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1、 1/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 行業研究報告 慧博智能投研 硅光行業深度：硅光行業深度：行業概述、行業概述、市場需求市場需求、產業、產業鏈及相關公司深度梳理鏈及相關公司深度梳理 隨著傳統分立可插拔模塊方案升級迎來瓶頸，“光摩爾定律”的延續將依賴新的技術方案商用，其中硅光子集成技術或為成本效率提升、解決帶寬升級瓶頸的最優選擇。這一技術涵蓋了硅光器件、硅光芯片和硅光模塊三大產品類別。作為一種平臺型技術，硅光技術以其高速率、高集成度、低成本、低功耗和小型化等優點日益顯現，并已在光通信、光傳感、光計算、智能駕駛、消費電子等多個領域得到廣泛應用。特別

2、是硅光模塊，相較于傳統模塊具有明顯優勢，預計未來將迎來快速增長。在本文中，我們將深入探討硅光技術行業，分析硅光技術的優勢、未來的發展趨勢以及它的應用領域。我們將詳細對比基于硅光技術的光模塊與傳統光模塊的區別和優勢，并對當前市場需求現狀進行深入分析。此外，我們還將梳理硅光產業鏈，分析其關鍵組成部分和生產流程，并列舉可能從中受益的相關公司。希望通過這些內容，能夠增進大家對硅光技術行業的認識和理解。目錄目錄 一、行業概述.1 二、硅光光模塊對比傳統光模塊.7 三、市場需求分析.10 四、產業鏈分析.21 五、相關公司.36 六、參考研報.39 一、行業一、行業概述概述 1、概念、概念 硅基光電子，簡

3、稱硅光，是基于硅和硅基襯底材料，利用現有硅基光電子，簡稱硅光，是基于硅和硅基襯底材料，利用現有 CMOS 工藝進行光器件開發和集成的新工藝進行光器件開發和集成的新一代技術。一代技術。硅光子技術是利用硅和硅基襯底材料（如 SiGe/Si、SOI 等）作為光學介質，通過集成電路工藝來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、光波導器件等），這些器件用于對光子的激發、處理和操縱，實現其在光通信、光互連、光計算等多個領域的應用。2/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、硅光子技術硅光子技術優勢優勢 硅光子技術是實現光子和微電子集成的理

4、想平臺。硅光子技術是實現光子和微電子集成的理想平臺。在當前“電算光傳”的信息社會下，微電子/光電子其技術瓶頸不斷凸顯，硅基光電子具有和成熟的 CMOS 微電子工藝兼容的優勢，有望成為實現光電子和微電子集成的最佳方案。從需求發展來看，從需求發展來看，光電子和微電子集成源動力來自于微電子/光電子各自的發展需求，微電子方面，深亞微米下電互連面臨嚴重的延時和功耗瓶頸，需要引入光電子利用光互連解決電互連的問題；光電子方面，面對信息流量迅速增加下的提速降本需求，需要借助成熟的微電子加工工藝平臺，實現大規模、高集成度、高成品率、低成本的批量化生產。從技術特點來看，從技術特點來看，硅光子技術結合了集成電路技術

5、的超大規模、超高精度制造的特性和光子技術超高速率、超低功耗的優勢，以及基于硅材料的本身特性，硅光子技術主要具有高集成度、高速率、低成本等優點：（1）高速率：）高速率：硅的禁帶寬度為 1.12eV，對應的光波長為 1.1m，硅對于 1.1-1.6m 的通信波段（典型波長 1.31m/1.55m）是近乎無損透明，具有優異的波導傳輸特性，可以很好地兼容目前的光通信技術標準，同時利用光通路取代芯片間的數據電路，在實現大容量光互連的同時也保持著低能耗和低散熱，高效地解決網絡擁堵和延遲等問題；（2）高集成度：）高集成度：硅基材料具有高折射率和高光學限制能力，可將光波導彎曲半徑縮減至 5m 以下，基于成熟的

6、 CMOS 工藝制作光器件，可實現硅光芯片更高的集成度及更多的嵌入式功能，其集成密度相比于傳統的硅基二氧化硅（PLC）和磷化銦（InP）光芯片有望提高百倍以上，同時光芯片尺寸縮減也隨之帶來有低成本、低功耗、小型化等獨特優勢；3/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告（3）低成本：）低成本：硅材料作為世界上儲量第二的材料，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，硅光芯片的生產制造也基于 CMOS 和 BiCMOS 等集成電路工藝線，可以實現規?；慨a，在芯片成本有較大的下降潛力。3、發展歷程、發展歷程 從發展歷程來看，硅光子技術從最初在 1969 年由著名的貝爾

7、實驗室提出以來，經歷了 3個主要的發展階段：1969-2000 年的原理探索階段，年的原理探索階段，受限于工藝和技術的限制，硅光子技術的發展只集中在硅基有源器件和無源器件的實驗室研究階段；4/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2000-2008 年的技術突破階段，年的技術突破階段，以 Intel為首的企業與學術機構就開始重點發展硅芯片光學信號傳輸技術，期間 2004 年 Interl 研制出第一款 1Gb/s 速率的硅光調制器，人們看到硅芯片中“光進銅退”的可能性，其他各類硅光器件如探測器、激光器、無源器件等也陸續獲得突破；2008-2014 年的

8、集成應用階段，年的集成應用階段，以 Luxtera、Intel、和 IBM 為代表的公司不斷推出商用級硅光子集成產品，如 Intel、Luxtera 的硅光光模塊，Acacia 的相干光模塊等；目前，硅光子技術已逐漸進入應用拓展階段：目前，硅光子技術已逐漸進入應用拓展階段：硅光子集成平臺被廣泛應用于多領域，比如在通信領域，已基本建立了面向數據中心、光纖傳輸、5G 承載網、光接入等市場的一系列硅光產品解決方案；在新型微處理器技術上，DARPA、Intel、AyarLabs 等國外研發機構正在致力于實現硅光芯片與高性能微電子芯片的融合，并已驗證了集成硅光 I/O 芯片的新一代 FPGA、CPU 和

9、 ASIC 芯片；在光計算領域，Lightmatter、Lightelligence 等公司積極推進應用于 AI神經網絡運算的硅光芯片；研究人員已研制出集成度最復雜的硅光量子芯片；在智能駕駛領域，硅光固態激光雷達或成下一代激光雷達的重要革新。硅光子技術由分組硅光向著可編程芯片方向發展。硅光子技術由分組硅光向著可編程芯片方向發展。從技術演進來看，硅光子技術發展可分為四個階段，由于受限于硅材料本身的光電性能，仍存在無法高密度集成光源、集成低損耗高速光電調制器等問題，目前硅光子技術主要集中在第二階段硅光子集成階段：第一階段，分組硅光：第一階段，分組硅光：硅基器件逐步取代分立元器件，即將硅做出光通信底

10、層器件，并實現工藝標準化；第二階段，硅光子集成：第二階段，硅光子集成：集成技術從混合集成向單片集成演進，實現部分集成，即通過不同器件的組合集成不同的芯片；第三階段，全光電融合：第三階段，全光電融合：光電全集成化，實現合封的復雜功能；第四階段，可編程芯片：第四階段，可編程芯片：器件分解為多個硅單元排列組合，局針化表征類；該種通過編程來改變內部結構的芯片，可自定義全功能。5/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 4、未來發展趨勢未來發展趨勢 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。硅光的長期目標是實現單片集成的芯片

11、應用形態，但短期的形態由于集成度不同而存在差異。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。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。能夠認為，單片集成更符合硅光的思想，性能更優，是未來發展趨勢。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。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

12、、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。6/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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。將硅芯片與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?/p>

13、集成的優勢在于可以利用硅芯片的電子器件和其他材料的優異光學特性，實現更高效的光通信和傳感應用。目前，硅光子技術主要采用基于 SOI（絕緣襯底上硅）襯底的制造平臺，已能實現探測器與調制器的單片集成。5、硅光應用市場不斷擴大硅光應用市場不斷擴大 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，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（Communicatio

14、n/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。7/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 數通應用占硅光應用數通應用占硅光應用 90%以上：以上：市場研究機構 Yole 數據顯示，2022 年硅光芯片市場價值為 6800 萬美元，預計到 2028年將超過 6億美元，2022 年-2028 年的復合年均增長率為 44%。推動這一增長的主要因素是用于高速數據中心互聯和對更高吞吐量及更低延遲需求的機器學習的 800G 可插拔光模塊，數通光模塊的應用占硅光芯片

15、市場的 93%，復合增長 44%。此外在電信領域、光學激光雷達、量子計算、光計算以及在醫療保健領域都有廣闊的發展前景。二二、硅光硅光光模塊對比傳統光模塊光模塊對比傳統光模塊 硅光光模塊具有高集成度、低功耗、低成本、小型化等優點。硅光光模塊具有高集成度、低功耗、低成本、小型化等優點。硅光光模塊與傳統光模塊相比，其工作原理基本相似，主要區別集中于基于 CMOS 制造工藝進行硅光芯片集成所帶來的器件和技術差異。1、從原理架構看從原理架構看 從原理架構來看，在實際光模塊應用中，硅光光模塊主要由控制單元、數字信號處理單元、發射單元以及接收單元幾大功能模塊組成。數字信號處理單元數字信號處理單元通過數字信號

16、處理芯片（DSP）來對抗于補償信號失真，降低系統誤碼率；發射單元發射單元采用硅光子技術方案，區別于傳統 EML 方案，目前硅光方案中光源和調制器分開，激光器負責出光，硅光調制器負責調制光信號，實現電/光信號轉換；接收單元接收單元主要由波分解復用器、探測器和跨阻放大器構成，探測器將波分解復用器分束過后的多路高速光信號轉換為高速電流信號，再經過跨阻放大器（TIA）處理放大，輸出至數字信號處理單元；控制單元控制單元使用微控制單元（MCU）芯片對模塊內各電芯片寄存器進行讀寫，實現對模塊的診斷和監控。8/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、從器件方案看從器

