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  数通侧光模块:东西向流量推动 IC 架构不断演化，高速率低能耗让 CPO技术成为发展趋势。

  光模块技术集成化趋势不断的提高应对算力剧增带来的技术方面的要求，CPO光电共封装技术有望成为下一代行业主流路径。

  产业链作为数据中心及电信网络传输中枢，深度受益 AIGC算力需求量开始上涨光模块为光通信网络中实现光电转换的核心部件。

  光通信在通信系统中不可或缺，应用领域有望逐步拓展。光通信作为目前多种通信方式中的一类，主要指以玻璃光纤为介质。光纤通信的通信系统，属于通信技术的一种。因光纤传输的高速率低损耗优势在通信系统中大范围的应用。目前电信系统组成中的发射机、接收机、传输媒介以及模拟数字信号的转化过程中均需用到光通信技术。随着全光网建设进程深入光通信将逐步提升在通信网络中的应用广度，光通信产业链处于长期成长周期。

  光纤通信网络主要由发射机、中继器、接收器及光纤光缆等部件组成。其中光发送机由光源、驱动电路等组成，光源将输入信号由电信号转换为光信号，并通过连接器及耦合技术注入光纤线路在光纤中通过折射传播。光中继器的作用为将经过长距离传输后受到损耗的微弱光信号通过放大、整形等环节再生成一定强度的光信号，降低信号失真并保证通信质量。光接收机由光探测器、放大器和相关电路组成，负责将从光纤线路输出的光信号转化为电信号，并经过放大和后处理后恢复成发射前的电信号。

  光模块作为光纤通信核心承载传输中枢，实现光信号传输过程中光电和电光转换的重要功能。

  光模块目前以可插拔式为主，其结构中 TOSA 和 ROSA 为核心器件。光模块集成了发射及接收数字或模拟信号的功能，通常以独立于网络外部的可插拔式为主，也有网络芯片形式。一个典型光模块包含发射器、接收器、集成电路、射频电路、数字控制及机械部件等部分。其中TOSA(发射光组件/Transmitter OpticaSubassembly)、ROSA(接收光组件/Receiver Optical Subassembly)及电路板是成本占比最高的部件。

  而TOSA和ROSA作为发射和接收信号的关键器件，直接影响整体光模块性能，其中 TOSA 主体为 VCSEL、DFB、EML 等激光器芯片，ROSA 主体为 APD、PIN 等探测器芯片。一般光模块中光芯片成本占比在 30%-40%左右，而高端高速光模块中光芯片成本占比能提高至 50%左右。

  光模块技术集成化趋势不断的提高应对算力剧增带来的技术方面的要求，CPO光电共封装技术有望成为下一代行业主流路径。

  AIGC 爆发下大模型训练需求快速提升、算力机数据中心互联需求催生对于更高速率、更高性能机低功耗的光模块产品需求。通过不断缩减光模块与交换机 ASIC 的距离，从而一方面减少铜线的使用降低功耗、另一方面缩短使用铜线的传输距离而提高光纤传输的距离占比来提升整体光模块的传输速率。目前大规模应用的技术路线为可插拔式光模块，技术成熟。主要是通过 OSFP 连接器与交换机电路板连接，通过铜线与交换机 ASIC 芯片传输数据。

  OBO 板载光学为将收发模块通过插槽插到电路板上,该项技术 2015 年开始研发;近封装则是将光引擎插到承载交换机芯片的有机衬底上，光引擎与交换机芯片距离缩减到150mm，预计 2026 年左右时间点开始会有大规模应用;共封装技术下光学与交换机芯片距离进一步缩至 50mm，且通过 TSV 技术完全集成，2.5D 共封装技术成为主导时间点推测在 2032 年左右，3D共封装完全继承时间点则要更远。

  光通信产业链:光芯片国产化潜力大，光模块国内企业处于世界领头羊，整体行业有望深度受益 AI需求爆发。光通信产业链主要包括:

