英伟达在GTC2024上正式推出名为Blackwell的新一代AI图形处理器（GPU），第一款Blackwell芯片名为GB200，这将有望进一步催生全球高速光模块需求。
全球算力需求和相关资本开支的激增带动了800G等高速光模块需求的显著增长，加速高速光模块产品的技术迭代步伐。
AI时代算力需求激涌，高速率、低功耗成为光模块核心趋势。
随高速光模块需求爆发，新一代硅光技术成为有望突破当前光通信传输速率瓶颈，正在成为AI高性能计算领域和光模块的关键技术方向之一。
当前光模块产品代际迭代周期的缩短，光模块厂商对新技术新材料也将更加开放，硅光在高速率背景下有着较明显的优势。Lightcounting在2023年发布的第九版硅光市场报告中，预计硅光光模块在光模块中的整体份额将从2022年的24%提升至2028年的44%。
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硅光技术行业概览
硅光技术提出已久，当市场广泛讨论硅光技术，默认指的硅光技术的“最终集成模式”即硅光模块，但其实严格意义来看，硅光技术包含了三类产品：硅光器件、硅光芯片、硅光模块。硅光器件是基础硬件，包括光源、调制器、探测器、波导等。硅光芯片是将各发送/接收/探测/调制芯片等集中在一起的单芯片，具备高性能、低功耗、低成本等优点。硅光模块是硅光技术的集大成者产品形式，将光源、硅光芯片和模块如光发送器件和光接收模块、甚至外部驱动电路等都集中在一起的一体化模块。
资料来源：中能国泰硅光子技术基于标准硅制造的硅衬底材料，利用半导体晶圆材料可延展特性，采用CMOS 等工艺应用于光电一体集成器件制造。其物理架构由硅衬底激光器、硅衬底光电集成芯片、光纤等辅助物料封装构成。其核心理念是“以光代电”，即采用激光束代替电子信号传输数据，将光学器件与电子元件整合至一个独立的微芯片中，提升芯片之间的连接速度。与分立器件方案不同，硅光技术的集成度更高，封装形态也更加简化。1）高集成度：其采用半导体制造工艺将硅光材料和器件集成在同一硅基衬底上，形成由光调制器、探测器、无源波导器件等组成的集成光子器件。相较磷化铟（InP）等有源材料制作的传统分立器件，硅光光模块无需ROSA（光接收组件）、TOSA（光发射组件）封装，因而硅光器件体积与数量更小、集成度更高。2）低成本：相较于传统的分立式器件，硅光模块的集成度更高，封装与人工成本降低；此外硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，意味着硅基芯片成本得以大幅降低。3）兼容成熟CMOS工艺：硅光子技术能利用半导体在超大规模、微小制造和集成化上的成熟工艺积累优势。
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硅光模块产业链梳理
传统光模块产业链主要由光电芯片-光器件-光模块-数据交换设备厂商四个环节。硅光光模块与传统光模块产业链的主要区别在于光芯片部分，其是高度集成的单芯片，而不是传统的分离多器件的组合。不过硅光模块的高度集成会减少部分配套器件的使用，这一趋势在后续“On-Board”封装方案中体现将更明显。硅光应用经过多年的发展，充分利用已有产业资源，形成自己特有的成熟产业链。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，主要包括云厂商如亚马逊、微软、IBM、Meta等；光通信设备厂商如华为、中兴通讯、烽火等以及通信运营商。