17、件方案看 從器件方案來看，不同于傳統光模塊的分立式結構，目前在實際硅光光模塊中，除激光器外，大部分已實現了多種光電器件的硅基集成，如各種硅基無源器件（波導、合分波器）、鍺硅探測器、硅調制器等。其中激光器部分激光器部分，目前硅光光模塊多采用外置 CW 激光器，一方面較 EML 激光器芯片可獲得成本上的優勢，另一方面外置激光器方案與硅光芯片的耦合帶了新的挑戰；調制器部分，調制器部分，隨著光模塊速率提升，不同于 EML 方案中的 EA 調制，硅光光模塊多采用 MZM 方案，可更為方便地通過增加通道數來提高帶寬，或帶來工藝和成本上的優勢；其他無源器件部分，其他無源器件部分，除隔離器和連接器外，硅光芯片

18、替代了大部分傳統光模塊中的無源器件，傳統器件中的透鏡和大型組件都被取代，陶瓷、銅等材料用量大幅降低，晶圓、硅光芯片等電子材料占比提升，價值向硅光芯片、硅光引擎轉移，整體有望進一步實現工藝簡化和成本控制，同時硅光器件更高的集成密度帶來了芯片尺寸的大幅縮減，相較于傳統光模塊具備小型化優勢。3、從工藝制造看從工藝制造看 9/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 從工藝制造來看，硅光芯片技術較為成熟，從芯片到光模塊，但封裝工藝上仍存在較多技術難點，封裝良率和成本仍有待優化。傳統分立式光模塊的制造過程中需要依次封裝電芯片、光芯片、透鏡、對準組件、光纖端面等器件，

19、部件物料多，工序較為復雜，封裝過程自動化率較低，測試中需要手工將光模塊一個個進行對準耦合測試，需要投入較多人工成本，但整體工藝成熟度較高；目前基于硅光工藝已經能夠加工芯片級器件，可以利用傳統半導體產業非常成熟的硅晶圓加工工藝，在硅基底上利用蝕刻工藝可以快速加工大規模波導器件，利用外延生長等加工工藝，能夠制備調制器、接收器等關鍵器件，最終實現將調制器、接收器以及無源光學器件等高度集成，硅光芯片體積大幅減小，材料成本、芯片成本、封裝成本均有望進一步優化，同時可以通過晶圓測試等方法進行批量測試，測試效率有望提升，但各主流廠商的設計和工藝路線存在多種技術路線，尚未形成統一的方案形成主流技術聚焦，從而更

20、大程度的發揮 CMOS 工藝的規模效應，進而實現成本和良率的持續優化；硅光光模塊封裝難度大，良率低，其中硅光接口封裝處于初期階段，主要瓶頸在于光電子芯片和光纖陣列組建的光接口封裝，其對準與封裝的精度要求高，封裝效率低，現階段的封裝技術難以實現高質量，低成本的封裝，產品良率限制了硅光光模塊的大規模量產；此外，硅光芯片可獲得量產化資源少，盡管硅光芯片與 CMOS 工藝兼容，但成熟的 CMOS 資源不對外開放或者沒有硅光流片經驗。4、從產業鏈角度看從產業鏈角度看 從產業鏈角度來看，硅光器件、硅光光模塊與傳統光模塊產業鏈相似。而硅光芯片則是作為高度集成的單芯片而并非傳統的分離多器件組合，因此主要在芯片

21、產業鏈上有所差異?？偟膩碚f，從應用場景來看，在不同速率和距離的與傳輸距離下，硅光子技術相比總的來說，從應用場景來看，在不同速率和距離的與傳輸距離下，硅光子技術相比 III-V 器件競爭優勢器件競爭優勢有演進的過程。有演進的過程。在單通道波特率低于 25G，短距離傳輸(10km)，III-VDML(直調激光器)的性價比較優；隨著傳輸速率及距離增加，EML 因其優異高速調制頻響，低驅動電壓，低啁啾，成為主要光電器件，特別是單通道速率到 50G 波特率以上。隨著大數據中心對聯結帶寬的不斷升級，多通道技術成為必 10/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 須，

22、高集成高速硅光芯片成為性價比更優越的選項。目前出貨的硅光光模塊產品主要分為兩大類：短距離數據中心光模塊；中長距離的電信相干模塊。三、市場需求分析三、市場需求分析 1、數通市場：數通市場：1.6T 高速光模塊時代加速到來，硅光滲透率有望提升高速光模塊時代加速到來，硅光滲透率有望提升 從市場需求來看，從市場需求來看，數據中心及電信市場的硬件設備需求增長與技術升級持續促進光模塊市場發展，其中AI 的快速發展進一步拉動算力需求，光通信網絡是算力網絡的重要基礎和堅實底座，光模塊作為光纖通信中負責實現電/光信號轉換的核心組件，整體光模塊產業鏈有望充分受益 AI 算力發展。根據Lightcounting 預

23、測，2024-2028 年，用于人工智能集群的以太網光模塊銷售總額將達到 176 億美元。11/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 全球數據中心市場規模穩步上漲。全球數據中心市場規模穩步上漲。近年來，由于物聯網、云計算、人工智能等技術的發展，數據中心成為企業存儲、處理和管理大量數據的關鍵基礎設施，加之全球范圍內包括視頻流媒體、社交媒體、電子商務等用戶對于在線服務和內容的需求不斷增加，驅動全球數據中心規模擴張。根據中國信通院數據，2017-2021 年全球數據中心市場規模從 465.5 億美元增長至 679.3 億美元，五年內的年均復合增長率為9.91

24、%，預計 2023 年全球數據中心市場規模將進一步增至 820.5 億美元。據 IDC 預測，2025 年，全球數據量有望達到 175ZB。海外云巨頭高度重視人工智能投入。海外云巨頭高度重視人工智能投入。據 DellOro 統計數據，2022 年全球數據中心的資本支出增長了15%，到 2026 年全球數據中心資本支出預計將達到 3,500 億美元。2024Q1海外五大云巨頭（亞馬遜、谷歌、蘋果、微軟、Meta）資本開支為 463億美元，同比增長 25.7%，環比增長 2.1%。同時，這些公司均表示將繼續加大對 AI 領域的投資力度，如亞馬遜加速基礎設施投入以支持 AI 持續發展，持續迭代訓練

25、Llama 等，力求保持 AI 的領先地位；谷歌在 2024年 2 月發布了 Gemini 1.5 Pro，構建了如Gemma 開放模型、Imagen 視覺等模型，并持續投入 AI 基礎設施建設，已發布第五代 TPU 以及自研Axion CPU 以支持下一代 AI 發展；微軟預計資本開支將持續大幅增長，持續擴大 AI 基礎設施以支持云需求的增長，其 AzureAI 保持用戶量和單用戶支出雙增長，Azure Arc 已有 3.3 萬用戶，同比增長 1 倍以上，Copilot 已在約 2.25 億 Windows10 和 11電腦上應用，環比增長 1 倍以上。12/39 2024 年年 8月月 1

26、9 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 數據中心網絡架構升級拉動光模塊需求上升。（數據中心網絡架構升級拉動光模塊需求上升。（1）云計算需求推動網絡架構迭代升級。）云計算需求推動網絡架構迭代升級。傳統數據中心計算網絡逐步向 Spine-Leaf 數據中心網絡架構轉變。由于 Spine-Leaf 數據中心網絡架構連接端口眾多，信息傳遞中使用的光模塊數量隨之提高，傳統三層數據中心網絡架構所需光模塊數量約為機柜數的 9 倍，而 Spine-Leaf網絡架構下光模塊數量約為機柜數的 44至 48 倍。（2）DGXGH200 驅動驅動 800G 光模光模塊市塊市場需求擴張。場需求擴張。英偉達發布的

27、 DGXGH200超級計算機中引入 NVLink 與 NVLink Switch 方案，搭載256 顆 Grace Hooper 超級芯片，每臺 NVLink Switch 交換機含有 32 個 800G 接口，銅線方案下兩層Fat-Tree 拓撲結構中第一層并不涉及光模塊的使用，第二層中 36 臺交換機共需 36 32 2=2304 顆800G 光模塊；綜上所述，256 個 GH200 與 800G 光模塊對應數量關系為 1：9。整體來看，光模塊向著高速率、低成本、低功耗的方向發展，硅光光模塊或迎發展機遇：整體來看，光模塊向著高速率、低成本、低功耗的方向發展，硅光光模塊或迎發展機遇：（1）數

28、據中心高速）數據中心高速率光模塊加速發展。率光模塊加速發展。自 2019 年后全球數據中心產業開始步入算力中心階段，根據Cisco 數據，2010-2022 年全球數據中心網絡交換帶寬提升了 80 倍，特別是近期 AIGC 的快速發展帶來網絡架構的升級和 GPU 的加速迭代，進一步帶動設備間更高的帶寬需求，從光模塊帶寬需求來看，目前已進入 800G 光模塊的放量階段，從數據中心交換芯片的演化角度來看，目前進入每兩年翻一番的快速增長階段，預計 2025 年有望實現 102.4T 的容量，對應 1.6T 光口，進一步加速 1.6T 光模塊升級。（2）高速光通信時代降本降耗需求凸顯。）高速光通信時代

29、降本降耗需求凸顯。根據 Cisco 數據，2010-2022 年全球數據中心的網絡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。隨著高速率光模塊進一步放量，傳統可插拔光模塊方案的成本及功耗不斷增加，降本降耗的需求不斷提升，相較于傳統光模塊方案，硅光、LPO、CPO 等技術方案或迎來發展機遇期。從供給端來看，硅光子技術逐步進入主流光模塊市場。從供給端來看，硅光子技術逐步進入主流光模塊市場。Intel 2016年推出 100G PSM4 QSFP28 硅光光模塊，該款硅光光模塊包含兩個獨立的模塊，每個模塊擁有多顆芯片。拆解其中的發射器，能夠發現：以