  1)上游的光芯片(光有源芯片及无源芯片)、光组件厂商(，中游的光器件、光模块及光通信设施厂商以及下游的客户三个环节。光通信设施主要使用在在电信市场的运营商网络建设及数据通信市场的互联网厂商的数据中心互联通信中。从所有的环节来看，光芯片环节价值量高但尤其在高速光芯片领域由国外厂商主导，国内厂商从低速光芯片开始慢慢地提升渗透率。光器件光模块领域，国内龙头中际旭创、新易盛、光迅科技、天孚通信等已取得世界领头羊，已成为北美头部云厂商等客户重要供应商，深度受益 AI算力爆发带来的高速光模块需求，有望迎来业绩爆发式增长。光通信设施环节我国华为,中兴、烽火等厂商均取得全球领头羊，国产化率较高。

  2.1.1.数通侧光模块:东西向流量推动 IC 架构不断演化，高速率低能耗让 CPO技术成为发展趋势

  从目前数据中心光模块部署进度来看，2019~2020年起亚马逊、谷歌、微软、Facebook等北美头部云厂商的超大型数据中心内部互连已开始商用部署 400Gb/s 光模块:而国内数据中心节奏相对较慢，100Gb/s 向 400Gb/s的过渡正在大规模部署。此外，从数据中心交换芯片吞吐量历史演进来看，一般每两年速率提升一倍，预计2023 年将达到 51.2Tb/s，2025年之后达到 102.4Tb/s。交换芯片速率指数增长下 800Gb/s 和 1.6Tb/s 等更高速率将光模块需求有望逐步放量。

  传统数据中心结构一直在优化。传统企业数据中心一般都会采用分层模块化设计，传统大型数据中心通常呈三层网络架构:

  1)接入层/机顶交换机:用于所有计算点的连接;2)汇聚层:汇聚交换机与 Access 交换机相连接，具备网关、路由策略等功能、并部署有防火墙、负载均衡等业务;3)核心层:核心交换机用于汇聚层的互联并实现数据中心与外部网络的通信。早期数据中心数据流量大多为南北向流量(数据中心外客户端到数据中心服务器流量)，三层架构能轻松实现较好的负载均衡。而随着东西向流量(数据中心内部服务器之间的流量)占据主导地位，催生三层架构分层模块化转向 CLOS 架构，CLOS 架构又包括 Fat-Tree 胖树、Spine-Leaf的架构，更加扁平更易于水平扩展。

  光通信在数据中心传输中逐步向短距离场景渗透,AIGC 时代加速替代铜线电传输。

  目前网络架构下机柜内部大部分由铜线连接,随着 SerDes 速率提升解决速率限制瓶颈，铜线连接将向具备更大带宽容量、更好电磁抗干扰性的光纤转移。目前在数据中心服务器内部等短距传输应用场景中仍以铜线电传输为主，在 AI 大模型加速渗透的趋势下，光通信传输预计从 2023 年开始将在数据中心互联中从机架之间向板到板(传输距离 1-3m)、芯片到模块(传输距离 0.2-1m)以及芯片到芯片(传输距离 0.01-0.2m)等应用场景中有望加速渗透。预计机柜顶交换机将同时具备数个用于向下连接的可插拔接口以及向上连接的 CPO 节点。

  数据中心互联下光模块向更高速率持续迭代，下一代 800G 光模块在 AI 大模型加速落地的背景下蓄势待发。

  -脊、TOR-叶、服务器-TOR、服务器之间场景，除服务器和服务器间场景外其余场景互联均应用有光模块。预计随 AI带来的流量爆发驱动下，TOR-叶连接及之上的连接层级下一代均向800G 速率转换，光模块厂商迎来新一代技术带来增量需求。

