核心觀點：
從光模塊產品演進方向映射技術前瞻布局。隨著數據流量爆發與下游應用的豐富，驅動光模塊產品向著更小型化、更 高速率、更低成本的方向演進;同時，光模塊已發展至800G以及后續1.6T等速率的升級，帶動光模塊相關技術路線的 前瞻研發與迭代升級。 CPO方案：AI算力下高效能比方案。CPO方案將引擎和交換芯片共同封裝，縮(suo)短了光引擎和交換芯片間的距離，主要應(ying) 用于超大(da)(da)型(xing)云(yun)服(fu)務商數通短距場景，將有(you)效解(jie)決高速率(lv)高密度互聯傳輸(shu)。薄膜(mo)鈮酸鋰(li)方案：技(ji)術(shu)(shu)突(tu)破，尺寸與集成度問題得以(yi)改善帶來新發展(zhan)。鈮酸鋰(li)材料研究歷史較早，具備(bei)優異(yi)性能;隨(sui) 著(zhu)薄膜(mo)鈮酸鋰(li)新技(ji)術(shu)(shu)突(tu)破，大(da)(da)幅改善尺寸及(ji)價(jia)格問題，隨(sui)著(zhu)相(xiang)干技(ji)術(shu)(shu)下沉為相(xiang)干光調(diao)制器帶來重(zhong)要發展(zhan)機遇(yu)。
硅(gui)光(guang)(guang)方案(an)(an)：具有集成度高(gao)、成本(ben)下降(jiang)潛力(li)大、波導傳輸(shu)(shu)性(xing)能優異三大優勢(shi)(shi)。硅(gui)光(guang)(guang)模(mo)塊在(zai)(zai)高(gao)速率傳輸(shu)(shu)網中優勢(shi)(shi)明顯，需 求增(zeng)速將高(gao)于傳統光(guang)(guang)模(mo)塊;硅(gui)光(guang)(guang)模(mo)塊有望在(zai)(zai)2025年高(gao)速光(guang)(guang)模(mo)塊市場(chang)中占據60%以上份額(e)。 LPO方案(an)(an)：成本(ben)優勢(shi)(shi)突出，滿足(zu)AI計算中心短距(ju)離(li)(li)、大寬(kuan)帶、低延時要求。相較(jiao)(jiao)DSP方案(an)(an)，LPO可大幅(fu)度減(jian)少系統功耗 和時延，適(shi)(shi)用于短距(ju)傳輸(shu)(shu);而其系統誤碼率和傳輸(shu)(shu)距(ju)離(li)(li)較(jiao)(jiao)短的問題，因為(wei)(wei)在(zai)(zai)AI計算中心短距(ju)離(li)(li)應用場(chang)景下較(jiao)(jiao)為(wei)(wei)適(shi)(shi)配， 得以彌補。 我們認為(wei)(wei)，光(guang)(guang)模(mo)塊作(zuo)為(wei)(wei)AI算力(li)環(huan)節中國產(chan)(chan)化程度高(gao)，技術(shu)儲備前沿核心產(chan)(chan)品，受AI大模(mo)型發展驅(qu)動算力(li)持(chi)續升級需求 將帶來快(kuai)速增(zeng)長，建(jian)議(yi)關注(zhu)前瞻(zhan)布局CPO/LPO等(deng)新(xin)技術(shu)主(zhu)要玩(wan)家以及產(chan)(chan)品批(pi)量及出貨情(qing)況。
技術演進方向：更小型化、更高速率、更低成本
從光模塊產品演進方向映射技術前瞻布局
光(guang)模(mo)塊產(chan)品升級(ji)迭代路線：小(xiao)型化(hua)、高(gao)速(su)(su)率、低功耗不斷(duan)(duan)升級(ji)。 數據(ju)中心側(ce)(ce)：隨著數據(ju)流(liu)量(liang)(liang)爆發(fa)(fa)與下游應用的(de)豐富，帶動高(gao)速(su)(su)光(guang)模(mo)塊速(su)(su)率的(de)持續升級(ji)，當前全球(qiu)主要玩(wan)家800G進入 導入驗證及批量(liang)(liang)出貨進程，1.6T產(chan)品不斷(duan)(duan)前瞻研(yan)發(fa)(fa)中。 電信側(ce)(ce)：隨著“雙千兆(zhao)”網(wang)絡建(jian)設持續推(tui)(tui)進，不斷(duan)(duan)推(tui)(tui)動國內外(wai)10G PON光(guang)模(mo)塊持續升級(ji)。此外(wai)，海外(wai)光(guang)纖到戶滲透(tou)率 較(jiao)低，隨著新一輪升級(ji)改造(zao)，海外(wai)PON模(mo)塊有(you)望加速(su)(su)發(fa)(fa)展。
