柜外高速互联发展趋势及方向：光通信

光模块（Optical transceiver）：光纤通信系统的重要器件之一，主要由光电子器件、功能电路和光接口等组成。光模块的作用是“光电转换”，发送端将电信号转换成光信号，然后通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。

光有源器件是核心器件。光学器件种类繁多，按照不同的分类方式，可以分为多种产品。按照是否有外接能源分为有源光器件和无源光器件；按照功能分类，包括光收发器件、波分复用器件、放大器件和开关器件等；按照产品形态分类，包括光纤类器件和自由空间类器件等。有源光器件是各项光学技术应用的核心驱动部分，其门槛也相对较高。例如，在光通信中激光器和探测器负责光电信号的转换，调制器负责信号调制；在激光雷达中激光器负责产生发射光信号，探测器负责接收反射回来的光信号以实现测距等功能；在光纤激光器中产生高功率的激光，实现焊接、打标和切割等目的。

激光器是光模块的核心，主要包含FP、DFB和EML以及VCSEL激光器。半导体激光器LD按照发射光所在位置分为EEL（边发射激光器）和SEL（面发射激光器）。EEL激光器包括常见的FP、DFB和EML激光器，SEL主要以VCSEL为主。FP腔激光器存在多个纵模，因此无法实现高速调制，一般用于2.5G以下的传输速率。DFB和EML成本较高，一般用于中距离的高速率的单模光模块中，例如DR、FR光模块等，其中EML为电吸收调制激光器，可用于200G、400G和800G以上的高速光模块中，EML中前面的DFB部分负责发射稳定功率的光，由EA负责对信号进行调制，能够有效减少DML激光器在直接调制过程中产生的高故障率。FP、DFB和EML的波长一般以C波段（代表波长为1550nm）和O波段（代表波长为1310nm）为主，其中DFB和EML的单模性能更好，研发及工艺门槛更高；VCSEL一般用于短距离传输的光模块中，例如AOC、SR等光模块，波长为850nm波段，一般为多模激光器。

展望2026年，预计800G光模块需求仍然强劲，1.6T光模块有望快速放量。在AI数据中心中，越来越多的客户倾向于选择更大带宽的网络硬件。带宽越大，单位bit传输的成本更低、功耗更低及尺寸更小。800G光模块的高增速已经能够反映出AI对于带宽迫切的需求，其在2022年底开始小批量，2023年和2024年的出货量都大幅增长。而AI对于带宽的需求是没有极限的，得益于网络较高的性价比，1.6T光模块有望加速应用。

目前1.6T光模块的MSA标准包括4x400G和OSFP。4x400G MSA成立于2021年12月，主要成员包括Arista、博通、英特尔和Molex等厂商。4x400G MSA成立之初，旨在提供单通道100G的解决方案，可利用现有的硬件，快速实现量产。但是若200G单通道的硬件逐步成熟，4x400G的方案将会受到比较大的挑战。而OSFP MSA成立于2016年11月，面向400G及更高速率的光模块，主要成员已有100多家，包括谷歌、Arista、Coherent、中际旭创、思科和安费诺等厂商。OSFP MSA对于1.6T光模块提供了OSFP1600和OSFP XD等两种封装方式。

目前OSFP-XD封装方案为1.6T光模块主流的选择。OSFP-XD，即为Octal Small Form Factor eXtra Dense Pluggable Module，是超高密度封装方式的可插拔光模块。在2023年OFC会议上，各家厂商展出的1.6T光模块基本均为OSFP-XD封装的。其中，中际旭创演示了1.6T OSFP-XD DR8 光模块，单通道200G，温度范围0-70℃，功耗低于23W，传输距离可以达到2km；新易盛展示了基于OSFP-XD的1.6T 4xFR2光模块，采用4xSN接口，电口16个100G通道，光口4x400G FR2，采用1291nm和1311nm两个波长，同时公司的官网上还有DR8和2xFR4两款产品；Coherent则展示了基于单通道200G的光模块，该技术将成为800G Gen2和1.6T光模块的核心，有望加速未来1.6T的发展。此外，华工科技、光迅科技和剑桥科技等也在积极布局1.6T的研发。