  数据中心内部互联数据流量(东西向流量)占比大，光模块向高速率、低功耗、低成本和智能化方向演进。

  速率方面，提升驱动力大多数来源于交换芯吞吐容量和Serdes带宽提升，Serdes 是 ASIC 芯片与外界交换数据的基本单元，光端口带宽为 Serdes带宽整数倍，如 100G CAUI4 端口包含4个25G NRZ Serdes。功耗方面，400Gb/s光模块早期功耗为 10~12W，预计随技术进步长期功耗有望降低至8~10W;

  目前800Gb/s 光模块功耗为 16W 左右，此外光电共封装(CPO)技术也是未来发展的新趋势,通过光引擎与交换芯片合封来降低互连 SerDes 功耗及成本能降低光模块未来随着速率提升而带来的功耗指数级增长。减少相关成本方面，主要是通过调整机柜布局、DAC 代替光缆、非相干方案长距离拓展等途径实现。智能化方面，AI、机器学习、大数据技术赋能光模块健康度监控及故障预警等功能的增加也对光模块提出了新的要求。

  短期内技术成熟成本低的可插拔式光模块仍将为主流方案，未来CPO 共封装模式将逐步成为主流方案之一。

  预计 2024 年之前，可插拔式光模块仍将是市场主流技术路线。其技术成熟、成本低，能够迅速出货满足头部云厂商客户快速构建大模型所需算力基础设施的激增需求。此外头部光模块厂商也于近几年相继推出板载光学1共封装光学方案，目前处于渗透率提升、出货爬坡阶段，未来几年可插拔将与 CPO路线共存，而随着 CPO 技术路线成熟、技术工艺进步带来成本降低下，预计 2030年后 CPO 将凭借性能优势成为主流技术路线。

  远期来看可插拔式光模块受限于能耗指数级增长，催生CPO等降低功耗技术路径研发需求。

  从能耗分布来看，数据中心能源消耗大多数来源于于服务器和基础设施，且随着数据中心 PUE 值降低、效能比提升，服务器电力消耗慢慢的变成为主要部分

  但随着 800G 等高速光模块渗透率提升，功耗将呈指数级增长，到 2028年光学部分能耗在数据中心占比将超过8%，传统可插拔式光模块进一步提速将受到功耗急剧增长限制，而CPO 等新兴技术相比可插拔式光模块可实现 25%-30%的功耗节省，CPO 技术挑战在于封装和低损耗光线互联，一旦成熟可以大幅改善光模块耗电情况，支撑数据中心数据传输带宽提

  通信领域前传光模块是连接基带处理单元(BBU)与远端射频单元(RRU)/有源天线处理单元(AAU)的重要构成部分。其速率不断演进从2G的1.25Gbps、3G的2.5Gbps 到 4G的 6/10Gbps,传输距离包括 300m、1.4km 和 10km 等。5G接入网下 AAU 天线MHz，同样 CPRI方案下带宽需求将提升 40 倍。通过eCPRI切分方案将部分 BBU 部署在 AAU 上降低带宽需求从而使得目前 5G 前传接口带宽需求为 25Gbps。但未来随着 Sub 10GHz、毫米波等频段上逐步部署，天线和空口数进一步增加，前传光模块速率将达到50Gb/s。

  5G 中/回传光模块速率升级，有望推动 400G及800G光模块需求提升。

  推算 AI 类大模型带来算力需求给光模块带来市场空间增量 74 亿美元。

  依据集邦咨询推测,类ChatGPT 大模型训练及推理运营所需算力合计约为30000块英伟达A100GPU;假设按照英伟达 SuperPOD 方案，根据上述测算，GPU与光模块数量之比为1:4.25-4.86，取 4.5 计算。假设保守/中性/乐观情境下，类 ChatGPT 大模型数量分别有 15/20/25 个，800G 光模块单价为 550 美元，则最后得出在保守/中性/乐观情景下 AI服务器及数据中心带来的800G光模块增量市场空间分别为33.75/74.25/135.00亿美元