產品向高速率升級，驅動多種技術路線變革。 從光模塊產品演進方向映射技術前瞻布局，隨著人工智能、物/車聯網、工業互聯網、AR/VR等新技術的(de)(de)逐步(bu)應用與產業(ye)化(hua)帶(dai)來數據(ju)流量(liang)的(de)(de)快速(su)(su)增長(chang)，數據(ju)中 心進(jin)一步(bu)向大(da)型化(hua)、集中化(hua)轉變(bian)，將(jiang)帶(dai)動(dong)高速(su)(su)率(lv)(lv)及中長(chang)距離光(guang)模(mo)塊的(de)(de)快速(su)(su)發展。目前全球主要的(de)(de)云廠商已在(zai)數據(ju) 中心內部批(pi)量(liang)部署200/400G光(guang)模(mo)塊，隨著AIGC發展趨勢明(ming)朗，高算力需求(qiu)催化(hua)更(geng)高速(su)(su)率(lv)(lv)的(de)(de)800G/1.6T光(guang)模(mo)塊需求(qiu)。 由于(yu)光(guang)模(mo)塊速(su)(su)率(lv)(lv)升級過程中會帶(dai)來功率(lv)(lv)損(sun)耗(hao)、信(xin)號失真等問題，以(yi)及速(su)(su)率(lv)(lv)提(ti)升中對光(guang)芯片性能提(ti)出了(le)更(geng)高要求(qiu)， 進(jin)而導致整體成本提(ti)升，驅動(dong)更(geng)高速(su)(su)率(lv)(lv)光(guang)模(mo)塊的(de)(de)多種技術演進(jin)。
CPO：AI算力下高效能比方案
大模型時代催生高算力需求
大(da)模型時(shi)代帶(dai)來高(gao)(gao)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)，降低功(gong)(gong)耗(hao)將為超算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)廠商(shang)帶(dai)來競爭(zheng)優(you)勢(shi)。 大(da)模型時(shi)代催生高(gao)(gao)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu) 圖(tu)表3：大(da)模型時(shi)代算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu) www.cgws.com 6 據OpenAI測算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)，自2012年(nian)以(yi)來，全球(qiu)頭(tou)(tou)部AI模型訓(xun)練算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)3-4個月翻(fan)一(yi)番，每年(nian)頭(tou)(tou)部訓(xun)練模型所(suo)需(xu)(xu)(xu)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)增(zeng)長幅 度高(gao)(gao)達(da)10倍。高(gao)(gao)算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)會帶(dai)來功(gong)(gong)耗(hao)上的提高(gao)(gao)，超算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)廠商(shang)的成(cheng)本也(ye)會隨之(zhi)上升(sheng)。因此(ci)，在算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)快速提升(sheng)的背 景下降低功(gong)(gong)耗(hao)將為超算(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)廠商(shang)帶(dai)來競爭(zheng)優(you)勢(shi)。
CPO技術：光電一體封裝，大幅降低功耗
CPO技術具(ju)有低功(gong)耗、高(gao)(gao)性能、高(gao)(gao)質(zhi)量、高(gao)(gao)傳輸(shu)的優勢，隨著5G時代高(gao)(gao)帶寬(kuan)的計算、傳輸(shu)、存儲的要(yao)求(qiu)，以及(ji)硅光(guang)(guang)技術的成熟，板上(shang)和(he)(he)板間(jian)(jian)也(ye)進入了光(guang)(guang)互聯時代，通道數也(ye)大 幅增加，封裝(zhuang)上(shang)要(yao)求(qiu)將光(guang)(guang)芯片(pian)(pian)與ASIC控制芯片(pian)(pian)封裝(zhuang)在(zai)一起，以提高(gao)(gao)互聯密度，提出了光(guang)(guang)電(dian)(dian)共封裝(zhuang)(CPO)的相關概念。 CPO是指把(ba)光(guang)(guang)引擎和(he)(he)交換芯片(pian)(pian)共同封裝(zhuang)在(zai)一起的光(guang)(guang)電(dian)(dian)共封裝(zhuang)，這種方式能夠使(shi)得電(dian)(dian)信號(hao)在(zai)引擎和(he)(he)芯片(pian)(pian)之間(jian)(jian)更快(kuai)的傳輸(shu)， 縮短了光(guang)(guang)引擎和(he)(he)交換芯片(pian)(pian)間(jian)(jian)的距離，有效減少尺寸，降低功(gong)耗，提高(gao)(gao)效率。