30、倒裝芯片形式，通過鍵合技術將多個 InP 激光器和 CMOS 芯片集成在主硅片上。硅基 PIC 芯片包含 4個 MZM，同時使用一個激光器作為光源給 4 個調制器供直流光，PIC 芯片同時集成鍺硅光探測器 13/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告（PD），并一般把 4 進 4 出的 8 個光纖接口做成光柵耦合陣列和光纖陣列塊一次性耦合，減少封裝步驟。2016年-2017 年 100GPSM4 和 CWDM4 光模塊實現量產，英特爾在 2018 年獲得了可觀的市場份額，并使硅光子技術獲得其他競爭者的重視。但受限于硅光集成整體產業化水平不高，晶圓級測試產

31、業鏈尚不成熟，硅光芯片良率較低，硅光子方案較傳統分立光模塊方案優勢較小，在 200G、400G 時代硅光光模塊尚未形成規?；瘧?。2023 年，英特爾在業績說明會上表示將剝離可插拔光模塊業務，后續由 Jabil（捷普）接管。一般認為硅光子技術與傳統分立技術之間的成本平衡在一般認為硅光子技術與傳統分立技術之間的成本平衡在 400G，隨著光模塊向，隨著光模塊向 800G 及更高速率演進，及更高速率演進，受制于傳統光芯片的價格和供貨能力等問題，硅光子的成本優勢有望逐漸顯現，短期內受制于傳統光芯片的價格和供貨能力等問題，硅光子的成本優勢有望逐漸顯現，短期內 400G、800G硅光光模塊市場份額有望得到

32、提升，同時長期來看，硅光光模塊市場份額有望得到提升，同時長期來看，能夠能夠認為隨著硅光子技術及整體產業鏈的進一步成認為隨著硅光子技術及整體產業鏈的進一步成熟，硅光光模塊規模有望進一步擴大，特別是在熟，硅光光模塊規模有望進一步擴大，特別是在 1.6T、3.2T 等高速時代，硅光光模塊低成本、多通道等高速時代，硅光光模塊低成本、多通道大帶寬的技術優點有望得到進一步凸顯，硅光光模塊的滲透率有望得到進一步提升。大帶寬的技術優點有望得到進一步凸顯，硅光光模塊的滲透率有望得到進一步提升。根據Lightcounting 的預測，光通信行業已經處在硅光子技術規模應用的轉折點，使用基于硅光光模塊市場份額有望從

33、2022 年的 24%增加到 2028 年的 44%。據 Yole 預測，硅光光模塊 2022 年市場規模約為12.4 億美元，2028 年市場規模有望合計達 72.4 億美元。14/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、電信市場：相干系硅光早期應用，相干下沉和全光網絡為增長點電信市場：相干系硅光早期應用，相干下沉和全光網絡為增長點 相干技術在長距離、高速率傳輸時優勢明顯，本質是通過更高級的相干技術在長距離、高速率傳輸時優勢明顯，本質是通過更高級的調制技術來提升光通道的傳輸速率。調制技術來提升光通道的傳輸速率。相干光通信，是光纖通信領域的一項技術，

34、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。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（D

35、CI）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。能夠認為，隨骨干網和城域網的升級擴容，全球能夠認為，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，國內和云計算數據中心高速建設，國內“東數西算東數西算”工程工程持續推進，相干技術有望持續擴大市場。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

36、 相干光模塊 CAGR 將超 40%。硅光相干光模塊具備產量成本優勢。硅光相干光模塊具備產量成本優勢。相干光模塊中的核心芯片可以分為光芯片和電芯片兩大類。光芯片，包括雙偏 IQ 調制、激光器、相干光混頻器、平衡探測器；電芯片，包括調制器驅動器(driver)，跨阻放大器(TIA)，DSP 芯片。從芯片制造技術上來講，現在電驅動都是基于 Si 或 SiGe 材料用 CMOS 標準工藝流程做的，核心部分 DSP 芯片由于功耗和性能的要求，需要采用比較先進的 7nm 節點工藝制程。光芯片則可以分為兩大類，一類是基于 III-V 族材料如 InP 的，包括激光器，調制器，探測器(GaAs)。二是基于

37、Si 基的，包括 Si 基調制器，相干接收機等。其中，InP 平臺更擅長做有源器件，而硅光在無源器件集成上存在優勢，從性能來看，目前 InP 要強于硅光，InP 材料具備較強的光發射能力，可以有效集成激光器，其次是光調制，InP 也具有更高的調制速率和更低的功耗。但是硅光具有大規模生產的優勢，具有低成本和高可靠性的預期，在功能性、集成度和降低封裝復雜度上面也更具優勢?？偟膩砜?，硅光有望在硅基 ITLA、IC-TROSA、DSP 集成共封裝器件等方面形成更廣泛的應用。15/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 多廠商積極推進硅光相干光模塊發展。多廠商積極

38、推進硅光相干光模塊發展。在硅光電信應用領域，成立于 2009 年的 Acacia 是遠距離硅光相干光模塊的領軍企業，2021 年被思科完成收購，其主要產品包括 DSP 芯片、硅光芯片，以及基于這兩者的相干光收發模塊，Acacia 擁有業內最廣泛的經過現場驗證的 400GMSA 相干可插拔產品組合，基于Greylock DSP 交付了超過 250,000 個端口，其中包括 10,000 多個 Bright400ZR+端口，2024 年推出最新硅基 800GZR+模塊支持最近發布的 OpenROADM規范，其中包括可互操作的 PCS 傳輸能力。SiFotonics 已展示最新研發和量產應用于 80

39、0G/1.6TAI/DC,100G/400G/800G 相干和 25G/50GPON的全系列硅光新產品。Adtran最新推出的 FSP3000M-Flex800 將用于跨邊緣、城域和核心網絡的大容量傳輸解決方案。昂納科技在 ECOC 2022 上演示基于自研硅光 COSA 和 nano-ITLA 的 400G ZR 相干模塊，在 OFC2024 上，中際旭創展示搭載自研硅光芯片、MarvellOrion 相干 DSP 的 800G ZR/ZR+光模塊產品。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。硅光技術在電信市場的另

40、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，其主要應用于 ROADM 系統中的系統中的 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 16/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 光分插復用器系統（Reconfigurable OpticalAdd/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，

41、具有 1 K（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

42、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。3、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-packagedoptics，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

43、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 封裝。CPO 較可插拔方案優勢明顯：較可插拔方案優勢明顯：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

44、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 Packa

45、ge 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-制程的共同最佳化將更為有效。17/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 隨著通信帶寬提升，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。根據 Lightcounting 預計，CPO 出貨預計將從800G 和 1.6T 端口開始，于 2024 至 2025 年開始商用，2026 至 2027 年開始規模上量，主要應用于超大型云服務商的數通短距場景。全球 CPO

46、 端口的銷售量將從 2023 年的 5 萬增長到 2027 年的 450 萬。2027 年，CPO 端口在 800G 和 1.6T 出貨總數中占比接近 30%。Yole 報告數據顯示，2022 年 CPO 市場產生的收入達到約 3800 萬美元，預計 2033年將達到 26 億美元，2022-2033年復合年增長率為46%。18/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 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 3.2TCPO

47、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 51.2Tbps 匯聚帶寬交換機的光和/或電接口實現。在 OFC2023 上，博通也展示了其基于硅光的第二代交換機，其使用 8 個 6.4TCPO光引擎實現 51.2T 交換容量。在 2023 年召開的光纖通信會議（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、

48、Marvell IBM、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。4、片間互聯（片間互聯（OIO）：硅光子技術是片間互聯的重要解決方案）：硅光子技術是片間互聯的重要解決方案 光互連有望解決片間互聯的瓶頸問題。光互連有望解決片間互聯的瓶頸問題。芯片間通信主要采用片間互聯技術（如 PCIe、以太網、RapidIO、SPI 等），隨著芯片制程的逐步縮小，芯片的互連線也需要越來越細，互連線間距縮小，電子元件之間引起的寄生效應也會越來越影響電路的性能，因此互連線引起的各種效應成為影響芯片性能的重要因素。特別是隨著 AI 對數據

49、中心等通信基礎設施的傳輸效率提出了更高的要求，傳統技術方案中銅 I/O 正在接近物理極限，將難以支持數據中心服務器的密度提升，同時其集成度低、功耗高的問題也逐漸顯現。光互連不同于傳統互連材料如鋁、銅、碳納米管等，不易受到互連線材料的物理極限影響；在制造工藝上，光子芯片和電子芯片雖然在流程和復雜程度上相似，但光子芯片對結構的要求不如電子芯片嚴苛，一般是百納米級，降低了對先進工藝的依賴度，因此，在 AI 高速通信時代，光互聯有望成為片間互聯的理想選擇。OIO 主要解決計算芯片之間的互聯問題。主要解決計算芯片之間的互聯問題。OIO（In-Package Optical I/O）是一種基于芯片的光互聯

50、解決方案，與計算芯片（CPU、GPU、XPU）集成在同一封裝中，旨在實現分布式計算系統中它們之間的無縫通信（跨板、機架和計算行），在相同能效情況下，OIO 的邊帶寬密度與 UCle、NVlink、PCIe 等電互連相當，但傳輸距離遠超電互連。OIO 基于光互連低延遲、高帶寬和低能耗的特點，非常適用于計算結構（即內存語義結構），有望成為為機器學習擴展、資源分解和內存池定制的新數據中心架構的關鍵驅動力。19/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 OIO 作為一種片間互聯解決方案，在產品形態上，也是將光芯片作為一種片間互聯解決方案，在產品形態上，也是將光芯片

51、與電芯片封裝在同一基板上，因此與與電芯片封裝在同一基板上，因此與CPO 具有一些異同點：從封裝形式上看，具有一些異同點：從封裝形式上看，OIO 的 In-package Optics（IPO）與 CPO 結構相似，不過CPO 針對的是交換芯片，OIO 針對的是計算芯片；從技術功能上看，從技術功能上看，CPO 主要面向大型以太網網絡交換機，是可插拔光學器件的替代策略；OIO 主要面向分布式計算系統，是 electrical I/O 的替代策略；從性能效率上看，從性能效率上看，OIO 帶寬密度、功耗、延遲等指標較 CPO 進一步提升，根據 Intel 的數據，單個CPO 模塊的帶寬為 1.6-3.