硅光技术基于1985年左右提出的波导理论，2005-2006年前后开始逐步从理论向产业化发展，Luxtera、Kotura等先行者不断推动技术和产业链的发展，形成了硅光芯片代工厂（Global Foundries、意法半导体、AIM等）、激光芯片代工厂（联亚电子等）、芯片设计和封装（Luxtera、Kotura等）较为成熟的Fabless产业链模式，也有Intel为代表的IDM模式，除激光芯片外，设计、硅基芯片加工、封测均自己完成）。自2016年在100G光模块领域实现了大批量出货以来，近年来硅光产业链在持续成熟完善。其优势重点体现在高集成度、降低功耗、降低成本等方面，同时硅光技术具备较强的通用性，LPO、CPO都可以基于硅光平台，包括薄膜铌酸锂调制器也可以在硅光上制造。当前AI大模型引发算力革命下，CPO加速推动硅光加速，共振引领光通信走向代际更替。CPO是把硅光模块和CMOS芯片共同封装的技术，缩短了光学引擎和交换芯片的连接距离，从而降低传输损耗，速度与质量双提升，除了硅光的制造工艺，光模块的封装技术与硅光落地难度密切相关，共封装技术进一步降低了硅光单片集成的难度，未来两者有望形成良性循环，将光通信从800G/1.6T时代加速引向硅光时代。
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硅光模块市场竞争格局
全球市场格局端，提前布局硅光芯片设计或和头部硅光芯片平台提前研发的光模块封装厂商正在加速份额突破。目前全球头部厂商英特尔、IBM、NEC、NTT、Fujitsu、台积电等企业都针对硅光芯片产业进行了布局，Marvell、思科、诺基亚等斥资百亿美元先后并购Inphi、Acacia、Elenion等硅光领域的创新企业。以英特尔和思科为代表的领先厂商同时具备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。英特尔硅光技术研究近20年，全球范围内研发时间最长、投入最大的公司之一。数通市场中英特尔占比处于领先地位，份额高达61%，随后的思科、博通分别占比20%和7%。电信市场中，思科占据49%的市场份额，紧随其后的Lumentum和Marvell分别占比30%、18%，电信市场增长主要来自用于长途网络的相干可插拔模块。当前硅光技术已经进入产业化阶段，龙头厂商先后推出芯片级、模块级产品，并逐步实现小批量商用出货。芯片技术需要长时间的迭代试错，随着产业链多年的研发，硅光技术积累达到质变的水平，硅光技术站上规模商用起跑线。我国在硅光器件研究方面与国际先进国家同时起步，研究水平也相当，但在硅光芯片产业化发展和产业链方面，国内厂商与海外头部厂商仍有较大提升空间。2013年，华为收购硅光子公司Caliopa，在英国建立工厂发展硅光技术。2017年，亨通光电与英国硅光子企业洛克利合作，取得较多硅光芯片技术许可，于2020年发布400G硅光模块。2018年，光迅科技于国家信息光电子创新中心等单位成功研制除100G硅光收发芯片，并正式投产使用。2020年，博创科技与Sicoya公司达成合作协议，推出了400G数据通信硅光模块高性价比解决方案。随着对算力和高速率光模块需求的提升，国内多家厂商如中际旭创、新易盛、光迅科技、剑桥科技、博创科技、罗博特科、源杰科技、仕佳光子、华工科技、亨通光电、太辰光、天孚通信、光库科技等企业相继布局硅光技术领域，未来有望进一步打开市场空间。
资料来源：讯石通讯、天风证券从整体发展趋势看，硅光技术逐步成熟，且基于大规模CMOS 集成生产，优势十分明显，包括低能耗、低成本、带宽大、传输速率高等。硅光技术产业链仍处于发展早期阶段，下游客户认证仍需时间，整体产品出货量仍然较低，无法体现CMOS工艺生产成本的规模效应，也没有足够的出货量支持工艺的优化和良率的持续提升，同时由于硅光芯片在材料和生产技术方面的复杂，也存在着一定的不足。硅光技术的大规模应用仍需要一段时间的沉淀和新突破，短期内硅光模块难以完全取代传统光模块，光模块产业链仍将呈现多种技术百花齐放的行业特点。长远来看，硅光技术作为一种新的技术方案，与分立式光模块同台竞技，将共同受益网络流量的持续高速增长带来的出货量增量，以及速率持续提升带来的价值量提升。
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