CPO出貨量從800G開始，未來市場空間廣闊
CPO發展目前處(chu)于(yu)(yu)起(qi)步階段(duan)，未來市(shi)場(chang)空間廣闊。LightCounting認為，CPO出貨(huo)量(liang)預計(ji)(ji)(ji)將(jiang)從800G和1.6T端口開始，于(yu)(yu)2024至(zhi)2025年(nian)(nian)開始商用(yong)，2026至(zhi)2027年(nian)(nian)開 始規模上(shang)量(liang)，主要(yao)應用(yong)于(yu)(yu)超大型云服務(wu)商的(de)(de)數通短距場(chang)景。CIR預計(ji)(ji)(ji)到(dao)2027年(nian)(nian)，共封(feng)裝光學的(de)(de)市(shi)場(chang)收(shou)入將(jiang)達(da)到(dao) 54 億美(mei)元(yuan)。全球CPO端口的(de)(de)銷售量(liang)將(jiang)從2023年(nian)(nian)的(de)(de)5萬增長到(dao)2027年(nian)(nian)的(de)(de)450萬。2027年(nian)(nian)，CPO端口在800G和1.6T出貨(huo)總數 中占比(bi)接近30%。Yole報告數據顯示，2022年(nian)(nian)CPO市(shi)場(chang)產(chan)生(sheng)的(de)(de)收(shou)入達(da)到(dao)約3800萬美(mei)元(yuan)，預計(ji)(ji)(ji)2033年(nian)(nian)將(jiang)達(da)到(dao)26 億美(mei)元(yuan)，2022-2033年(nian)(nian)復合年(nian)(nian)增長率為46%。
CPO應用于超大型云服務商數通短距場景，有效解決高速率高密度互聯傳輸
CPO將(jiang)有(you)效(xiao)解(jie)決高速(su)高密度互聯(lian)傳(chuan)輸(shu)。LightCounting在2022年(nian)12月報(bao)告(gao)中稱，AI對(dui)網(wang)絡速(su)率的(de)(de)需求是目前的(de)(de)10倍以上，在這一(yi)(yi)背景下，CPO有(you)望(wang)將(jiang)現有(you)可插 拔(ba)光模塊架構(gou)的(de)(de)功耗降低50%，將(jiang)有(you)效(xiao)解(jie)決高速(su)高密度互聯(lian)傳(chuan)輸(shu)場(chang)景。CIR表示，基于CPO的(de)(de)設備最初將(jiang)用于超大規模 數(shu)據中心(xin)，此外，CPO預計(ji)(ji)將(jiang)在一(yi)(yi)年(nian)左右的(de)(de)時間進(jin)入其他類型的(de)(de)數(shu)據中心(xin)，未來將(jiang)進(jin)一(yi)(yi)步在邊緣和城域(yu)網(wang)絡、高性能計(ji)(ji) 算和傳(chuan)感器等(deng)領域(yu)發揮更多優(you)勢。
薄膜鈮酸鋰：技術突破，尺寸與集成度問題得以改善帶來新發展
發展歷程：鈮酸鋰材料已有百年研究過程
鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)材(cai)料(liao)的研究(jiu)已(yi)經接近100年(nian)，可(ke)以劃(hua)分為三(san)個階段： 發展(zhan)歷程：鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)材(cai)料(liao)已(yi)有(you)百年(nian)研究(jiu)過程 第一階段(1928-1965年(nian))：國外對鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)的生長工(gong)藝(yi)和(he)晶格(ge)結構(gou)(gou)展(zhan)開研究(jiu)。1928年(nian)礦物學家Zachariasian 首次對鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan) 鋰(li)結構(gou)(gou)特性開展(zhan)初步研究(jiu);1937年(nian)，Sue等實驗合成了(le)鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)，未引起廣(guang)泛關注;直至(zhi)1949 年(nian)，美(mei)國Bell實驗室的 Matthias 和(he) Remeika發現(xian)其高(gao)溫鐵(tie)電(dian)特性，鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)正式進(jin)入(ru)人(ren)們(men)視野;1964年(nian)，Bell 實驗室的Ballman利用Czochralski 法成功生長出厘米(mi)級鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)晶體;1965年(nian)，Bell實驗室的Nassau和(he) Levinstein找到制(zhi)備單疇鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)的方法;1965年(nian)， Abrahams等建立新的鐵(tie)電(dian)與順電(dian)相下(xia)鈮(ni)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鋰(li)晶格(ge)結構(gou)(gou)模型 ，一直沿(yan)用至(zhi)今(jin)。