  人工智能、云计算、5G、大数据、元宇宙等新技术应用爆发下数据流量快速地增长,数据中心主导数据流量处理和交换。

  根据公开数据，2021年全球产生数据流量为20.8ZB，其中99.04%(20.6ZB)为数据中心DC 产生的流量。其中数据中心内部、数据中心与用户间、数据中心与数据中心间产生的流量分别为 14.7ZB、3.1ZB、2.8ZB2016 到 2021 年全球数据中心流量从 6.8ZB 增至 20.6ZB，年复合增速 24.8%，而云数据中心流量从 6ZB 增至 2021 年的 19.5ZB，年复合增速达 26.6%。在我国东数西算、数字化的经济建设背景下对于核心算力基础设施数据中心的高吞吐及大带宽需求愈发迫切。

  数据流量爆发及 AIGC 驱动下，企业人工智能(AI)支出迅速增加，中国智能算力规模高速提升。

  根据 IDC 数据，全球企业 AI 投资从 2019 年的 612.4 亿美元增至2021 年的 924.0 亿美元，预计 2022 年增长 26.6%至 1170.0 亿美元，2025 年有望突破 2000 亿元。AI 支出增速明显高于数字化转型投入增速。数字化进程推进下海量数据增长使得我国算力基础设施建设快速发展。

  根据 C 数据，2022 年中国 AI市场规模小幅低于预期，同比增长 17.9%，主要系疫情、经济发展形势及供应链等原因使得政企客户市场服务器及存储系统采购放缓。到2023年随着ChatGPT大模型引领下AIGC数字人、多模态大模型等需求爆发，增速有望回升，市场规模将达 147.5 亿美元到 2026 年将达 264.4 亿美元，2021-2026 年均复合增速超过 20%。

  细分产品来看,AI硬件占比超过一半:AI软件受益于 NIP、CV 等大模型带来的性能提升占比有望迅速增加，预计到 2026 年中国 AI软件市场规模将达到 76.9 亿美元，占比 29%

  ，较2021 年提升 10 个百分点:AI服务市场到 2026 年将达到 32.7亿美元，五年年复合增长率近 30%。细分市场来看，互联网云厂商等专业服务领域行业客户仍是主要需求方，其次为地方政府、银行和通讯领域,预计到 2026 年占比分别为 29.3%、8.9%、7.8%和 7%。其中银行和地方政府增速最快，五年 CAGR 超23%。

  3.2.互联网/云厂商数通光模块需求逐步成为主导，AI驱动云计算厂商资本开支有望反弹

  AI大模型带来的 AI算力军备竞争下头部互联网云厂商资本开支增速有望回暖重新进入资本开支扩张阶段。

  全球云计算厂商 2023 年前3个季度资本开支分别为 393、384、410 亿美元,同比分别下降 2.4%、4.0%、9.4%;202304 资本支出 471 亿美元，同比增长 0.8%近4个季度首次实现同比正增长。2024年前2季度全世界云厂商资本支出分别为477.5和 584.5 亿美元，同比增长分别为 21.3%和 52.1%，持续受益于 AI大模型带动的 AI算力基础设施建设支出扩张。AIGC 将成为下一阶段科技公司的核心竞争力，预计北美及中国头部云厂商 2024 年-2025 年均将加大 AI相关资本开支投入，云计算及互联网厂商资本开支规模有望持续扩张。

  .3. AI驱动下光模块市场增速有望保持迅速增加2027年全球光模块市场空间将达到247亿美元,数通领域用光模块将成为主要增长引擎。

  根据 Yole 数据预测，2021年全球光模块市场空间约 102 亿美元，至 2027 年将增至 247 亿美元，年复合增长率达 16%。数通市场受到 AIGC、云计算等驱动需求量开始上涨更快，市场规模预计将从 2021 年的 59 亿美元增至 2027 年的 168 亿美元，2021-2027年 CAGR 为 19%。数通市场细分来看，CPO/OBO 光模块增速最快，以太网光模块市场空间最大。

