文章来源：电子工程世界
事实上，对AI来说，“算力、存力、运力”缺一不可，在DeepSeek的带动之下，运力，也就是光互联技术，也在爆发之中。可以说，光模块是GPU以外，最赚钱的细分产品之一。 AI之下，光模块快速发展 数据中心领域，主要包括分为光互连与铜互连两种形式。两者最大的不同在于传输介质，光互连方案是先将电信号转化为光信号，再进行传输；铜互连则是利用铜的导电性，直接进行电信号的传输。 当前，随着AI对GPU集群的算力需求爆发式增长，光互联在构建智算中心万卡集群中起到关键作用。数据显示，AI大模型训练需超算集群互联，单台GPU服务器需配6～8个光模块，英伟达2025年1.6T模块采购量或达60万支。加之光模块（Optical Modules）技术不断突破，从400G到800G甚至1.6T传输速率已成为现实，光模块市场增速惊人。 光模块作为光纤通信中的重要组成部分，是实现光信号传输过程中光电转换和电光转换功能的光电子器件。Cignal AI预测显示，2021年～2025年，400ZR相干光模块四年间将增长10倍。从2024年起，800ZR将逐渐商用并快速增长，而1600ZR的商用将从2027年开始。 据东吴证券测算，当等效800G光模块与H100数量比分别为3/4/5/6时，直至2030年全球AI光模块累计存量市场空间分别为720/960/1200/1440亿美元。 光模块当前市场现状 当前的商用高速光模块主要采用4×100G（400G）、8×100G（800G）、4×200G（800G）和8×200G（1.6T）系统架构，封装形式包括QSFP-DD、OSFP和OSFP-XD。 市场趋势上来看，光模块技术迭代周期正在加速。在数据中心领域，直调直检光模块的速率约每3～4年更新一代，随着AI智算的引入，迭代周期呈现缩短趋势。当前主流速率为800G光模块，而1.6T光模块预计将在2025年开始商用，同时预计未来1～2年将全面进入1.6T时代，到2030年3.2T将走向规模商用。在干线网络领域，相干光模块的速率更新周期较长，约10年一代；当前处于单波400Gb/s阶段，预计到2030年将达到800G。 国内方面，政策开始向400G/800G全光连接倾斜，也为整个行业的爆发按下了 “加速键”。2025年1月6日，国家发展改革委、国家数据局、工业和信息化部联合发布《国家数据基础设施建设指引》 。其中明确指出，网络设施和算力设施需顺应数据价值释放的需求，向数据高速传输、算力高效供给方向升级。尤为关键的是，推动国家枢纽节点和需求地之间 400G/800G 高带宽的全光连接，引导电信运营商等提高 “公共传输通道” 的效率，推进算网深度融合。 光模块厂商方面，日本和美国的光模块厂商逐渐退出全球市场，中国厂商排名稳步上升。据LightCounting预计，2024年我国光模块的市场规模约为26.5亿美元，预计2029年有望达到约65亿美元。2024～2029年，中国占全球光模块总市场份额的20～25%。 光模块产业链方面，厂商主要包括： 制造 光模块衬底/外延：全新光电、亚联光电、IQE、拓品光电、华鸿锐光、全磊光电、度亘激光等； 光模块代工：稳懋半导体、宏捷AWSC、三安光电（收购环宇）、海威华芯、志伟光电、鲲游光电等； 上游零部件 光芯片：源杰科技、长光华芯、仕佳光子、光迅科技、华工科技、海信宽带、华为海思、高意（Coherent）、博通(Broadcom)、Lumentum、AAOI等； 光有源芯片：Coherent、Lumentum(Oclaro)、Avago、AMOI、Fujitsu、Sumitomo、光迅科技、敏芯半导体、华为海思、源杰、索尔思、长瑞光电等； 光无源芯片：Finisar、Avago、Lumentum、MAOI KALAM、中兴通讯、仕佳光子、光迅科技等； 激光器芯片：Coherent、中科光芯、Avago、艾迈斯欧司朗、光安伦、海信宽带、MACOM、光迅科技、三菱电机、三安光电、华为海思等； 电芯片 TIA：TI、ADI、Semtech PA：ADI、TI CDR：ADI、TI、MACOM、SEMTECH MCU：ST、ADI、Silicon Labs Timing：SiTime、Abracon、Epson、Diodes、TXC Power：MPS、ON、SGM、ADI、TI Laser driver：ADI、Renesas、Macom、Semtech DSP：INPHI、Broadcom EEPROM：ON、ST、Microchip