52、2Tbps，帶寬密度為 50-200Gbps/mm，能效為 15pJ/bit，而 OIO 的總帶寬為40Tbps,帶寬密度為 5Tbps/mm,能效為 3pJ/bit。硅光方案高度契合硅光方案高度契合 OIO 發展需求。發展需求。硅光子技術目標就是在芯片上集成光電轉換和傳輸模塊，使芯片間光信號交換成為可能：電流從計算核心流出，到轉換模塊通過光電效應轉換為光信號發射到電路板上鋪設的超細光纖，到另一塊芯片后再轉換為電信號，其本身具備尺寸小、功耗低、同 CMOS 工藝兼容、可集成、成本低等優點，且由于采用與集成電路兼容的工藝制作，可方便地在電學芯片的內部引入硅基集成光路，實現光通信電路與控制電路和驅

53、動電路的緊密集成，進一步降低成本，因此硅基光互連是實現片間光互連的理想平臺。目前 OIO 領域有較強實力的企業 AyarLabs 就是結合了硅光子技術和 Chiplet來設計新一代片間互聯產品，其產品主要包括 TeraPHY（光信號互聯芯片）和 SuperNova（獨立激光器），兩者經常配合使用，其中 TeraPHY硅光芯片采用體積小、功耗低的微環調制器，利用多個波長 20/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 攜帶信號來提高帶寬密度，當前產品通過 8 個光端口實現了 4096Gbps 的雙向吞吐量，每個鏈路支持每個光口 256Gbps，每個光口有 8

54、 個波長，每個波長 32Gbps。各大芯片巨頭積極布局各大芯片巨頭積極布局 OIO 領域。領域。Intel 和 Ayar Labs合作多年，Supercomputing2023 大會上展示了將 2 顆 4Tb/s 帶寬的 TeraPHY OIO chiplet 嵌入到 Intel Agilex FPGA 中，并由兩個 SuperNova 光源支持每個 chiplet 上 8 根光纖的 64個光通道的高速光通信；NVIDIA 與 AyarLabs 合作開發基于 OIO 的下一代解決方案，同時 NVIDIA 內部也有自己的硅光團隊開發相關技術；AMD 收購 Xilinx，OFC2022 會議上和

55、Ranovus 合作發布了一款將 Versal ACAP 和 Ranovus 的 Odin 光通信模組集成在一起的系統；在 2023OCP 全球峰會上，三星提出了在 HBM 與 Logic 芯片間采用 OIO 技術進行數據互聯，并給出了兩個可能的芯片架構。硅光子技術有望充分受益于硅光子技術有望充分受益于 OIO 發展。發展。OIO 目前仍處于起步階段，其技術落地難度相對較大，需要與計算芯片聯合設計仿真優化，在物理層和協議層方面都需要進一步創新。不同于 CPO 主要針對網絡架構，針對計算架構的 OIO 中硅光+Chiplet 或成為主流解決方案，因此主要參與者多為頭部芯片廠商及硅光初創公司/設計

56、公司企業?？偟膩砜?，隨著 AI 技術對算力的持續需求，芯片間數據傳輸不斷增大，OIO 的技術優勢有望不斷凸顯，作為 OIO 理想平臺的硅光子技術也有望得到進一步發展。據 Yole 預測，OIO 市場有望從 2022 年的 500萬美元增長到 2033 年的 23 億美元。21/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 5、其它應用領域潛力巨大、其它應用領域潛力巨大 硅光子技術在非通信領域快速發展，市場前景廣闊硅光子技術在非通信領域快速發展，市場前景廣闊。硅光子技術的 CMOS 工藝兼容、高集成度、波導特性在眾多領域存在應用可能，如智能駕駛、光計算、消費電子

57、等方向有很大的發展空間。智能駕駛方面：在激光光雷達降本量產的需求下，硅光固態激光雷達或成未來發展方向；光計算方面：硅光有望成為實現集成光計算系統的主要材料平臺；消費電子方面：硅光在生物醫療、可穿戴設備等消費電子領域也有著較大應用潛力。四、產業鏈分析四、產業鏈分析 硅光產業發展主要受制于工藝平臺的不成熟，工藝生態建設是長期目標。硅光產業發展主要受制于工藝平臺的不成熟，工藝生態建設是長期目標。硅光模塊產業鏈主要包括硅光芯片（設計-代工-封測）、光源、光器件、封測耦合設備、硅光模塊/引擎廠商和下游的電信設備商/運營商及互聯網/云計算廠商。硅光芯片的生產步驟包括三個關鍵步驟：設計、制造和封裝。硅光芯片

58、的生產步驟包括三個關鍵步驟：設計、制造和封裝。研發設計主要包括功能設計、內部結構規劃、芯片仿真以及多物理仿真等；代工和封裝主要是代工廠將晶圓經過一系列加工成硅光芯片，主要包括硅基片的制備、光刻工藝、離子注入、腐蝕、金屬化及封裝。目前，硅光芯片的制造和設計瓶頸已經取得突破，封裝環節成為出貨量和良率受制的主要因素。22/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 1、硅光光源：外硅光光源：外置置光源為當前主流方案，國內外差距較小光源為當前主流方案，國內外差距較小 硅自身無法發光，光源是硅光技術亟需解決的關鍵問題。硅自身無法發光，光源是硅光技術亟需解決的關鍵問題。

59、硅是間接帶隙半導體，無法實現高效率發光。目前激光器有多種解決方案，傳統方法均需要外掛激光源。目前激光器有多種解決方案，傳統方法均需要外掛激光源。a.傳統方法是片外的激光源通過空間光學（FSO）和光纖耦合的辦法；b.通過設計優化光芯片中的器件，減少其反射，使得光路中不再需要隔離器，激光器發出的光通過棱鏡入射到光柵耦合器處；c.采用光子引線技術，在激光器芯片和硅光芯片間加工出一個三維聚合物波導，用于傳輸光信號；d.將激光器芯片 flipchip 或者 transferprint 到硅光芯片上，然后采用邊緣耦合的方式將光信號耦入到硅光芯片中；e.將 III-V 材料通過異質集成的方式加工到硅光芯片上

60、，接著再對 III-V 材料進行刻蝕，形成激光器；f.一個比較長遠的方案是，直接在硅基上外延生長 III-V 材料，形成量子點激光器。目前，外置光源（目前，外置光源（ELS，External Light Source）為硅光模塊的主流方案，未來，異質集成和單片）為硅光模塊的主流方案，未來，異質集成和單片集成為硅光光源的重要方向。集成為硅光光源的重要方向。采用異質集成和外延生長（單片集成）的方式，可以實現更好的集成度，減小占用面積，減少組裝環節，并且僅需要晶圓級測試，因此在大規模量產時更具備成本優勢，但是當前成熟度較低。隨著硅基調制器、探測器、耦合器等光子集成器件逐漸成熟，高效的硅基片上光源已然

61、 23/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 成為制約硅光技術發展的瓶頸，片上激光器作為硅光芯片的“心臟”，已經成為光子學研究近十年最活躍的領域之一。外置光源的主要指標要求包括功率、可靠性等。外置光源的主要指標要求包括功率、可靠性等。光源芯片負責速率調制，但對芯片本身要求更光源芯片負責速率調制，但對芯片本身要求更高。高。硅光方案中，CW（Continuous Wave，連續波）激光器芯片作為外置光源，硅基芯片承擔速率調制功能。CW 大功率激光器芯片要求同時具備大功率、高耦合效率、寬工作溫度的性能指標，對激光器芯片要求更高。除功率外，耦合效率及光電轉化效

62、率、環境適應性及工作溫度寬度、可靠性及壽命也是重要指標。除功率外，耦合效率及光電轉化效率、環境適應性及工作溫度寬度、可靠性及壽命也是重要指標。1）可靠性：為提升出光強度，CW 光源設計中增大芯片尺寸以改善散熱，在高電流和高光功率輸出下，CW 光源的可靠性和壽命驗證要求更為嚴苛；2）環境適應性：非氣密封裝設計要求光源能耐受環境因素，且工作溫度也很大程度上影響 CW 激光器的性能；3）效率：高光電轉換效率降低單 bit 功耗，同時也可提升芯片長期工作可靠性，高光源耦合效率，可以降低鏈路損耗。70-100mWCW 光源為主流產品，更高的輸出光功率為未來趨勢。光源為主流產品，更高的輸出光功率為未來趨勢

63、。當前高速光模塊中，當前高速光模塊中，70-100mWCW 為主流產品。為主流產品。根據 Wind-源杰科技投資者調研紀要，目前大部分主流客戶需要的是 70mW的產品，這對于大多數 400G 和 800G 光模塊已經足夠，同時也有部分客戶采用 100mW 的產品。更高的輸出光功率可以減少光源數量，從而降低成本和功耗。更高的輸出光功率可以減少光源數量，從而降低成本和功耗。能夠認為，單個光模塊中光源數量，取決于單光源功率、硅光芯片及系統設計、傳輸距離等因素。目前光源驅動主要包括 1 分 2、1 分 4 等方案，以 70mW 為例，1 分 2 方案會將光功率分成兩道，而 1分 4 方案光功率更弱。因

64、此，更高的輸出光功率意味著可以采用更少的光源，從而降低成本與功耗。24/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 更高的輸出光功率也是未來高速率光模塊、更高的輸出光功率也是未來高速率光模塊、CPO 以及以及 OIO 等新技術的需求。等新技術的需求。1）隨著波特率和通道數的增加，以及帶寬從 400G 增長到 1.6T，光功率要求也隨之增加；2）外置光源不僅適用于目前的硅光模塊，還可用于 CPO 硅光引擎，相比于可插拔硅光模塊，CPO 應用對于 CW激光器的輸出功率要求更得多。根據 Springer 官網，對于 CPO 應用，WDM 架構所需光芯片輸出功率為