1.6T光模块按照传输距离、通道数和波长可以分为多种产品，下游客户可以根据实际需求定制化相关产品。目前电口的速率为100Gbps，而光口将逐步从100G升级到200G。以IM-DD的调制方式，若光口单通道速率为100G，则需要有16个光通道，包括DR16（采用一个波长），4FR4（采用四个波长），2FR8（采用八个波长）；若光口单通道为200G，则需要8个光通道，包括DR8（采用一个波长），4FR2（采用两个波长），2FR4（采用4个波长），FR8（采用八个波长）。以相干的调制方式，若单通道速率为800G，包括ZR2（采用两个波长）。我们认为，光口单通道200G预计是1.6T光模块未来的主流选择。

从上游的光芯片来看，200G PAM4 EML进展加速。1.6T光模块的发展，核心元件是芯片，包括光芯片和电芯片。其中100G Baud EML，或叫200G PAM4 EML，目前有多家厂商正在加速研发。三菱在2023年3月发布了200G PAM4 EML产品，可用于CWDM的光模块中，800G采用四个，1.6T采用八个；Lumentum的200G PAM4 EML荣获Lightwave 2023创新奖，该产品最大限度地降低了输入电压的波动，从而降低驱动芯片的功耗，不仅可以用于PAM4调制，同时在PAM6和PAM8调制上也有应用的潜力。博通的200G EML也在加速研发中，2022年公司已经可以提供相关的解决方案，同时公司可以提供创新的无制冷的200G EML激光器方案。

从上游的电芯片来看，1.6T DSP有望迅速取得突破。2023年3月，Marvell发布了新一代Nova系列PAM4 DSP芯片，采用5nm先进制程。Nova系列的DSP中包含Gearbox，将电口16个100G的通道与光口8个200G的通道进行适配，能够应用于1.6T的DR8/DR4.2/2xFR4/LR8光模块中。同时，该DSP加入了SNR的性能监控、FFE-taps、PRBS发生器等功能。2023年OFC期间，博通和Semtech联合演示了200G单通道电光链路，其中采用了博通最新的112GBd PAM4的DSP产品，为未来1.6T网络奠定了基础。

关注光模块技术趋势演进：硅光与CPO。

技术趋势一：硅光模块渗透率提升，布局硅光子技术的海外巨头较多，有望在AI浪潮下实现快速发展。硅光子技术是以硅或者硅基材料（Si，SiO2，SiGe）作为衬底材料，利用与集成电路兼容的CMOS工艺制造对应的光子器件和光电器件，以实现对光的激发，调制，响应等功能，广泛应用于设备互连、光计算等下游多个领域。硅基材料具备兼容CMOS工艺、低成本和低功耗等优势。随着AI的快速发展，硅光子技术从通信逐步拓展到算力基础设施及下游应用领域，包括板间芯片光互连、芯片内Chiplet光互连、光计算和激光雷达等领域。海外巨头厂商纷纷布局硅光子技术，有望实现快速发展。

硅光子技术下游需求旺盛，上游设计方案百花齐放，代工厂积极布局。硅光子技术产业链的上游包括光芯片设计、SOI衬底、外延片和代工厂，中游为光模块厂商，下游分为数通领域和电信领域。一体化布局的厂商优势比较明显。英特尔、旭创、Coherent、思科和Marvell等厂商同时具备PIC设计和模块集成能力，且与下游云厂商和AI等巨头客户保持紧密合作，优势显著，在供应链中的引领作用较为明显。