  电信市场细分来看，波分复用光模块占比最大且增速最快，是电信市场光模块主要增量来源，预计波分复用光模块市场规模从2021 年的 25 亿美元增至 2027 年的 58 亿美元，CAGR 为 14%，而 PON/无线前传无线中后传光模块市场空间预计从 2021 年的 10/9/2 亿美元变为 2027 年的 12/712 亿美元，CAGR 分别为2%1-5%10%。

  光模块行业市场 2019 年-2021 年间受益于全球 5G 建设及云厂商 IDC 建设加速,2022-2023年需求减弱增长承压,2024/2025年有望恢复快速增长。

  2023 年受全球经济阶段型低迷影响，北美云厂商资本开支削减使得全球光模块出货量受到较大影响。预计 2024-2025 年随着行业库存消耗完毕及 AI 需求下新一代高速光模块放量，全球光模块市场景气度有望回升，出货量重回高速增长轨道，其中 DWDM 及以太网光模块仍将主导市场增长。

  按季度维度来看，下游电信及数通客户削减资本开支使得全球光模块 22年4季度度需求边际减少，2023 年随着 AI大模型落地有望打开光模块长期成长空间。

  根据Lightcounting 数据，从季度来看，2022 年第四季度全世界光模块市场规模 22.58 亿美元，同比下降 1.8%，主要是由于电信运营商及云厂商削减资本开支导致对光模块需求阶段性下滑所致。按光模块技术类别出货量来看，FIIx光模块出货增速好于别的类别光模块，主要系政府持续推进光网络及数字化的经济建设。另一方面，在ChatGPI等大模型催化下，AI基础设施建设投资也将推动数通用光模块在 2024 年迎来放量周期。

  流量宽带增长下 2022 年 100G、400G 光模块出货量成为主要出货增量，预计 2024年 800G光模块将成为主要出货量增长引擎。

  高速光模块逐渐实现对低速光模块的替代，预计未来 100G 光模块出货量仍将保持增长，而10G 光模块出货量开始下滑。此外 400G 光模块将持续快速放量，800G 光模块 2023年起将逐步起量。预计到 2026 年全球光模块出货量将达 1.5 亿只左右。

  预计 2026-2032 年全球数通光模块市场规模将增至 151-281 亿美元，CPO 光模块逐步迎来爆发，传统以太网可插拔光模块仍为基本的产品,。

  分速率来看，中期 1.6T、长期 3.2T 光模块将成为数通领域 CPO 市场主要放量产品，数据处理领域光学I/O有望率先放量。

  光模块技术迭代较快，800G 产品价格年降幅度在中短期需求快速提升影响下有望维持偏低水平。

  光模块迭代速率较快，新产品推出后会使得老产品价格迅速下降。新一代产品推出后随着出货量增加产品良率不断的提高及成本摊薄使得降价空间较大，同时新产品导入初期竞争非常激烈，因此光模块新品问世初期2-3年价格往往降幅较大，后续降幅有所收窄。根据 Yole 数据，2022年 100G/400G/800G 光模块平均价格分别约为 140/600/900 美元左右。随着工艺成熟及技术进步，到 2026年，100G 光模块单价将降至 60 美元左右，而 400G/800G 光模块将降至 2-300 美元

  区间。光模块成本中 TOSA 及 ROSA 是核心原材料部件，400G光模块电路板成本占比显著提升。

  光模块主要由 TOSA、ROSA、电路板等组成，其售价包含 TOSA、ROSA、电路板、组装成本、制造成本及毛利等。根据 Yole 拆解报告，100G 光模块技术更为成熟，且相对速率低，组装、制造成本及电路板成本较低,因而毛利较高;而 400G光模块受良率限制报废成本比较高，此外电路板成本占比明显提升，制造成本略微增加，整体毛利率略低。