第(di)(di)二階(jie)段(1964-1967年(nian))：國外(wai)對(dui)鈮酸鋰(li)(li)的特(te)性展開(kai)廣泛(fan)研究(jiu)。由于突破(po)了材料生長(chang)工(gong)藝，獲得(de)了最(zui)優的晶(jing)(jing)格(ge)模型， 1964-1967年(nian)，美國Bell實驗室對(dui)鈮酸鋰(li)(li)的電光、倍頻、壓電、光折變等特(te)性開(kai)展一系(xi)列研究(jiu)。 第(di)(di)三階(jie)段(1970年(nian)至(zhi)今)：我國從1970 年(nian)代開(kai)始鈮酸鋰(li)(li)晶(jing)(jing)體生長(chang)、缺陷、性能(neng)及其應(ying)用研究(jiu)。1980年(nian)，南(nan)(nan)開(kai)大學(xue)與西 南(nan)(nan)技術物(wu)理所合作發現(xian)高摻鎂(mei)鈮酸鋰(li)(li)的高抗光損(sun)傷性能(neng)，該晶(jing)(jing)體被稱為“中國之星”;同(tong)年(nian)，南(nan)(nan)京(jing)大學(xue)突破(po)了周期(qi)極化 鈮酸鋰(li)(li)的生長(chang)工(gong)藝，從實驗上實現(xian)了準相位匹配。
鈮酸鋰晶體性能優異，在調制器制備方案中優勢明顯
鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)具有光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)多、性(xing)(xing)能(neng)可(ke)調(diao)控性(xing)(xing)強、物(wu)理(li)(li)化學性(xing)(xing)能(neng)穩(wen)定、光(guang)(guang)透(tou)過(guo)范圍寬等(deng)(deng)特點。1)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)光(guang)(guang)電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)多，具有包括(kuo)壓電(dian)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、電(dian)光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、非(fei)線性(xing)(xing)光(guang)(guang)學效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、光(guang)(guang)折(zhe)變效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、光(guang)(guang)生伏打效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)、光(guang)(guang)彈效(xiao)(xiao)(xiao) 應(ying)(ying)、聲光(guang)(guang)效(xiao)(xiao)(xiao)應(ying)(ying)等(deng)(deng)多種光(guang)(guang)電(dian)性(xing)(xing)能(neng); 2)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)可(ke)調(diao)控性(xing)(xing)強，是由鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)的(de)(de)(de)晶格結(jie)構和豐(feng)富的(de)(de)(de)缺陷結(jie)構所造成，鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)諸多性(xing)(xing)能(neng)可(ke)以通(tong) 過(guo)晶體(ti)(ti)組(zu)分(fen)、元素(su)摻(chan)雜、價態控制(zhi)等(deng)(deng)進行大幅度(du)調(diao)控; 