光模块是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。

一、光学器件种类与光模块构成

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（法布里-珀罗）激光器、DFB（分布反馈）激光器和EML（电吸收调制）激光器以及VCSEL（垂直腔面发射）激光器。半导体激光器（LD）按照发射光所在位置分为边发射激光器（EEL）和面发射激光器（SEL）。边发射激光器包括常见的FP、DFB和EML激光器，面发射激光器主要以VCSEL激光器为主。FP激光器腔存在多个纵模，因此无法实现高速调制，一般用于2.5 G及以下的光模块。DFB和EML成本较高，一般用于中距离、高速率的单模光模块中，如DR、FR光模块等。其中，EML为电吸收调制激光器，可用于200 G及400 G以上的高速光模块。在EML中，前面的DFB部分负责发射稳定功率的光，由EA（电吸收调制器）负责对信号进行调制，能够有效降低EML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（典型波长为1 550 nm）和O波段（典型波长为1 310 nm）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，例如AOC（有源光缆）、SR（短距离光模块）等光模块，波长为850 nm，一般为多模激光器。光通信激光器FP、DFB、EML和VCSEL的区别如表2-12所示。

二、800 G光模块需求仍然强劲，1.6 T光模块有望快速放量

展望2026年，预计800 G光模块需求仍然强劲，1.6 T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，单位比特传输的成本越低、功耗越低、尺寸越小。800 G光模块的高增速已经能够反映出AI对于带宽的迫切需求，其在2022年底开始小批量生产，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，1.6 T光模块有望加速应用。

目前，1.6 T光模块的MSA（多源协议）标准主要包括4x400G和OSFP。其中，4x400G MSA成立于2021年12月，主要成员包括Arista、博通、英特尔和Molex（莫仕）等厂商。4x400G MSA成立之初旨在提供单通道100 G的解决方案，以便利用现有的硬件快速实现量产。然而，随着单通道200 G的硬件逐步成熟，4x400G的方案将会受到较大的挑战。而OSFP MSA成立于2016年11月，面向400 G及更高速率的光模块，主要成员已超120家，包括谷歌、Arista、Coherent（高意）、中际旭创、思科和安费诺等厂商。OSFP MSA对于1.6 T光模块提供了OSFP1600和OSFP-XD等封装方式。

当前，OSFP-XD封装方案为1.6 T光模块的主流选择。OSFP-XD，是一种超高密度封装方式的可插拔光模块。在2023年光纤通信大会（OFC）上，各家厂商展出的1.6 T光模块普遍采用OSFP-XD封装。其中，中际旭创演示了1.6 T OSFP-XD DR8 光模块，单通道200 G，温度范围0~70℃，功耗低于23 W，传输距离可以达到2 km；新易盛展示了基于OSFP-XD的1.6 T 4xFR2光模块，采用4xSN接口，电口16个100 G通道，光口4x400G FR2，采用1 291nm和1 311nm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200 G的光模块，该技术将成为800 G Gen2和1.6 T光模块的核心，有望加速未来1.6 T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1.6 T的研发。

1.6 T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进行定制。2025年电口的速率为100 Gbps，而光口的速率正逐步从100 Gbps升级到200 Gbps。以IM-DD（强度调制直接检测）的调制方式，若光口单通道速率为100 Gbps，则需要16个光通道，包括DR16（采用1个波长）、4xFR4（采用4个波长）、2xFR8（采用8个波长）；若光口单通道速率为200 Gbps，则需要8个光通道，包括DR8（采用1个波长）、4xFR2（采用2个波长）、2xFR4（采用4个波长）、FR8（采用8个波长）。以相干的调制方式，若单通道速率为800 Gbps，则包括ZR2（采用2个波长）。我们认为，光口单通道200 G预计是1.6 T光模块未来的主流选择。

从上游的光芯片来看，200G PAM4 EML的研发进展加速。1.6 T光模块的核心元件是芯片，包括光芯片和电芯片。其中，100G Baud EML，也称作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，该产品可用于CWDM（粗波分复用）的光模块中，800 G光模块需采用4个，1.6 T光模块则需采用8个。Lumentum的200G PAM4 EML荣获Lightwave 2023年度创新奖，该产品最大限度地降低了输入电压的波动，从而降低了驱动芯片的功耗，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2024年已官宣量产200G EML，早在2022年公司就已能够提供相关的解决方案，同时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，1.6 T DSP（数字信号处理）有望迅速取得突破。2023年3月，Marvell（美满电子科技公司）发布了新一代Nova系列PAM4 DSP芯片，采用5 nm先进制程。Nova系列的DSP芯片中包含Gearbox，将电口16个100 G的通道与光口8个200 G的通道进行适配，能够应用于1.6 T的DR8/DR4.2/2xFR4/LR8光模块中。同时，该DSP芯片加入了SNR（信噪比）的性能监控、FFE-taps（前馈均衡器抽头）、PRBS（伪随机二进制序列）发生器等功能。2023年光纤通信大会期间，博通和Semtech联合演示了200 G单通道电光链路，其中采用了博通的112 GBd PAM4 DSP产品，为未来1.6 T网络奠定了基础。

三、光模块技术趋势演进：硅光子技术与CPO

在光模块技术的演进历程中，硅光子技术与CPO（共封装光学）正成为两大核心趋势。

其一，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（互补金属氧化物半导体）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（绝缘体上硅）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、中际旭创、Coherent、思科和Marvell等厂商都具备光子集成电路（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。

其二，CPO商用进程提速，CPO是业界公认的未来实现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/器件合封的技术。CPO的封装一般指两方面：一是光引擎（OE）中光子集成电路和电子集成电路（EIC）的封装，二是光引擎和ASIC/XPU/GPU的系统级封装。CPO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（时钟数据恢复电路）、DFE（判决反馈均衡器）、FFE（前馈均衡器）和CTLE（连续时间线性均衡器），功耗至少可降低30%。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，可降低至少25%的成本。减小尺寸：借助硅光子技术和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。

随着交换机带宽从最初的640 GB/s升级到51.2 TB/s，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51.2 TB/s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、博通等海外巨头在CPO上均有布局。

随着AI的快速发展，多模态大模型的参数量大幅提升，促使带宽容量也迅速扩张，其中包括服务器或机柜内部的带宽容量。随着带宽的加速增长，电信号的传输距离越来越短，芯片互连领域“光进铜退”目前看来也已然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25.6 TB/s。数据收发过程单位比特消耗3.5 pJ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（光输入输出）产品，有望取得突破。

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I/O领域突破电信号传输速率瓶颈。市场虽对“GPU∶光模块=1∶2.5”的换算比例认识较为清晰，但如果在Scale Up网络应用CPO技术，那么“GPU∶光引擎=1∶11.5”将成为现实。除GPU外，CPO技术在CPU、FPGA、ASIC甚至三星参与研发的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，涉及材料、器件、EDA、模块、设备等领域，对设计、封装和测试的要求非常高。因此，目前产业的现状主要呈现为科技巨头主导，产业链中的供应商配合。CPO/OIO中主要组成部分是CPO光引擎，主要采用硅光子技术，因此两者的供应链也高度重合。参与CPO/OIO研发的厂商主要是FAU（光纤阵列单元）、MPO（多芯光纤连接器）、CW Laser（连续波激光器）、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，同样有望在CPO/OIO领域延续其领先优势。光引擎是核心产品，虽然目前主要由英伟达和博通等公司主导，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（光纤柔性板）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（连续波分布反馈激光器）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