AI“运力”： 光模块 CPO LPO 学笔记 (附股）

一、驱动面

1、人工智能实现不光需要算力，运力也是极其重要的环节。想要充分实现算力资源一体化调度需要大量高速光模块来支撑数据中心之间的超高速互联，也需要更低时延和更大带宽。

2、光模块成长的本质是人类对数据传输需求的不断提升，通过光信号来不断提高数据传输速率。

3、光模块的未来与AI高度绑定。随着芯片速率翻倍，英伟达 B100和H200等产品将逐步标配1.6T光模块，产业加速更新迭代。

二、光模块介绍

（一）讲光模块之前，先讲什么是光器件？

光器件(Optical device)，主要指应用在光通信领域，利用光电转换效应制成的具备各种功能的光电子器件，实现光信号的产生、调制、连接、转换等一系列功能；

光器件是光模块的主要组成部分，其性能主导着光通信网络的升级换代。

光器件产业链分为“光芯片、光组件、光器件、光模块”。光芯片、光组件是基础元件；组件主要包括陶瓷套管/插芯、收发接口组件等。

（二）什么是光模块？

将各种光组件加工组装得到光器件，多种光器件封装就得到光模块。

光通信网络中，光模块是光纤通信系统 中的核心器件，是交换机与设备之间传输的载体，主要用于光网络通信设备上如汇聚交换机、核心路由器等设备的光接口。

光模块是一个功能模块，主要作用是发送端把设备的电信号转换为光信号，接收端把光信号转换为设备的电信号，实现光电信号的转换。

光模块主要由激光器、调制器、接收器和控制芯片等部分组成。
1、激光器是光模块中最重要的部分之一，功率和稳定性直接决定了数据传输质量的好坏；

2、调制器是光模块的另一重要组成部分，主要功能是将电信号转化为可传输的光信号；这里涉及一个重要赛道“薄膜铌酸锂”，下文会写。

3、接收器是光模块中用于接收光信号的元器件，负责将接收到的光信号转换为电信号，供电子设备处理。接收过程需进行放大和滤波等处理，以提高信号质量、降低噪声。这里就涉及到“滤波器”，限于篇幅，不再赘述。

（三）光模块技术路线演进：

1、光模块速率向800+G演进

光模块平均迭代周期约3-4年；随着交换芯片速率的不断提升，光模块的需求也在不断演变。

理论上，当交换芯片速率达到51.2Tbps时，400G光模块将成为市场主流，同时800G光块的需求也将初步显现。

当交换芯片速率进一步提升至102.4Tbps时，800G光模块将取代400G成为新的主流，同时1.6T光模块的需求也将开始萌芽。

2、硅光集成是未来的重要演进方向

硅光集成在峰值速度、能耗、成本等方面具备显著优势。硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料，进行光器件开发和集成的新一代技术。硅光解决方案集成度高，同时在峰值速度、能耗、成本等方面均具有良好表现，因而是光模块未来的重要发展方向之一。

硅光（SiP）能够实现低成本、大规模的光连接，从根本上改变光器件和模块行业。硅光是 CPO 光引擎的最佳产品形态。通过将硅光引入封装中，有助于解决高性能计算的功率传递、I/O 瓶颈及带宽互连密度问题。

3、CPO技术和LPO技术两种光模块封装技术将逐步普及。

下文将详述这两种封装技术。

三、相关产业链

光模块处在产业链中游，上游为电子元器件、 PCB、光芯片、结构件等元器件供应商；下游为电信运营商和云计算数据中心运营商等客户；

光芯片是上游产业链核心器件，约占光模块总成本的26%。

（一）光器件

光器件是光通信的核心器件，分为光无源器件和光有源器件。

无源器件：需要外加能源驱动工作，是光传输系统的关节，现阶段光无源器件市场上，连接器和分路器竞争激烈，波分复用器件门槛较高；

光有源器件：光通信系统中将电信号转成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。有源器件技术含量更高。