3)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)物(wu)理(li)(li)化學性(xing)(xing)能(neng)相當穩(wen)定，易于(yu)加(jia)工; 4)光(guang)(guang)透(tou)過(guo)范圍寬，具有較(jiao)大的(de)(de)(de)雙(shuang)折(zhe)射，而(er)且容易制(zhi)備高質量的(de)(de)(de)光(guang)(guang)波導;所以基于(yu)鈮(ni)(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)聲表面波濾波器(qi)(qi)、光(guang)(guang)調(diao)制(zhi)器(qi)(qi)、相位調(diao)制(zhi)器(qi)(qi)、光(guang)(guang)隔離(li)器(qi)(qi)、電(dian)光(guang)(guang)調(diao)Q開關等(deng)(deng)光(guang)(guang)電(dian)器(qi)(qi)件在電(dian)子技(ji)術(shu)、 光(guang)(guang)通(tong)信技(ji)術(shu)、激光(guang)(guang)技(ji)術(shu)等(deng)(deng)領域(yu)中得到了(le)廣泛研究和實際應(ying)(ying)用(yong)。
薄膜鈮酸鋰技術方案新突破，體積顯著變小，利于實現高度集成
鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)方案(an)雖有性能優勢，但也存在不足。1)性能提升空間：受(shou)限于(yu)鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)材(cai)料中(zhong)的自由載流子效應(ying)，傳(chuan)統鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)基光電(dian)調(diao)(diao)(diao)制器(qi)信(xin)號質(zhi)量、帶寬、插入損耗等 關鍵性能參數的提升逐漸遭遇瓶頸，且與CMOS工藝不兼(jian)容。 2)尺(chi)寸問題(ti)：傳(chuan)統鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)調(diao)(diao)(diao)制器(qi)由于(yu)尺(chi)寸較大，難以滿(man)足光器(qi)件小型化趨(qu)勢。 3)成本及價格問題(ti)：鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)調(diao)(diao)(diao)制器(qi)價格數倍于(yu)磷(lin)化銦(yin)調(diao)(diao)(diao)制器(qi)，因此(ci)在中(zhong)距離傳(chuan)輸(shu)場(chang)景(jing)下磷(lin)化銦(yin)調(diao)(diao)(diao)制器(qi)更具優勢。
薄膜鈮酸鋰潛在市場空間接近百億
鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti)市(shi)場穩步增(zeng)長，鈮(ni)酸(suan)鋰(li)調制(zhi)器2024年(nian)(nian)潛在市(shi)場規(gui)模或(huo)近百億(yi)級(ji)。全(quan)(quan)球(qiu)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti)市(shi)場穩步增(zeng)長，2022年(nian)(nian)市(shi)場規(gui)模達(da)1.46億(yi)美元(yuan)。光(guang)學級(ji)是(shi)(shi)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti)的(de)主要類型(xing)，2016年(nian)(nian)占比約(yue)(yue) 60%。根據(ju)(ju)QYReseach數據(ju)(ju)，2016年(nian)(nian)全(quan)(quan)球(qiu)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti)市(shi)場營收(shou)為1.24億(yi)美元(yuan)(約(yue)(yue)8億(yi)元(yuan))，預計2022年(nian)(nian)達(da)到1.46 億(yi)美元(yuan)(約(yue)(yue)10億(yi)元(yuan))，CAGR為2.26%。其中，光(guang)學級(ji)是(shi)(shi)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti)的(de)主要類型(xing)，2016年(nian)(nian)全(quan)(quan)球(qiu)光(guang)學級(ji)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)晶體(ti)(ti)(ti) 銷售(shou)收(shou)入(ru)約(yue)(yue)0.75億(yi)美元(yuan)，約(yue)(yue)占全(quan)(quan)球(qiu)銷售(shou)收(shou)入(ru)的(de)60%。