65、286mW，DR 架構至少也需要 100mW，且非制冷高功率激光器可能是 CPO光源的最終解決方案。CW 光源國內外差距較小，有望成為高速應用光芯片國產替代先鋒。光源國內外差距較小，有望成為高速應用光芯片國產替代先鋒?，F在行業領先的 CW光源廠商包括日本 Furukawa（古河）、美國 Broadcom（博通）、美國 Lumentum（朗美通）、美國 Coherent（相干）、日本 Sumitomo Electric（住友電工）等廠商，國內源杰科技、仕佳光子、長光華芯、光迅科技等公司也有所布局。能夠認為，CW光源削減了對調制功能的需求和要求，相較于高速 EML芯片（Lightcounting

66、認為中國本土單波 100G 光芯片較海外仍有 2-3 年差距）國內外差距較小，隨 AI 需求爆發，有望成為國產替代先鋒。25/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2、硅光芯片：設計制造走向統一標準化，單片集成系長期趨勢硅光芯片：設計制造走向統一標準化，單片集成系長期趨勢（1）結構：目前主流整合調制、探測、波導等，單片集成是趨勢結構：目前主流整合調制、探測、波導等，單片集成是趨勢 目前光模塊中硅光芯片主要整合了調制、探測、波導、耦合等功能，同時將多路調制集成單顆芯片中。目前光模塊中硅光芯片主要整合了調制、探測、波導、耦合等功能，同時將多路調制集成單顆芯

67、片中。僅美國 Intel 公司通過片上鍵合異質集成技術實現光源集成的量產。1）調制器：負責將光信號帶寬提升調制器：負責將光信號帶寬提升 電光調制電光調制器是改變光信號強度、頻率或相位的關鍵元件，完成從電信號到光信號的轉換功能。器是改變光信號強度、頻率或相位的關鍵元件，完成從電信號到光信號的轉換功能。電光調制器是操縱光來傳輸信息的設備，包括改變光的性質（如強度、相位或頻率）等，在信息流量傳輸中扮演關鍵角色。硅光是典型的外調制類型，且目前主流采用光源和調制器分立的方案。硅光是典型的外調制類型，且目前主流采用光源和調制器分立的方案。電光調制器按照調制方式可以分為直接調制（內調制）和外調制，傳統的 V

68、CSEL 和 DFB/FP 等均屬于直接調制，而 EML、鈮酸鋰調制器均屬于外調制。其中，EML 是采用了 EA（電吸收）的調制原理，在 DFB 光源的基礎上集成了 EAM（電吸收調制器），DFB 和 EAM 均可采用 InP 的材料，因此可以和激光源集成在一個光芯片中。而硅調制器目前與光源仍主要為分立形式。26/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 分類來看：分類來看：1）硅基載流子色散型電光調制器為當前主流。）硅基載流子色散型電光調制器為當前主流。硅基載流子色散型電光調制器以等離子色散效應為調制機制，注入或清除載流子以調制載流子濃度，調節折射率，從

69、而改變光的相位等信息。目前，基于反向 PN 結電學結構的離子耗散型調制器，可以滿足幾十 GHz 甚至上百 GHz 的調制需求，目前已成為高速硅基調制器的主流；2）MZM 商業化程度較高，商業化程度較高，MRM 體積和功耗占優。體積和功耗占優。馬赫曾德爾調制器（MZM）和微環調制器（MRM）是兩種廣泛使用的主要調制器，MZM主要通過干涉原理操縱光波，提供高精度，適用高速通信系統；MRM利用諧振現象控制光傳播，具有更小的體積和功耗。目前，硅基調制器已可支持單波目前，硅基調制器已可支持單波 200Gb 以上速率的調制和傳輸。以上速率的調制和傳輸。調制器主要指標包括調制效率、調制速率、插入損耗等。目前

70、，硅基調制器的 3dB 帶寬可以達到 67GHz 以上，可以支持單波 200Gb 以上速率的調制和傳輸。未來高效率、大帶寬、低損耗的硅基調制器是實現大容量、低功耗和大動態范圍光子集成回路的關鍵，但需要平衡三者之間的折中關系。進一步提高硅光調制器帶寬，可借助于一些特殊的光學結構（如 Bragg 光柵型的慢光調制器），也可以借助于薄膜鈮酸鋰和鈦酸鋇等材料進行異質集成。27/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2）探測器：負責將光信號轉化成電信號探測器：負責將光信號轉化成電信號 探測器將接收到的光信號轉化為電信號。探測器將接收到的光信號轉化為電信號。當光照

71、射到硅或其他材料制成的光電二極管時，光子被吸收并產生電子-空穴對，進而形成可測量的電流，完成光電轉換過程。Ge-Si 光探測器是現在的主流成熟方案。光探測器是現在的主流成熟方案。由于硅材料對波長大于 1.1m 的光是透明的，并非有效的光吸收材料，所以需要通過外延生長鍺、III-V族鍵合、表面態吸收、等離子吸收等手段在硅上制備符合通信波段的光電探測器。鍺（Ge）材料在 1310nm 和 1550nm 這兩個波長的吸收系數都比較大，常用的接收端探測器一般都是采用這類材料制備。目前主流代工廠均能提供成熟的高質量 Ge 生長工藝。Ge-Si 光探測器由于具有帶寬大、結構緊湊、CMOS 工藝兼容等特性，

72、更適合大規模集成，是現在的主流方案。3）光波導：負責光信號在硅基材料上傳輸光波導：負責光信號在硅基材料上傳輸 光波導用于將光源產生的光束，沿著特定路徑導向到需要的位置，并在芯片內部傳輸信息。光波導用于將光源產生的光束，沿著特定路徑導向到需要的位置，并在芯片內部傳輸信息。其核心原理是將光限制在由低折射率材料包圍的高折射率區域（波導）內。常用的光波導有條型波導、脊型波導，其中條型波導結構簡單緊湊，極限彎曲半徑較小，主要用于一般的無源光器件；脊型波導具有較大的橫向尺寸，能夠以較低的耦合損耗與單模光纖進行端面耦合，被廣泛使用在有源光器件中。4）耦合器：負責與對外連接的光纖對準降低插損耦合器：負責與對外

73、連接的光纖對準降低插損 光耦合器則主要用于實現芯片與外部器件、芯片之間的互連。光耦合器則主要用于實現芯片與外部器件、芯片之間的互連。常用的光耦合器包括端面耦合器和光柵耦合器，硅上光柵是目前最主流的方案。其中端面耦合器是通過在芯片端面優化設計漸變耦合結構，具有耦合光偏振不敏感和耦合帶寬大的優點。光柵耦合器是利用特定的光柵結構以一定垂直角度實現光波到芯片的耦合輸入/輸出。28/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 5）（解）復用器件：負責將不同波長攜帶的多路數據合并或分開（解）復用器件：負責將不同波長攜帶的多路數據合并或分開（解）復用器件是波分復用技術中實

74、現不同波長攜帶的多路數據合并或分開的關鍵器件。（解）復用器件是波分復用技術中實現不同波長攜帶的多路數據合并或分開的關鍵器件。波分復用及解復用是將兩種或多種不同波長的光信號，在發射端經過復用器合束后，合進同一根光纖中進行傳輸，然后在接收端，經解復用器將不同波長的光信號進行分離的技術。采用波分復用及解復用技術，可以拓展光互連的通信容量，并減少光纖的使用量從而降低成本。實現波分復用器件的基本原理是利用光束干涉。在 SOI 平臺上，常見的(解)復用器的類型有陣列波導光柵(AWG)、級聯馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)型濾波器，微環諧振腔(MRR)型濾波器、階梯衍射光柵(EDG)和波導光柵等。AWG、EDG

75、 從結構和原理上較為相似，可實現并行多通道，其中 AWG 可以級聯使用，適合多波長、大容量的密集波分復用系統；MRR 型復用器適用于尺寸小、通道間隔小的波分復用系統；級聯 MZI 型復用器可實現高斯型濾波和平帶濾波，可以通過靈活調節分光比和相位延時從而補償工藝容差等因素導致的信道偏離問題；波導光柵的特點是無自由譜范圍影響、波長選擇特性和平帶濾波特性，適合超寬帶、大通道間隔的粗波分復用系統。（2）芯片設計：芯片設計：PDK 為關鍵，為關鍵，專業設計公司和垂直整合公司共存專業設計公司和垂直整合公司共存 目前，硅光子的設計方法和設計工具，多效仿或來自于微電子領域的電子設計自動化（目前，硅光子的設計方

76、法和設計工具，多效仿或來自于微電子領域的電子設計自動化（EDA）。）。EDA對系統功能的實現多通過已驗證元件的組合，這些元件一般包含于工藝廠提供的工藝設計包（PDK）。目前在一些硅光子多項目晶圓（MPW）流片中，工藝廠已經開始提供 PDK 用于硅光子領域的設計，但是功能仍十分有限。另一方面，硅光子設計有其獨特的需求，EDA 工具無法滿足其自動化設計需求，亟需針對硅光子設計的硅光子設計自動化（PDA）工具。PDK 是硅光芯片設計流程的關鍵。是硅光芯片設計流程的關鍵。類似于 EDA 的流程，硅光子設計也是從系統功能需求出發，基于功能分析和分解，設計出光子鏈路，并仿真獲得其可實現的功能性參數；進一步

77、地，通過物理仿真與優化，獲得組成光子鏈路的器件結構及布圖設計；然后基于器件的物理模型，分析鏈路集成中的寄生效應并驗證鏈路功能性，修正設計其結構參數。PDK 充當電路設計人員和電磁器件設計人員所需的抽象級別之間的橋梁。它使電路設計人員免受制造過程細節的影響，并減少了優化每個器件幾何形狀的需求。29/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 PDA 市場剛剛起步，許多問題尚待解決。市場剛剛起步，許多問題尚待解決。首先，光子不同于電子，其不確定性以及工藝敏感性促使仿真與驗證更加重要，未來并行計算以及智能優化有可能廣泛用于提高仿真與驗證效率；其二，參數化與自動化會