Heat sink：Laird Connector：TE、Molex Cure resistance：KOA、Yageo MOSFET/Logic：ON、VISHAY、NPA 中游器件模块 光器件：天孚通信、光迅科技、华工科技、太辰光、博创科技、高意(Coherent)、Lumentum、AAOI等； 光模块：中际旭创、新易盛、光迅科技、华工科技、博创科技、联特科技、剑桥科技、高意(Coherent)、Lumentum、AAOI等； 光纤光缆：光纤预制棒、通信光纤、通信光缆、特种光缆、室内光缆、蝶形光缆、光电复合缆、通信电缆、数据电缆等； 下游应用 电信市场：华为、中兴通讯、烽火通信、瑞斯康达、格林伟迪、诺基亚、思科、中国移动、中国电信、中国联通、中国广电、Verizon、AT&T、T-Mobile、SingTel、Vodafone等； 数通市场：阿里云、腾讯云、华为云、百度云、AWS、Microsoft、Google、Meta、浪潮信息、华为、联想、戴尔（DELL）、慧与（HPE）、思科（Cisco）等。 光模块的未来几年路径 光模块高速增长之下，功耗成了高速光互联应用的最大挑战。思科数据显示，2010～2022 年全球数据中心的网络交换带宽提升了80倍，但代价是交换芯片功耗增加约8倍，光模块功耗增加26倍，交换芯片串行器/解串器（SerDes）功耗增加25倍。 目前，业界主要围绕7大光模块新技术进行演进： 1.液冷光模块 常规光模块设计都基于风冷的应用场景，在浸没或喷淋液冷环境下可能出现失效情况，因此需要针对液冷环境的应用进行设计并规范相关技术要求。 目前，液冷光模块已形成产业化，很多厂商发布了相关产品： 易飞扬发布了支持浸没式或者喷淋式液冷散热方案液冷光模块，涵盖25G/100G/200G； 海光芯创在2023年光连接大会现场演示了自研的200G QSFP56 SR4液冷光模块； 光迅科技已可提供全套液冷光模块产品，目前已批量交付100G液冷光模块； 海信宽带的25G Pigtail-SFP28 封装液冷光模块2023年已批量生产。 2.LPO（线性直驱方案）方案 由于DSP可以占到光模块BOM成本的20%～40%，因此LPO方案替换了传统的DSP，将功能集成到交换芯片中，只留下驱动芯片（Driver）和跨阻放大器（TIA）芯片，从而获得更低的功耗、更低的成本、更低的延时、更易维护的特性。不过，LPO通信距离短，同时标准化刚起步，互联互通存在挑战。 LPO方案在2025年或成主流，目前许多厂商已披露相关计划： 英伟达去年披露了在其内部人工智能集群中部署LPO的计划； Meta公司去年披露准备导入LPO技术； Arista在OFC 2023上首次展示了有关降低LPO功耗的数据； 新易盛、剑桥科技等已发布相关产品，中际旭创已进行相关产品开发，海信宽带已推出800G线性互联光缆。 3.CPO（光电合封）方案 CPO指的是把光引擎和交换芯片共同封装在一起的光电共封装技术，CPO分为基于2D、2.5D、3D封装三种形式。该方案缩短了光引擎和交换芯片间距离，有效减少尺寸、降低功耗、提高效率。不过，CPO目前处于产业化初期，在工艺、仿真以及测试等方面仍面临很多挑战。 2020年以来，CPO逐渐从学术研究成果转变为市场需求产品，预计2026年开始商用： 英伟达通过战略投资AyarLabs、TSMC构建硅光平台、芯片共封装能力，同时有消息称英伟达将在今年3月的GTC大会上推出应用CPO技术的交换机新品； 博通、Cisco、Marvell等行业内龙头企业均已推出多款基于CPO样品； Meta和Microsoft 创建了CPO联盟，旨在推动CPO 标准的建立和产品发展； 国内中国计算机互连技术联盟（CCITA） 也牵头了中国唯一原生的CPO技术标准； 光迅科技、中际旭创、华工科技等都已开始涉足光电共封领域。 4.硅光技术 硅光技术是以硅和硅基衬底材料（如SiGe/Si、SOI等）作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件（包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波导器件等），并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光传感、光计算等领域中的实际应用。 就硅光技术在通信设备中的具体应用而言，目前除了激光器外，光模块中大部分器件的制造都已实现。