（二）光芯片

光芯片是实现光转电、电转光、分路、衰减、合分波等基础光通信功能的芯片，是光器件和光模块的核心。

光芯片通过加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片的性能直接决定光模块的传输速率。

光芯片制造产业链分为衬底、外延片、晶圆制造、封测四部分。

（三）光电共封装CPO

CPO技术是指将网络交换芯片和光模块共同装配在同一个插槽上，形成芯片和模组的共封装，不可插拔。CPO 技术可以缩短交换芯片和光引擎之间的距离，以帮助电信号在芯片和引擎之间更快地传输；能够减少尺寸，提高效率，降低功耗。

传统光模块都是可插拔的。所谓“可插拔（Pluggable）”，是指交换机上有光模块端口，把对应的光模块插入交换机，进而可以连接光纤。

之所以设计成可插拔，主要是早期光模块易损，这样便于维修和更换。

但是，在热插拔形式下，光模块光引擎距离交换芯片很远，电信号在 PCB 中走线很长，在高速尤其是800G光模块等场景下，PCB走线过长会造成信号劣化，形成传输瓶颈。因此，CPO 就是把光引擎直接移到交换芯片的封装基板上，让光学引擎和交换芯片的电连接距离短到极限。

同时，CPO具备低功耗、高效率等优势，能够满足AI 时代应用的需求。

（四）线性驱动可插拔光模块LPO

上面提到了不可插拔，直接封装好的CPO技术，现在再来聊聊可插拔的LPO技术。

LPO是一种光模块封装技术（Linear-drive Pluggable Optics），即线性驱动可插拔光模块；

LPO通过线性直驱技术替换传统的DSP（一种跑算法的芯片），将其功能集成到交换芯片中，只留下具有高线性度的driver（驱动芯片）和TIA芯片（跨阻放大器，可以简单理解为是一个大电阻）。

LPO优点如下：

1、低功耗。LPO功耗相较可插拔光模块下降50%，与CPO接近；

2、低延迟。去掉DSP芯片后，系统减少了对信号复原的时间，延迟大幅降低，LPO光模块可以做到皮秒级别的延迟时间；

3、低成本。DSP芯片由7nm制程向5nm演进，设计制造成本不断增长，价格较高。LPO的Driver和TIA里集成了EQ（均衡）功能，成本较DSP上浮少许，但L方案总体还是可以将光模块成本下降许多；

4、可热插拔。相比于CPO，LPO没有显著改变光模块的封装形式，采用可插拔模块，便于维护，并且可以充分利用现有的成熟技术。

5、LPO自身系统误码率和传输距离较短的缺陷，在AI计算中心短距离应用场景下能够得到弥补。因此，LPO方案能够高度契合AI计算中心短距离、大带宽、低功耗、低延时的需求。

更具体的，LPO的优势与劣势+LPO和CPO的对比，下面西南证券 整理的很直观：

综合看，理论上LPO技术是800G时代 最具潜力路线。

（五）铌酸锂

1、调制器为光模块核心部件之一，铌酸锂材料是调制器的重要组成部分。

2、常见电光调制器按材料划分可以分为：硅基、石墨烯、磷化铟（InP）、聚合物、铌酸锂（LithiumNiobate， LN）等；

3、铌酸锂材料具有较强的电光效应，是所有可靠材料中电光系数最优的选择（考虑居里 点和电光系数）。响应时间在飞秒级别以上，透明窗口宽，温度特性好，因此利用铌酸锂可以实现快速、稳定的电光调制。

铌酸锂材料主要用在100Gbps以上直至1.2Tbps的长距骨干网相干通讯和单波100/200Gbps的超高速数据中心上。

但目前，大多商用铌酸锂调制器采用块体材料铌酸锂，折射率对比度较低，光学模式尺寸非常大，降低了电光效率。

4、薄膜铌酸锂（TFLN），与传统块体铌酸锂相比，保持其固有线性电光效应强和本征光损耗低等优点同时，拉进了电极距离，降低电压，提升带宽电压比，从而获得较大的电光调制效率。换句话说，薄膜铌酸锂解决了传统铌酸锂体积大、不利于集成的缺点，同时带宽还能进一步提升。