薄(bo)(bo)膜鈮(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)調(diao)制器2024 年潛在(zai)市(shi)場(chang)規模(mo)或近百億級(ji)。隨著高(gao)速相(xiang)干光(guang)傳輸技術不(bu)斷從長途(tu)/干線(xian)下沉到區域(yu)/數據 中心等(deng)領域(yu)，用于高(gao)速相(xiang)干光(guang)通(tong)信的數字光(guang)調(diao)制器需(xu)求將持續增長，2024年全球高(gao)速相(xiang)干光(guang)調(diao)制器出貨量將達(da)到 200萬端，按照每個端口平均(jun)需(xu)要1～1.5個調(diao)制器，若薄(bo)(bo)膜鈮(ni)酸(suan)(suan)鋰(li)調(diao)制器體滲透率可達(da)50%，對應(ying)的市(shi)場(chang)空間約 82-110億元(yuan)。
硅光技術：具有集成度高、成本下降潛力大、波導傳輸性能優異三大優勢
當前硅光模塊技術階段：硅光子集成
當下是(shi)(shi)(shi)混合(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，單(dan)片集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)是(shi)(shi)(shi)未來技(ji)術(shu)(shu)發展(zhan)方(fang)向。硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)的(de)(de)混合(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)案主(zhu)要包括激(ji)光(guang)(guang)器直接放置(zhi)技(ji)術(shu)(shu)和(he)晶(jing)圓鍵合(he)技(ji)術(shu)(shu)。直接放置(zhi)技(ji)術(shu)(shu)主(zhu)要是(shi)(shi)(shi)指(zhi)采(cai)用倒裝(zhuang)焊或貼裝(zhuang)工藝，將(jiang) 預先制作好的(de)(de)III-V族(zu)材(cai)料(liao)激(ji)光(guang)(guang)器放置(zhi)在硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)子(zi)(zi)芯(xin)片表面，通(tong)過焊球(qiu)完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)電連(lian)接，實現光(guang)(guang)源與(yu)(yu)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)波(bo)導(dao)器件的(de)(de)混合(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。 晶(jing)圓鍵合(he)技(ji)術(shu)(shu)是(shi)(shi)(shi)將(jiang)III-V族(zu)材(cai)料(liao)外(wai)延層集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)至硅(gui)(gui)(gui)波(bo)導(dao)等硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)器件上(shang)方(fang)，由III-V族(zu)材(cai)料(liao)產生的(de)(de)光(guang)(guang)可通(tong)過倏(shu)逝波(bo)耦合(he)的(de)(de)方(fang)式進 入(ru)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)子(zi)(zi)回路，完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)片上(shang)光(guang)(guang)源與(yu)(yu)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)子(zi)(zi)芯(xin)片的(de)(de)混合(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。單(dan)片集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)案主(zhu)要指(zhi)硅(gui)(gui)(gui)上(shang)異質外(wai)延III-V材(cai)料(liao)激(ji)光(guang)(guang)器。