78、是未來硅光子設計的趨勢，這有賴于網表生成與自動布線；最后，光電混合集成及可靠性問題也會成為 PDA 工具需要解決的問題。未來隨著集成度的發展、器件設計壁壘的增加，將會使器件研發設計與線路系統仿真逐步分離。未來隨著集成度的發展、器件設計壁壘的增加，將會使器件研發設計與線路系統仿真逐步分離。硅光器件將由代工廠與專門進行器件設計的公司提供，而設計硅光芯片的公司僅需關注其應用需求進行線路設計仿真即可，進而可以誕生出爭對不同應用領域的硅光初創公司，促進硅光在包括光通信，片上光互連，光傳感，激光雷達，消費光電子等眾多領域的發展。目前硅光設計環節主要參與者主要為一些硅光設計公司以及具備硅光設計部門的大公司。

79、目前硅光設計環節主要參與者主要為一些硅光設計公司以及具備硅光設計部門的大公司。大公司包括Intel、Broadcom、Coherent、Marvell、Cisco、Nvidia、Juniper、Nokia、Lumentum、中際旭創、新易盛、光迅科技、華為和中興通訊等；初創公司包括 AyarLabs、SiFotonics、Openlight、DustPhotonics、AIO Core、熹聯光芯、賽勒科技、POET 等。能夠認為，硅光芯片設計環節，海外龍頭廠商在集成度、產業化速度方面較為領先，但國內廠商存在需求優勢（下游光模塊產業占優），硅光芯片環節有望奮起直追，較快縮小差距。30/39 20

80、24 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 （3）硅光制造：工藝逐步走向標準化，目前國外工藝平臺較為先進硅光制造：工藝逐步走向標準化，目前國外工藝平臺較為先進 硅光制造工藝主要基于傳統硅光制造工藝主要基于傳統 CMOS 工藝，但具體制造流程需要開發和調整。工藝，但具體制造流程需要開發和調整。硅光子和微電子都是基于硅材料的半導體工藝，然而，硅光子相對于微電子工藝有其特殊性，不作修改的微電子工藝平臺無法制備出高性能的硅光子器件。因此 CMOS 只能提供硅基光電子加工設備，具體的工藝制備流程仍需開發。相對于微電子工藝，硅光相對于微電子工藝，硅光子對工藝節點要求較低、制備細節

81、把握要求更高、需引入融合多種材料：子對工藝節點要求較低、制備細節把握要求更高、需引入融合多種材料：總體路徑：無需更為先進的制造工藝，老式代工廠具有成本效益?？傮w路徑：無需更為先進的制造工藝，老式代工廠具有成本效益。目前硅光子特征尺寸約為 500nm，最小尺寸在 100nm 左右，相對于微電子大得多，更小的工藝節點對硅光子器件本身沒有像集成電路等比縮小這樣有特別大的意義。根據羲禾科技官網，較為先進的硅光產品制造工藝為 45nm，而先進的集成電路工藝僅為幾 nm，使用光刻水平較低的老式代工廠具有成本效益。31/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 工藝特殊

82、性：波導尺寸可以縮小，但對尺寸和工藝誤差更敏感。工藝特殊性：波導尺寸可以縮小，但對尺寸和工藝誤差更敏感。硅光子材料相對于可編程邏輯控制器（PLC）和磷化銦（InP）等材料體系，具有更大的折射率差，因此波導尺寸可以非常小。缺點是在相同的工藝節點下，硅光芯片對工藝精度的要求比純電子芯片要高很多。硅光子器件對尺寸和工藝誤差非常敏感，1nm 的工藝誤差足以對性能帶來明顯影響，因此需要嚴格的尺寸精度控制。器件側壁粗糙度也對波導損耗帶來巨大影響，必須對制備工藝進行優化。材料特殊性：需要引入融合多種材料完成發光、調制、探測等功能。材料特殊性：需要引入融合多種材料完成發光、調制、探測等功能。如前所述，硅基難以

83、發光；且沒有一階線性電光效應（影響調制）。而且，硅對 1.1m以上波長透明，無法作為通信波段光探測器材料。為了實現硅基器件性能的突破，以硅材料為基底引入多材料是硅光子的必然選擇。如硅基引入 Ge 材料制作 GeSi 探測器已成為一項標準工藝，需要解決外延生長過程中大的晶格失配。SOI 是硅基光電子常用的材料平臺，可用于制備各類無源及有源硅光器件。是硅基光電子常用的材料平臺，可用于制備各類無源及有源硅光器件。硅光用 SOI（Photonics-SOI）硅片供應商主要有四家，包括法國 SOITEC、日本 ShinEtsu、上海新傲（滬硅產業控股）和中國臺灣環球晶。其中 SOITEC 承包了全球晶圓

84、市場約 6%的市場份額，上海新傲是本土 SOI 硅片供應商。制造工藝需逐步標準化、產業鏈分工需進一步細化。制造工藝需逐步標準化、產業鏈分工需進一步細化。2010 年前，重視硅光工藝的代工廠鳳毛麟角導致難以實現量產；2015 年后，硅光技術進入產業化時代，但非標準化的制造工藝仍讓設計廠商和晶圓廠面臨較大成本壓力。當前，硅光工藝仍處于逐步標準化的階段，設計與制造尚未完全形成明確分工，例如當 Fab（半導體制造廠，Semiconductor Fabrication Plant，簡稱 Fab）廠的 PDK 由于不夠成熟和統一而出現問題時，實際芯片出現的問題在設計階段并沒有考慮進去，會導致產業資源可能存

85、在重復投入，難以支撐整體成本優化。另一方面，能夠認為隨 Fab 廠 PDK 的逐步成熟，一定程度上也降低了硅光芯片設計公司的準入門檻，行業正逐步走向成熟。國內硅光國內硅光 Foundry（代工廠）是短板，主流硅光工藝平臺歐美居多。（代工廠）是短板，主流硅光工藝平臺歐美居多。境外硅光流片廠可以細分為商用型和學術型：1）商用流片廠主要包括：）商用流片廠主要包括：比利時 IMEC、新加坡 AMF、法國 LETI、美國 AIM photonics、美國 Global Foudries、新加坡 CompoundTek、以色列 TowerJazz、中國臺灣臺積電、瑞士STMicroelectronics、

86、德國 IHP、芬蘭 VTT 等；2）學術型流片廠主要包括：）學術型流片廠主要包括：AIM photonics、PETRA、IME、Cornerstone 等。國內硅光流片廠主要包括：國內硅光流片廠主要包括：重慶聯合微電子中心（CUMEC）、北京中科院微電子所（IMECAS）等。一般來說，大多數晶圓廠提供三種不同類型的加工服務，即多項目晶片（一般來說，大多數晶圓廠提供三種不同類型的加工服務，即多項目晶片（MPW）服務、定制服務和批）服務、定制服務和批量生產。量生產。MPW 是許多設計者可以共享相同掩模和加工工藝的服務。因此，加工成本也會在設計者之間共享。通常，MPW集成過程是晶圓廠中最成熟的過程

87、，其中包括滿足大多數應用要求的集成模塊，如 32/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 硅波導、高速調制器、Ge 光探測器、熱加熱器等。因此，設計者可以基于提供的模塊設計他們需要的集成電路。由于每個晶片上有多個項目，因此每個步驟都應該經過協商。國外硅光工藝平臺發展較早，大多數晶圓廠使用薄國外硅光工藝平臺發展較早，大多數晶圓廠使用薄 SOI（絕緣體上硅）技術。（絕緣體上硅）技術。波導硅層厚度不超過400nm，適合緊湊和高速設備的設計。然而，VTT采用 3um 的厚硅工藝，以占用空間和速度為代價實現超低傳播損耗。MPW 是概念驗證或基于研究的項目的理想平臺

88、。然而，大多數硅光子學項目需要各種額外的工藝模塊或工藝變化來達到特定的設計性能。與國內相比，國外平臺通常具備更小的最小工藝節點和更大的頂層硅厚度，各種波導損耗、端面耦合損耗和垂直光柵耦合損耗數據也相對較小。硅光芯片中的器硅光芯片中的器件分為無源器件和有源器件兩類。件分為無源器件和有源器件兩類。無源器件主要包括耦合器、MMI（多模干涉器件）和crossing 等。常見的硅光芯片采用 220nm 厚的 SOI 材料，少數如 Leti 和 VTT 使用較厚的硅層。有源器件包括熱相移器、調制器和探測器等。大多數代工廠提供的熱相移器功耗約為 20mW，并可通過結構優化進一步降低?；谶@些元器件，可以構成

89、光發射/接收芯片，并開展陣列化的應用，最終通過光子集成技術來實現硅光芯片。33/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 與國外相比，國內平臺在先進程度和規模上稍遜色。與國外相比，國內平臺在先進程度和規模上稍遜色。國內平臺主要以 180nm/130nm 和 8 英寸晶圓為主。CUMEC 提供 130nm節點的 CSiP180A 無源工藝、CSiP130C 有源工藝等。上海微技術工研院提供90nmSOI 有源/無源工藝與 180nm SiN 無源工藝，具備多種關鍵工藝能力。北京中科院微電子所提供220nm/150nm/70nm 無源器件工藝及 40Gbps

90、鍺探測器和調制器，每年可提供 6-8次基于 130nm 光刻的 8 寸 SOI 無源/有源 MPW 流片服務。同工藝節點下的性能其實并不輸國外，國內硅光設計公司也已嶄露頭角。（4）硅光模塊：硅光模塊商業化應用穩步推進，自動化封測設備是關鍵硅光模塊：硅光模塊商業化應用穩步推進，自動化封測設備是關鍵 硅光模塊正在實現從硅光模塊正在實現從 100G 到到 1.6T 模塊的商業化應用，不斷推進市場滲透和技術升級。模塊的商業化應用，不斷推進市場滲透和技術升級。國內的公司主要有華為、中興、旭創、光迅、新易盛、海信、立訊、Sicoya 等。國外公司包括 Cisco、Broadcom、Marvell、Noki