技术趋势二：CPO商用进程提速，共封装光学（CPO）是业界公认的未来更高速率光通信的主流产品形态之一，可显著降低交换机的功耗和成本。CPO是将光芯片/器件与电芯片/器件合封技术。CPO的封装一般指两方面：一是光引擎（OE）中PIC和EIC的封装，二是光引擎和ASIC/XPU/GPU的系统级封装。共封装光学技术的优点包括降低功耗、降低成本和减小尺寸。降低功耗：信号传输的电路距离显著缩短，电信号损耗降低，简化后的SerDes去掉CDR、DFE、FFE和CTLE之后功耗降低，可节省30% 的功耗；降低成本：封装工艺成本更低，高集成度的光引擎成本更低，同时省去部分电学芯片成本，可降低25% 的成本；减小尺寸：借助硅光技术和CMOS工艺，共封装显著减小光电引擎各自独立封装方式的尺寸，同时实现更高密度的I/O集成。

CPO技术能够有效降低Serdes的功耗。随着交换机带宽从最初的640G升级到51.2T，Serdes速率不断升级叠加数量的持续增加，交换机总功耗大幅提升约22倍，而CPO技术能够有效降低Serdes的功耗，因此在51.2T及以上带宽交换机时代，CPO有望实现突破。硅光芯片是CPO交换机中光引擎的最佳产品形态，有望在未来得到广泛应用。目前英伟达、博通和TSMC等海外巨头厂商在CPO具有布局。

随着AI的快速发展，多模态大模型的参数量大幅提升使带宽容量也快速扩张，其中也包括服务器或机柜内部的带宽容量。随着带宽的加速增长，电信号传输距离越来越短，芯片互连领域“光进铜退”目前看来也是势在必行的行业趋势。英伟达与Ayar Labs、台积电等多家公司合作硅光子集成项目。在传统的DGX服务器中，服务器内部GPU与NVSwitch之间用电信号连接，硅光子方案中将GPU和NVSwitch都接入硅光I/O，每个GPU对应2个光引擎，每个NVSwitch对应6个光引擎，双向带宽达到25.6Tbps。数据收发过程单位bit消耗3.5pJ能量，英伟达仍在努力降低功耗，从而提升该方案的性价比。此外，博通和英特尔都推出了OIO产品，有望取得突破。

CPO渗透率提升将带来数通光通信领域市场规模的大幅增长。CPO技术应用的重点并不仅仅在交换机侧实现功耗和成本的降低，更多的是在IO领域突破电信号传输的速率瓶颈。市场对GPU：光模块=1:2.5的换算比例认识较为清晰，但如果在Scale Up应用CPO，那么GPU：光引擎=1：11.5将成为现实。除了GPU之外，CPU、FPGA、ASIC，甚至三星开始研发的HBM中也会用到。在未来的CPO时代，光模块行业预计将演进为光引擎行业，市场规模有望实现大幅增长，同时在此过程中对于光芯片、封装和设备领域将带来明显的需求拉动和产业格局重塑。

CPO技术是系统性工程，涉及到材料、器件、EDA、模块、设备等，对设计、封装和测试的要求非常高，因此目前产业中的现状主要是科技巨头在主导，产业链中的供应商配合。CPO/OIO中主要组成部分是CPO光引擎，采用的主要是硅光技术，因此两者的供应链也高度重合。参与到CPO/OIO研发的厂商主要是FAU、MPO、CW laser、光引擎、封装、流片厂、PCB厂商等，我们认为在各个细分领域具备较强优势的厂商，同样在CPO/OIO领域有望延续该领先优势。光引擎是核心产品，虽然目前主要是英伟达和博通等公司在主导，但是考虑到光引擎与光模块的设计、制造和测试环节高度相似，我们认为光模块公司仍然具备较大的优势。FAU、MPO和Fiber Shuffle等光纤连接器产品，在CPO/OIO产品上的价值量有望显著提升。CW DFB laser是重要的光源产品，在FR等波分复用的方案中，边缘波长的激光器难度较大，价值量也较高。