與(yu)(yu)混合(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)光(guang)(guang)源相比，單(dan)片集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)案最(zui)主(zhu)要的(de)(de)優勢是(shi)(shi)(shi)其能夠與(yu)(yu)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang) 子(zi)(zi)工藝同(tong)步(bu)縮小線寬、提高集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)度(du)，在大規模光(guang)(guang)子(zi)(zi)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)芯(xin)片的(de)(de)研制中(zhong)有巨大潛力，這也(ye)是(shi)(shi)(shi)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)子(zi)(zi)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)主(zhu)要發展(zhan)方(fang)向。
硅光方案具有集成度高、成本下降潛力大、波導傳輸性能優異三大優勢
硅(gui)(gui)(gui)光(guang)方(fang)案具有(you)集(ji)成度高(gao)、成本(ben)下降潛力大(da)、波導傳(chuan)(chuan)輸性(xing)能(neng)優異三大(da)優勢(shi)。“以(yi)光(guang)代電”是硅(gui)(gui)(gui)光(guang)技術(shu)(shu)出現(xian)的(de)(de)關鍵(jian)思路，即利(li)用激光(guang)束代替(ti)電子(zi)信號進(jin)行(xing)數據傳(chuan)(chuan)輸。硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技術(shu)(shu)是利(li)用現(xian)有(you) CMOS工(gong)藝進(jin)行(xing)光(guang)器(qi)件開發和(he)集(ji)成的(de)(de)新(xin)一(yi)代技術(shu)(shu)，具有(you)集(ji)成度高(gao)特點，并表現(xian)出成本(ben)、波導傳(chuan)(chuan)輸性(xing)能(neng)等(deng)方(fang)面的(de)(de)優勢(shi)。集(ji)成度高(gao)：硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技術(shu)(shu)以(yi)硅(gui)(gui)(gui)作為(wei)集(ji)成芯片的(de)(de)襯(chen)底，硅(gui)(gui)(gui)基(ji)材料成本(ben)低且(qie)延展性(xing)好，可以(yi)利(li)用成熟的(de)(de)CMOS工(gong) 藝制作光(guang)器(qi)件。與傳(chuan)(chuan)統方(fang)案相比(bi)，硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技術(shu)(shu)具有(you)更高(gao)的(de)(de)集(ji)成度及更多的(de)(de)嵌(qian)入(ru)式功能(neng)，有(you)利(li)于提升芯片的(de)(de) 集(ji)成度。
成(cheng)(cheng)本(ben)下降潛(qian)力(li)大(da)(da)(da)(da)：傳統(tong)的(de)GaAs/InP襯底因晶圓(yuan)材料(liao)生(sheng)長受限，生(sheng)產成(cheng)(cheng)本(ben)較高。近年來，隨著傳輸(shu)(shu)速率的(de)進(jin) 一步提(ti)(ti)升，需要(yao)更大(da)(da)(da)(da)的(de)三五族晶圓(yuan)，芯片(pian)(pian)的(de)成(cheng)(cheng)本(ben)支出將進(jin)一步提(ti)(ti)升。與三五族半(ban)導(dao)體相比，硅基(ji)材料(liao)成(cheng)(cheng)本(ben) 較低且可(ke)(ke)以大(da)(da)(da)(da)尺寸(cun)制(zhi)造(zao)，芯片(pian)(pian)成(cheng)(cheng)本(ben)得(de)以大(da)(da)(da)(da)幅降低。波(bo)(bo)導(dao)傳輸(shu)(shu)性能優異：硅的(de)禁(jin)帶(dai)寬度(du)為1.12eV，對(dui)應的(de)光(guang)波(bo)(bo)長為1.1μm。因此，硅對(dui)于1.1-1.6 μm的(de)通信波(bo)(bo) 段(典型波(bo)(bo)長1.31μm/1.55 μm)是(shi)透明的(de)，具有優異的(de)波(bo)(bo)導(dao)傳輸(shu)(shu)特性。此外，硅的(de)折(zhe)射率高達3.42，與二(er) 氧化硅可(ke)(ke)形成(cheng)(cheng)較大(da)(da)(da)(da)的(de)折(zhe)射率差(cha)，確(que)保硅波(bo)(bo)導(dao)可(ke)(ke)以具有較小的(de)波(bo)(bo)導(dao)彎曲半(ban)徑(jing)。