  中国光模块厂商凭借本土化用工成本优势快速成长，市场竞争力和份额稳步提升具备世界一流竞争实力。

  光模块市场因下游客户较分散且产品品种类型繁多，竞争较为激烈。光模块厂商参与者众多，竞争格局较为分散。国内厂商经过工艺累积赶超国外厂商后凭借人工成本优势逐步提升市场占有率，尤其中际旭创数通领域市占率已达世界一流水平。2018 年，中际旭创、光迅科技、海信宽带光模块市场占有率排在 3、5、6 位:2019 年光迅科技、中际旭创、海信宽带分列 4、5、6 名;2020 年中际旭创、海信宽带、光迅科技市场占有率提升，分列 3、4、5 名。2021年收购了 Finisar 的[I-VI市场占有率 12%排名第一:中际旭创份额 11%排第二，与龙头差距进一步缩小:海信宽带和光迅科技市场占有率均为约 8%,列三、四名,思科 7%市场占有率排名第五。

  。根据 Lightcounting，2023 年旭创光模块市场占有率已从赶超 I-VI 成为第一。华为、光迅、海信、新易盛分列 3、5、6、7 位;前十大厂商中中国厂商数量由 2010年的1家(WID武汉电信器件有限公司)增至2023年的7家，已经占据全球光模块市场的半壁江山，光通信领域中国公司竞争优势不断体现，市场占有率持续提升。

  光迅科技：自主可控光芯片研发+垂直集成技术+规模量产交付能力构建国内光通信一站式解决方案领先地位

  公司拥有国内领先的光通信行业一站式解决方案产品矩阵。公司是国内领先的可提供光通信一站式产品解决方案的供应商，目前公司产品分为光通信模块、有源光缆、光放大器、波长管理模块、通信组件、子系统六大类，产品涵盖全系列光模块、光无源器件及模块、光波导集成器件、光纤放大器等类别，大范围的应用于骨干网、城域网、宽带接入、无线通信、数据中心等领域。

  1)1.6T及800G光模块产品:公司面向数据中心、云计算网络和以太网路推出 1.6T和 800G高速率光模块系列产品。

  公司拥有国内领先的光通信研发及垂直集成技术能力，研发投入规模处于行业领先水平。公司自创立以来从始至终坚持研发立企，格外的重视新技术和产品研制，每年坚持高比例研发投入。2023 年公司研发投入 6.04 亿元，研发投入占营收比例 10.0%;2023 年公司研发人员规模 1074 人，仅次于中际旭创 1329 人。公司研发投入规模及研发人员数量均处于行业领先水平。经过多年深耕光通信行业，公司目前已形成半导体材料生长、半导体工艺与平面光波导、光学设计与封装、高频仿真与设计、热分析与机械设计、软件控制与子系统开发六大核心技术工艺平台，具备从光芯片-光器件-光模块-子系统全产业链一体化垂直整合研发能力。此外，公司在 100G PAM4高速光电子芯片、超宽谱光放大器、大维度波长选择开关、高速率硅光及 CPO 光模块等领域持续加大研发投入，有望在AI时代持续提升公司产品竞争力。（来源：东北证券）

  拟于2024年9月25日至29日在杭州大会展中心举办。将邀约近百个国家和国际组织，吸引上千家数字贸易企业，组织数万名专业采购商，共促全球数字贸易合作和发展。同期举办的专题活动由

  2024光电合封CPO及异质集成前瞻技术展示交流会9月27日在杭州将携手半导体材料供应商、光芯片厂商、光器件厂商、光模块厂商、OSAT、系统集成商、散热解决方案商、测试&验证厂商、科研院所、数据中心运营商等上下游产业企业于隆重召开。本次大会将邀请全世界内的科研机构、企业和政府部门的专家们共同深入探讨硅基光电子异质集成技术及CPO的最新进展、应用实例和未来发展方向。

  ✓中国计算机互连技术联盟（CCITA），秘书长，无锡芯光互连技术研究院院长，中科院计算所研究员，郝沁汾

  ✓华中科技大学集成电路学院和武汉光电国家研究中心双聘教授、博士生导师，谭旻

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