91、a 等，以及剛收購 Intel 光模塊業務的 Jabil。英特爾在 2016-2017 年推出 100G PSM4 和CWDM4 光模塊，2018 年獲得了可觀的市場份額，并迫使其競爭對手認真對待這項技術。2019 年，演示其基于硅光的 400G 光模塊。2019-2020 年，中際旭創、海信、新易盛、博創也陸續推出 400G 硅光模塊。Broadcom 于 2021 年計劃推出 800GDR8 可插拔硅光模塊。2024 年 3 月 26 日，光迅科技與思科合作推出了 1.6TOSFP-XD 硅光光模塊。同期，Jabil和 MaxLinear 公司聯合宣布一系列基于 800G硅光子學的光模塊已

92、投產。OFC2024 期間，旭創演示 800G 和 1.6Tbps 硅光模塊解決方案。硅光模塊從 100G 開始發展，走過 400G 和 800G，正走向 1.6T。光引擎是實現光信號轉換的核心部件，用于實現光信號的收發、傳輸和處理。光引擎是實現光信號轉換的核心部件，用于實現光信號的收發、傳輸和處理。光引擎是光模塊中用于實現光電信號轉換的主要部分，其性能對整個系統的傳輸質量和速率有直接的影響，通常由一個激光二極管和一個調制器組成，其中激光二極管負責產生激光，而調制器則將電信號轉換為光信號。800G/1.6T硅光引擎的關鍵技術特點是交換機容量增加至 51.2TBit/s，硅光子技術支持小型化光互

93、連并降低功耗，34/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 同時保持帶寬擴展。異質集成優化電子器件性能，對數據中心互連模塊至關重要。高度集成光引擎利用2.5D 設計，將多種光學組件集成于一個芯片，克服空間限制。1）封裝和耦合方面封裝和耦合方面 傳統光模塊采用分立式結構，光器件部件多，封裝工序較為復雜，從而需要投入較多人工成本，而硅光模塊由于芯片的高度集成，組件與人工成本也相對減少，但從芯片到光模塊，封裝工藝上仍存在較多技術難點，封裝良率和成本仍有待優化。硅光的封裝工藝需要從手工工藝發展為全自動工藝。硅光的封裝工藝需要從手工工藝發展為全自動工藝。根據 OF

94、C2024 行業研討會，Jabil 的產品管理和開發總監表示，為滿足 AI 應用的大批量制造需求，廠商需要具有大規模制造能力的硅光封裝工藝，可預測、可拓展的硅光封裝能力是目前的技術瓶頸。35/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2）測試方面測試方面 傳統光模塊測試中需要手工將光模塊一個個進行對準耦合測試，時間成本和人工成本均較高。采用硅光技術以后，由于很多光路直接在晶圓上蝕刻完成，所以測試工作的重點也轉移到了晶圓生產階段，需要采用專門的晶圓上（on-wafer）測試方法。硅光的測試主要包括對其光、電性能的測試，測試主要分為兩個階段：晶圓級測試和封裝后

95、的模塊級性硅光的測試主要包括對其光、電性能的測試，測試主要分為兩個階段：晶圓級測試和封裝后的模塊級性能測試。能測試。晶圓級測試，指在晶圓生產完成后，借助于探針臺對晶圓上各個單元或者子單元進行測試和篩選；封裝后的模塊級性能測試，當器件封裝成模塊之后，需要驗證模塊在不同環境溫度下發射機、接收機的性能與相關規范的符合性，這些測試是在發送或接收正常速率的光/電信號時進行的，并必須嚴格參考相關規范要求。目前測試過程中主要還存在自動化程度不高、測試標準不統一以及測試成本較高等問題。從封測設備服務提供商來看，國外廠商主要有 ASM、Kulicke&Soffa 等，國內羅博特科參股公司ficonTEC、蘇州獵

96、奇智能也涉及硅光組裝、封裝、測試和貼片設備。36/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 五、相關公司五、相關公司 1、中際旭創：全球光模塊龍頭，自研硅光芯片中際旭創：全球光模塊龍頭，自研硅光芯片 深耕光通信領域，成就全球光模塊行業龍頭。深耕光通信領域，成就全球光模塊行業龍頭。中際旭創主營業務為高端光模塊以及光器件的研發、生產及銷售，為云數據中心客戶提供 100G、200G、400G和 800G 的高速光模塊，為電信設備商客戶提供5G 前傳、中傳和回傳光模塊，應用于城域網、骨干網和核心網傳輸光模塊以及應用于固網 FTTX光纖接入的光器件等高端整體解決方案

97、。根據 Lightcounting 官網，2023 年公司已成為全球第一大光模塊廠商。自研硅光芯片，硅光方案光模塊持續迭代并量產出貨。自研硅光芯片，硅光方案光模塊持續迭代并量產出貨。早在 2017 年，便開始組建自己的硅光芯片開發團隊，并在 OFC2019 上首次展示了基于硅光子的 400GQSFP-DDDR4 DEMO 產品。2022 年，在OFC2022 現場展示了基于自主設計硅光芯片 800G 可插拔 OSFP2*FR4 和 QSFP-DD DR8+硅光光模塊。2022 年一季度已開始已經向海外客戶送樣 400G 硅光和 800G 硅光模塊。2023 年，公司在 OFC2023現場演示基

98、于 5nmDSP 和先進硅光子技術的第二代 800G 光模塊。2023 年 9 月，宣布與 Tower Semiconductor 合作開發基于 Tower Semi 硅光工藝平臺（PH18）的多代高速光模塊，產品已處于生產中。OFC2024 期間現場演示面向人工智能和數據中心應用的 800G 和 1.6Tbps 硅光模塊解決方案，包括采用自研硅光芯片和線性 Driver/TIA 的 1.6T-DR8 OSFP 模塊以及搭載自研硅光芯片相干引擎的硅光800G-ZR OSFP 相干模塊。2024 年 7 月，已有 400G和 800G 部分型號的硅光模塊開始給客戶批量出貨，同時還給更多的客戶送測

99、了 800G 和 1.6T硅光模塊。2、新易盛：收購新易盛：收購 Alpine 增強硅光能力，發力高速光模塊增強硅光能力，發力高速光模塊 立足光模塊業務，發力高速、推進海外布局。立足光模塊業務，發力高速、推進海外布局。公司一直專注于光模塊的研發、生產和銷售，目前已成功研發出涵蓋 5G 前傳、中傳、回傳的 25G、50G、100G、200G 系列光模塊產品并實現批量交付，同時是國內極少數批量交付 100G、200G、400G 高速光模塊、掌握高速率光器件芯片封裝和光器件封裝的企業。收購收購 Alpine 增強硅光能力，推出多代硅光方案模塊。增強硅光能力，推出多代硅光方案模塊。2022 年收購 A

100、lpine，深入參與硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技術的市場競爭，在 2022 年 OFC 上展示了單波長 100G QSFP28O 波段 xWDM PAM4 光模塊，搭載基于自有專利的 nCP4 硅光光學引擎，基于硅光方案的高速光模塊（400G、800G等產品）均采用 Alpine自研的硅光子芯片。截止 2023 年 7 月，400G 硅光相關產品端實現量產。2023年 8 月與 Alpine 簽署補充協議，將交易協議中關于技術產品 2 進行變更，變更后的技術產品目標將提升公司硅光芯片研發能力，增強公司與 Alpine 的協同效應，更能適應和滿足行業未來技術發展的要求。目前已成功推出基于

101、 VCSEL/EML、硅光及薄膜鈮酸鋰方案的 400G、800G、1.6T 系列高速光模塊產品。3、天孚通信：一站式光器件供應商，具備硅光封裝平臺天孚通信：一站式光器件供應商，具備硅光封裝平臺 雙總部布局，研發制造一體，提供光器件全方位解決方案。雙總部布局，研發制造一體，提供光器件全方位解決方案。公司是領先的光器件解決方案和光學封裝制造服務商，以蘇州和新加坡為雙總部、擁有蘇州、深圳、日本等多個研發中心以及江西、深圳、蘇州等量產基地。公司通過自主研發和產業并購，在精密陶瓷、工程塑料、復合金屬、光學玻璃等基礎材料領域積累了多項領先工藝技術，提供垂直整合的一站式產品解決方案，致力于成為全球領先的光器

102、件企業。提供硅光封裝平臺。37/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 持續開發高功率器件，積極布局海外生產制造基地。持續開發高功率器件，積極布局海外生產制造基地。在 OFC2023 上推出了一系列配套光模塊客戶端應用的硅光光引擎解決方案，1.6T的可插拔，NPO 以及 CPO 與客戶端同步開發。公司正積極布局適用于各種特殊應用場景的 Fiber Array，器件產品開發，以期能滿足高溫回流焊工藝產品，迎合硅光客戶的應用需求；針對硅光類產品高功率要求，開發能適應高功率應用的 AWG 及 PLC類器件，目前已進入小批量階段。2023 年公司投入 256萬用

103、于 400G 高速硅光光模塊光學引擎開發項目。2024年公司泰國的工廠即將完工投產，4 月底將交付使用第一棟廠房，第二棟廠房計劃在 10 月交付使用，主要業務為無源光組件和光引擎代工相關產品生產。4、源杰科技：國產光通信芯片龍頭，大功率硅光光源已出貨源杰科技：國產光通信芯片龍頭，大功率硅光光源已出貨 源杰科技聚焦于光芯片行業，系國產光通信芯片龍頭。源杰科技聚焦于光芯片行業，系國產光通信芯片龍頭。公司主營業務為光芯片的研發、設計、生產與銷售，主要應用于電信市場、數據中心市場、車載激光雷達市場等領域。在光通信領域中，主要產品包括2.5G、10G、25G、50G、100G 以及更高速率的 DFB、E

104、ML 激光器系列產品和大功率硅光光源產品，主要應用于光纖接入、4G/5G 移動通信網絡和數據中心等領域。經過多年研發與產業化積累，公司已建立了包含芯片設計、晶圓制造、芯片加工和測試的 IDM全流程業務體系，擁有多條全流程自主可控的生產線。公司逐步發展為國內領先的光芯片供應商。公司將繼續深耕光芯片行業，致力成為國際一流光電半導體芯片和技術服務供應商。在硅光方面，公司積極布局大功率激光器芯片技術。在硅光方面，公司積極布局大功率激光器芯片技術。公司提供大功率硅光光源產品，包括25/50/70/100mW1310nm 的 CW光源，可應用于 CPO領域。2020 年 1 月，推出硅光大功率 CW 激光

