎來爆發式增年迎來爆發式增 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 22 長。長。根據 Yole 官網，2022 年全球 OIO 和 CPO 市場分別為 500 萬美元、600 美元，預計 2028 年有望分別達 1.16 億美元，2100 萬美元，22-28 年 CAGR 分別為 68%、41%。Yole 預計 2033 年全球 OIO和 CPO 市場分別為 23億美元、2.87 億美元，28-33年 CAGR分別為 81%、69%。圖圖45 intel 對可插拔模塊、對可插拔模塊、CPO、Optical I/O 的比較的比較

82、資料來源：Cadence，海通證券研究所 圖圖46 2022-2033 年全球年全球 CPO、OIO 等新型光互連市場等新型光互連市場 資料來源：Yole 官網，海通證券研究所 行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 23 3.風險風險提示提示 AI 應用迭代及需求不及預期、硅光技術及生產發展不及預期、大客戶技術路徑選擇應用迭代及需求不及預期、硅光技術及生產發展不及預期、大客戶技術路徑選擇風險。風險。行業研究通信設備行業 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 24 信息披露信息披露 分析師聲明分析師聲明 Table_Analysts 余偉民 通信行業 本人具有中國證券業

83、協會授予的證券投資咨詢執業資格，以勤勉的職業態度，獨立、客觀地出具本報告。本報告所采用的數據和信息均來自市場公開信息，本人不保證該等信息的準確性或完整性。分析邏輯基于作者的職業理解，清晰準確地反映了作者的研究觀點，結論不受任何第三方的授意或影響，特此聲明。分析師負責的股票研究范圍分析師負責的股票研究范圍 Table_Reports 重點研究上市公司：光迅科技,中國聯通,滬電股份,深南電路,太辰光,大族激光,天孚通信,中控技術,中國移動,九聯科技,銳捷網絡,烽火通信,亨通光電,長飛光纖,迪普科技,映翰通,星網銳捷,中興通訊,光庫科技,銳科激光,華測導航,菲菱科思,盛科通信-U,拓邦股份,億聯網絡

84、,網宿科技,紫光股份,廣和通,工業富聯,威勝信息 投資評級說明投資評級說明 1.投資評級的比較和評級標準：投資評級的比較和評級標準：以報告發布后的 6 個月內的市場表現為比較標準，報告發布日后 6 個月內的公司股價（或行業指數）的漲跌幅相對同期市場基準指數的漲跌幅；2.市場基準指市場基準指數的比較標準：數的比較標準：A 股市場以海通綜指為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普 500 或納斯達克綜合指數為基準。類類 別別 評評 級級 說說 明明 股票投資評股票投資評級級 優于大市 預期個股相對基準指數漲幅在 10%以上；中性 預期個股相對基準指數漲幅介于-10%與 10%之間；弱于大市

85、 預期個股相對基準指數漲幅低于-10%及以下；無評級 對于個股未來 6 個月市場表現與基準指數相比無明確觀點。行業投資評行業投資評級級 優于大市 預期行業整體回報高于基準指數整體水平 10%以上；中性 預期行業整體回報介于基準指數整體水平-10%與 10%之間；弱于大市 預期行業整體回報低于基準指數整體水平-10%以下。法律聲明法律聲明 本報告僅供海通證券股份有限公司（以下簡稱“本公司”）的客戶使用。本公司不會因接收人收到本報告而視其為客戶。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。本

86、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。市場有風險，投資需謹慎。本報告所載的信息、材料及結論只提供特定客戶作參考，不構成投資建議，也沒有考慮到個別客戶特殊的投資目標、財務狀況或需要?？蛻魬紤]本報告中的任何意見或建議是否符合其特定狀況。在法律許可的情況下，海通證券及其所屬關聯機構可能會持有報告中提到的公司所發行的證券并進行交易，還可能為這些公司提供投資銀行服務或其他服務。本報告僅向特定客戶傳送，未經海通證券研究所書面授權，本研究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。如欲引用或轉載本文內容，務必聯絡海通證券研究所并獲得許可，并需注明出處為海通證券研究所，且不得對本文進行有悖原意的引用和刪改。根據中國證監會核發的經營證券業務許可，海通證券股份有限公司的經營范圍包括證券投資咨詢業務。