因此，薄膜铌酸锂调制器尺寸小、带宽大、低损耗、低驱动电压，适配于 800G 等高速率光模块场景。

5、光模块技术的不断迭代，能够持续带动薄膜铌酸锂调整器的需求。

当前光模块800G主流方案包较多使用单通道100Gbps速率。当迭代到1.6/3.2T阶段，有望向单波200/400G演进。薄膜铌酸锂的大带宽优势将更加突出，有望随着光模块速率升级，继续提升份额。

四、重点公司梳理

（一）光模块生产

中际旭创 ：全球光模块龙头，2023OFC上发布1.6T光模块产品，后续将根据客户需求持续完善并做好量产准备；800G产能和出货量保持业内领先；公司已推出搭载自研硅光芯片的400G和800G硅光模块；积极储备硅光、LPO、CPO相关的CW光源激光器芯片和自研光电共封装2.5D、3D等封装技术。

2022年12月15日回复称公司发布的的大功率激光器,主要适用于小尺寸可插拔外部光源模块(ELSFP)、硅光光模块和光电共封模块(CPO),该激光器首创全新激光器结构,目的是舍弃隔离器,简化封装,可以降低成本。

新易盛 ：在高速率800G/1.6T光模块、LPO、硅光、相干等新产品新技术上均有布局；目前部分800G光模块已经实现批量交付，1.6T光模块也已经推出，目前正积极推进送样测试，LPO方案布局领先，境外子公司Alpine为硅光技术路线起到保证。

光迅科技 ：产品覆盖光模块各细分领域，拥有从芯片、器件、模块到子系统的垂直集成能力，还拥有光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台，支撑公司有源器件和模块、无源器件和模块产品发展，能够提供一站式服务。2023年9月消息，1.6T光模块目前处于送样和客户验证阶段。

华工科技 ：2023年8月，公司1.6T光模块目前在研发阶段，可匹配客户进度及送样。

万通发展 ：索尔思光电（华西股份 参股索尔思）。收购索尔思光电不低于51%的控股权。索尔思光电客户覆盖亚马逊 、华为等，800G光模块已小批量交付。索尔思56G eml光芯片技术实力国内第一，且已直接用于索尔思光电800G光模块实现交付；芯片制造上，拥有受业内关注的25G、53G及106G EML芯片设计、制造与规模交付能力，以及25G高速DFB芯片设计、制造与规模交付能力。

剑桥科技 ：2024年1月消息，第一代1.6T光模块产品在2024年的OFC展会上Live Demo（现场演示），预计在下半年小批量发货。

铭普光磁 ：新进入者。2月28日在互动平台表示，整体上公司800G光模块仍在研发中。1.6T光模块，已开始了可行性论证，尚属于早期阶段。

（二）光芯片

源杰科技 ：国内领先光芯片供应商。已实现向海信宽带、中际旭创、博创科技 、铭普光磁等国际前十大及国内主流光模块厂商批量供货，用于中兴通讯 、诺基亚 等国大型通讯设备商。

华西股份：通过上海启澜持有索尔思光电27.66%的股份。索尔思光电客户覆盖亚马逊、华为等，800G光模块已小批量交付。索尔思56G eml光芯片技术实力国内第一，且已直接用于索尔思光电800G光模块实现交付。

持有GTI 8.98%股份，后者光矛系列芯片是全球首款可同时支持图像与视频、语音与自然语言处理的智能神经网络专用处理器芯片。

（三）光器件

天孚通信 ：光器件占据光模块约73%的成本，是光模块的核心组成部分。公司从高端无源器件，到高速光引擎解决方案全方位布局。公司所生产的器件产品在光模块中的价值量占比较大，是CPO方案的核心光器。

太辰光 ：全球最大的密集连接产品制造商之一，除传统优势领域光纤连接器，近年来突破了光纤柔性板量产的核心技术。产品主要涵盖了有源线缆AOC、高速线缆DAC、10G~400G光模块。当前400G光模块已有小量出货，800G光模块也正处于开发测试中