目前的硅光技术已可以替代很多传统的光器件，不过其仍然拥有许多技术难题与测试和标准化的问题。 目前，硅光已经具备一定市场，在2022年，硅光芯片在通信市场的规模已达到30亿美元。 预计到2025年至2030年，其在传感领域的市场规模将达到数百亿美元，而在2030年至2035年，硅光芯片在计算领域的市场规模则有望突破千亿美元。比较典型突破包括： 今年年初英伟达CEO黄仁勋曾表示其正与台积电合作开发硅光子技术； Marvell发布首款6.4T的3D硅光引擎，传统的小型光模块最多只能集成8个光通道，而3D硅光引擎则可以扩展到16、32甚至64个通道，从而实现12.8T的硅光模块，极大地提升了系统的性能； 英特尔推出了光计算互连OCI，这是一种基于其内部硅基光电子技术的完全集成的光I/O解决方案，具有4 Tbps的双向带宽，支持64个通道，每个方向传输速率高达32 Gbps，且传输距离超过100米； 意法半导体新推出的硅光技术和新一代 BiCMOS 技术，可以帮助云计算服务商和光模块厂商克服性能和能效挑战，计划从 2025 年下半年开始，800Gb/s 和 1.6Tb/s 光模块将逐步提升产量； 中际旭创400G硅光模块已进入市场导入阶段，正在接受海外客户认证，800G硅光模块已开发成功，并向海外客户送样，400G/800G的硅光模块已采用自研的硅光芯片； 熹联光芯100G硅光模块已实现规模化量产，400G光学引擎及硅光模块正处于多个客户认证测试中；在张家港经开区建设中国第一条硅光芯片及封测生产线，项目总投资达20亿元； 华工科技2021年400G硅光芯片已实现量产，2022年发布800G硅光芯片并实现小批量生产； 光迅科技2018年发布100G硅光收发芯片并正式投产使用，200G/400G硅光数通模块已经开始出货，800G产品已开始向客户送样。 5.薄膜铌酸锂技术 薄膜铌酸锂波导可以制作亚微米尺度的光波导，不但提高了器件集成度，而且大大提高了对光场的限制能力。不过其面临着两方面挑战：一是制备工艺成本较高，二是目前铌酸锂的晶圆尺寸以4英寸和6英寸为主。 根据机构预测，2029年全球薄膜铌酸锂调制器市场将达到20亿美元，年复合增长率为41.0%。中国市场规模也在扩大，2022年铌酸锂芯片和调制器市场占有率超过30%。 富士通、HyperLight、SRICO是薄膜铌酸锂调制器领域领先企业，目前已经推出相关产品； 新易盛、中际旭创、联特科技、光迅科技、铌奥光电、易缆微、上海安湃、宁波元芯、极刻光核、光库科技均有相关产品在研发。 6.相干下沉 强度调制直接检测（IM-DD）技术是当前数据中心主导技术，业界正在探索“相干精简版”解决方案。相干光模块是指在发射端采用高阶调制技术、在接收端采用相干检测技术而具备干涉放大能力的光模块，其灵敏度高、传输距离更长、通信容量大、波长选择性好。不过，相干下沉技术相比IMDD更为复杂。 根据Cignal AI的统计和预测，未来几年相干光模块的市场规模将呈现15%左右的年均增速，市场规模将从50亿美元逐步逼近100亿美元。 60～200GBaud高速相干领域的oDSP芯片主要玩家是Ciena、Acacia、Marvell和华为。而在相干下沉领域，有三起重要收购，预示着这一市场愈发无法被忽视：Marvell以100亿美元的估值收购了Inphi、Cisco以45亿美元的估值收购了Acacia、Nokia也宣布将以23亿美元的估值收购Infinera。 7.光进光出（OIO）技术 OIO是一种基于芯片的光互连解决方案，与计算芯片（中央处理器、图形处理器、张量处理器）集成在同一封装中，产品形态包括板载光学（OBO）、NPO、CPO及未来可能部署的光电子集成电路（OEIC）。 与传统商业解决方案相比，OIO可以将数据传输带宽提升7倍，功耗降低为原来的1/5，尺寸减小为原来的1/12，显著提升互连性能，满足高性能计算场景的需求，为资源池化提供了保障。 Yole预测，OIO全球市场规模预计到2033年将增长至23亿美元；并且预计其商业生态完全爆发的时间在5年后。 总结 在DeepSeek时代，随着AI市场全面爆发，光模块技术也迎来了快速发展。可以预见，800G、1.6T在今年将会有很强的需求。此外，随着液冷光模块、LPO、CPO、硅光技术等新技术的演进，光模块将在功耗、成本和性能上实现进一步突破，成为AI时代的重要基础设施之一。 参考文献自从DeepSeek火之后，AI芯片市场开始全面爆发，其中不乏昇腾、摩尔线程、璧仞、玄铁、瑞芯微、全志科技等云侧和端侧相关国产化算力芯片企业。