105、器產品。2021 年，SiFotonics 聯合公司的大功率連續波激光器（CW Laser），推出 400G 硅光引擎解決方案。截止 2023 年，工業級 50mW/70mW大功率硅光激光器具備量產能力，處于良率優化階段，工業級 100mW 大功率硅光激光器處于產品開發階段。截至 2024 年 5 月 22 日，CW 光源客戶端測試順利，Q2 已經進入了小批量生產出貨階段。5、仕佳光子：無源光芯片龍頭向有源拓展，布局大功率光源仕佳光子：無源光芯片龍頭向有源拓展，布局大功率光源 主營業務覆蓋光芯片及器件、室內光纜、線纜材料三大板塊。主營業務覆蓋光芯片及器件、室內光纜、線纜材料三大板塊。公司是一家

106、以光芯片技術自主創新為核心的企業，系統建立了覆蓋芯片設計、晶圓制造、芯片加工、封裝測試的 IDM 全流程業務體系，應用于多款光芯片開發。主要產品包括 PLC 分路器芯片系列產品、AWG 芯片系列產品、DFB 激光器芯片系列產品、光纖連接器、室內光纜、線纜材料等，應用于骨干網和城域網、光纖到戶、數據中心、4G/5G 建設等。研發用于硅光的高功率研發用于硅光的高功率 CWDFB 激光器。激光器。提供波長為 1310nm 及 C01-C61 DWDM 的 CW DFB 激光，以及適用于硅光外置光源的 C 波段 DFB TOSA激光器，輸出功率為 15-20mW。2018年成功研制大功率 CW DFB

107、 激光器芯片，2022 年獲批河南省光子集成芯片中試基地。截至 2023 年底，用于數據中心、硅光領域的高功率 DFB 激光器已小批量出貨。6、羅博特科：擬收購羅博特科：擬收購 ficonTEC，專注硅光模塊封測，專注硅光模塊封測 專注硅光模塊封測，服務全球知名企業，應用廣泛。專注硅光模塊封測，服務全球知名企業，應用廣泛。公司專注于硅光光模塊封裝與測試，致力于研發高端自動化裝備和智能制造執行系統軟件（MES），在中國和德國設有全球研發中心，提供完整的研發、設計、裝配、測試、銷售和服務體系。擬參股公司 ficonTEC 是光電產業微組裝及測試解決方案供應商，應用范圍包括 telecom 及 da

108、tacom、生物醫療及汽車行業的傳感應用、大功率激光器裝配等。通過模塊式系統架構，公司提供的解決方案可以適用于從早期器件研發，到新產品導入（NPI）直至大批量生產 38/39 2024 年年 8月月 19 日日 行業行業|深度深度|研究報告研究報告 的每一個階段，積極參與到硅光集成產業的發展中。通過 ficonTEC 的高精度自動化設備，公司為 Intel、NVIDIA、華為等全球知名企業提供高速硅光光模塊封裝與測試系統。擬收購擬收購 ficonTEC 提升市場競爭力，計劃穩步推進。提升市場競爭力，計劃穩步推進。子公司 ficonTEC 是全球光電子及半導體自動化封裝和測試領域領先的設備制造商

109、之一，其生產的設備主要用于硅光芯片、高速光模塊、激光雷達、大功率激光器、光學傳感器、生物傳感器的晶圓測試、超高精度晶圓貼裝、耦合封裝等領域。尤其是，在硅光、CPO 及 LPO 耦合、封裝測試方面，ficonTEC作為全球領先的技術提供商。ficonTEC主要客戶包括 Intel、Cisco、Broadcom、Nvidia、Ciena、Finisar、nLight、Lumentum、Velodyne、Infineon、Huawei 等世界知名企業。7、亨通光電：與英國洛兊利合作成立子公司，打造硅光技術平臺亨通光電：與英國洛兊利合作成立子公司，打造硅光技術平臺 專注于在通信和能源兩大領域，全球光纖

110、通信行業前專注于在通信和能源兩大領域，全球光纖通信行業前 3 強。強。公司布局于中國光纖光網、智能電網、大數據物聯網、新能源新材料等領域，擁有從新一代綠色光棒-光纖-光纜-光網絡-數據中心全價值光通信產業鏈，及光纖傳感、5G 等新一代網絡關鍵技術。在歐洲、南美、南非、南亞、東南亞等區域，創建 11家海外研發產業基地及 40 多家營銷技術服務公司，業務覆蓋 150 多個國家和地區，光纖網絡全球市場占有率超 15%，承建了大批海洋光網工程，擁有端到端深海通信系統承建及服務的企業。依托硅光技術平臺，提供依托硅光技術平臺，提供 400G 硅光模塊和硅光模塊和 CPO 產品解決方案。產品解決方案。201

111、7 年 12 月，亨通光電與英國洛克利合作成立亨通洛克利，從事 25/100G 硅光光模塊生產銷售。2018 年 9月，100G 硅光子模塊項目完成 100Gbps 硅光芯片的首件試制和可靠性測試，以及硅光子芯片測試平臺搭建。2021 年，發布面向下一代數據中心網絡的量產版 400GQSFP-DDDR4、800G 硅光模塊。在 OFC2023 上展示基于最新硅光方案的 400GDR4 模塊。目前公司推出了量產版的 400G 硅光模塊，客戶端的測試認證正在進行，尚未量產。8、光迅科技：垂直化布局成就光器件龍頭，子公司硅光布局領先光迅科技：垂直化布局成就光器件龍頭，子公司硅光布局領先 垂直化布局成

112、就行業龍頭，國家隊打造產垂直化布局成就行業龍頭，國家隊打造產業標準。業標準。公司主營光電子器件、模塊和子系統產品的研發、生產及銷售，產品主要應用于電信光通信網絡和數據中心網絡，是國內首家上市的光電子器件企業。據光迅科技 2023H1 半年報援引行業機構數據，2022Q2-2023Q1 公司在全球光器件行業排名第四，在電信傳輸、數據通信、接入網三大細分市場的全球排名分別為第 4、5、3名。根據 Lightcounting 官網，2016-2022 年公司始終位于全球光模塊廠商排名前十。公司股權結構集中，烽火科技為公司第一控股股東，控股 36.66%，國務院國資委為最終實控人。自研光芯片覆蓋自研光

113、芯片覆蓋硅光平臺，與思科聯合推出硅光平臺，與思科聯合推出 1.6T 硅光模塊。硅光模塊。光電芯片方面，公司有 PLC（平面光波導）、III-V（三五族化合物）、SiP（硅光）三大光電芯片平臺，其中硅光平臺支持直接調制和相干調制方案。截至 2023 年 9 月，公司硅光工藝平臺已完全成熟，400GDR4 硅光模塊已實現批量發貨；基于同樣工藝平臺的 800GDR8 硅光高速模塊送樣驗證進展順利，并已具備大批量生產能力，該模塊 CW激光器、探測器芯片等核心光芯片實現自研，大功率 CW 激光器穩定性、可靠性處于業界領先水平。在OFC2024 大會上，公司與思科合作推出了 1.6TOSFP-XD 硅光光

114、模塊，速率可支持至單波 200G。公司聯合英特爾、英偉達等十二家行業領先的網絡、半導體和光學公司宣布成立 LPOMSA（線性可插拔光學多源協議），旨在開發網絡設備和光學模塊的規范。39/39 2024 年年 8月月 19 日日行業行業|深度深度|研究報告研究報告 2017 年牽頭組建國家信息光電子創新中心（年牽頭組建國家信息光電子創新中心（NOEIC，公司目前持股，公司目前持股 37.5%）。）。NOEIC 使命是突破光電子信息關鍵核心技術。創新中心由公司牽頭聯合 11 家光電子器件企業和科研單位共同組建，整合產、學、研、用資源。2021 年，中國信息通信科技集團聯合 NOEIC、鵬城實驗室，

115、完成 1.6Tb/s 硅基光收發芯片的聯合研制和功能驗證，實現了我國硅光芯片技術向 Tb/s 級的首次跨越。2023 年，110GHz 電光強度調制器產品在 NOEIC 研制成功，并獲多家產業客戶驗證和訂購，該調制器以國產薄膜鈮酸鋰芯片為核心，其 3dB 帶寬高達 110GHz，是我國首款帶寬突破 110GHz 的電光調制器產品。2024年，NOEIC 和鵬城實驗室完成 2Tb/s 硅光互連芯粒（chiplet）的研制和功能驗證，在國內首次驗證了 3D 硅基光電芯粒架構，實現了單片最高達 8 256Gb/s的單向互連帶寬，研制出硅光配套的單路超200Gdriver 和 TIA 芯片，并攻克了硅

116、基光電三維堆疊封裝工藝技術，形成了一整套基于硅光芯片的 3D芯粒集成方案。六、參考研報六、參考研報 1.開源證券-通信行業深度報告：AI 高速率時代，硅光子迎成長機遇2.海通證券-通信設備行業光電材料之硅光（一）：AI 爆發迎產業“奇點”，硅光大規模應用在即3.海通證券-通信設備行業光電材料之硅光（二）：硅光工藝生態逐步完善，國內產業鏈全面布局4.華鑫證券-電子行業：高速互聯需求驅動光通信行業發展，國產光芯片有望加速滲透5.天風證券-計算機行業 AI 算力系列之硅光：未來之光，趨勢已現6.中金公司-科技硬件行業智算未來系列二：硅光新時代，互聯通信跨越式發展、計算&傳感未來可期7.長江證券-通信設備行業：硅光&LPO光摩爾定律的延續8.中信建投-通信行業：AI 浪潮來襲，硅光子迎來黃金發展機遇免責聲明：以上內容僅供學習交流，不構成投資建議。