腾景科技 ：精密光学元器件、光纤器件细分领域的核心供应商。光通信领域，与Lumentum、Finisar、H客户、旭创等巨头建立合作关系，在光纤激光领域，公司为锐科激光 、nLIGHT等提供定制化光电子元器件产品。

公司推出的波分组件（Z-block）新产品是高速光收发的关键组件，可满足新一代光通信趋势更小体积、更高密度与更高能效的要求，价值量高于单个CWDM滤光片。

（四）硅光

罗博特科 ：截至2024年1月31日，收购参股的ficonTEC的在手订单金额约为5765万欧元，其中来自英伟达/台积电 /博通 的在手订单，为1007w欧元/209w欧元/103w欧元。参股公司ficonTEC在硅基光电子领域和大多数头部供应商都有合作。

目前头部模块厂商自制硅光封测的设备大多是半自动，需人工辅助。而Ficontec的设备是全自动化，生产效率更高。

博创科技 ：公司能够为通信设备商、电信和互联网运营商提供优质的无源和有源器件公司已开发基于硅光子技术平台的无线前传25G硅光模块和数通400G-DR4硅光模块并实现量产，800G硅光模块和CPO相关产品开发中。

公司光连接器产品供货谷歌，拟收购长芯盛42.29%股权，产品包括高端消费级有源光缆以及网络综合布线相关的光连接方案产品。

苏州高新 ：旗下融联基金持有海光芯创8.65%的股份，海光芯创硅光技术集成平台全技术自研400G QSFP-DDDR4硅光模块的推出，代表了覆盖晶圆检测、后端工艺、封装耦合、校准检测和模块生产，自主建设的Wafer in-module out硅光生产集成平台趋向成熟。

（五）铌酸锂

光库科技 ：2020年1月1700万美元收购美国 Lumentum铌酸锂系列高速调制器产品线。2020年10月成立光子集成事业部，完成中国、意大利双研发中心的布局；具备开发高达 800Gbps 及以上速率的薄膜铌酸锂调制器芯片和器件的关键能力。

公司铌酸锂调制器相关产品下游目标客户主要为国内主要电信设备商及 Ciena、思科 、爱立信 、Nokia、ADVA、Infinera、NEC 等国际光通信设备厂商。现有产品已供给至中际旭创、Ciena、Intel、Cisco等。

联特科技 ：对硅光和薄膜铌酸锂两项技术的发展都比较看好，年报已披露有基于薄膜铌酸锂调制技术的 800G 光模块产品。

天通股份 ：国内少数掌握大尺寸铌酸锂晶片成套技术和工艺的企业。

（六）其他

东田微 ：滤光片。产品属于光模块的上游。DW-DM100G滤波片唯一量产供应商(中际旭创供货商)。高速光模块Z-BLOCK MWDM滤光片小批量出货，成为新的业务增长点。

公司通过模组厂为华为提供手机摄像头滤光片产品。A股上市公司中唯一实现全系100G滤波片、非球管帽取得前十大客广认证并供货的企业。其生物识别产品可用于AR、VR领域，但占比低，且主要用于手机领域。

中瓷电子 ：陶瓷外壳。主要产品包括光通信器件外壳、无线功率器件外壳、精密陶瓷零部件等，广泛应用于光通信、无线通信、工业激光、消费电子 等领域。

兴森科技 ：PCB。2月21日在投资者互动平台表示，公司800G光模块用PCB已稳定供货，公司光模块业务占比较小。珠海FCBGA封装基板项目正按计划有序推进。

合锻智能 ：核心结构件。2月27日在投资者互动平台表示，合肥汇智主要产品为光模块核心结构件，公司持有合肥汇智27.18%股份。

本文主要参考：

1、光大证券 2023年12月6日研究报告《铌酸锂晶体行业研究报告》；

2、西南证券2023年12月5日研究报告《LPO光模块》；

3、招商证券 2023年11月10日研究报告《光器件，AI光网络之基石》。