硅光方案產業化面臨設計架構、制造工藝、封裝、配套器件等難題
硅光(guang)方案產業(ye)化面(mian)臨(lin)設計架構(gou)(gou)、制(zhi)(zhi)造工藝、封(feng)裝(zhuang)、配(pei)套器(qi)(qi)(qi)(qi)件等難(nan)題(ti)。設計面(mian)臨(lin)著(zhu)架構(gou)(gou)不(bu)完善、體積(ji)和(he)性能平(ping)衡等難(nan)題(ti)：前端(duan)集(ji)成(cheng)則(ze)面(mian)積(ji)利(li)用(yong)率較低，工藝成(cheng)本高(gao);后端(duan)集(ji)成(cheng)制(zhi)(zhi)造 難(nan)度(du)大(da)，尤其是波(bo)導制(zhi)(zhi)備還很難(nan)完成(cheng);混(hun)合集(ji)成(cheng)的成(cheng)本與(yu)設計難(nan)度(du)仍然(ran)不(bu)小。 硅光(guang)芯(xin)片制(zhi)(zhi)造工藝不(bu)統一、設備短缺：光(guang)學元器(qi)(qi)(qi)(qi)件對(dui)制(zhi)(zhi)造工藝要求更精確，些許(xu)偏差就(jiu)可能造成(cheng)巨大(da)問(wen)題(ti)， 從而(er)影響到良品率與(yu)制(zhi)(zhi)造成(cheng)本。 封(feng)裝(zhuang)問(wen)題(ti)：硅光(guang)芯(xin)片所采(cai)用(yong)的光(guang)的波(bo)長非(fei)常的小，跟(gen)光(guang)纖、激光(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)存在不(bu)匹配(pei)問(wen)題(ti)，導致耦合損耗比較大(da)。 配(pei)套器(qi)(qi)(qi)(qi)件技術、成(cheng)本問(wen)題(ti)：硅光(guang)芯(xin)片需要的配(pei)套光(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)件很多，如調制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)、陶瓷套管(guan)/插芯(xin)、光(guang)收發接口等， 而(er)這些光(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)件仍然(ran)面(mian)臨(lin)技術不(bu)完善、制(zhi)(zhi)造成(cheng)本高(gao)等問(wen)題(ti)。
硅光模塊在高速率傳輸網中優勢明顯，需求增速將高于傳統光模塊
硅光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)空間廣闊(kuo)，未(wei)來(lai)在高(gao)速光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)占有率(lv)將達(da)到(dao)(dao)60%以上。2020年(nian)(nian)以來(lai)，全(quan)球(qiu)大型(xing)數(shu)據中心(xin)、5G基站等建設速度加快，目前已進入快速發展期。在此背景下，全(quan)球(qiu)光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)景氣度將迅速提升，預(yu)計(ji)到(dao)(dao)2025年(nian)(nian)市(shi)(shi)(shi)場(chang)規模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)將達(da)到(dao)(dao)180億(yi)美元(yuan)左(zuo)(zuo)右(you)(you)。硅光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)在高(gao)速率(lv)傳輸網中優勢明(ming)顯，需求增速將高(gao)于傳統(tong)光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)，市(shi)(shi)(shi)場(chang)規模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)將快速擴張。Yole預(yu)計(ji)硅光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)規模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)將從2016年(nian)(nian)的2.02億(yi)美元(yuan)，增長(chang)(chang)到(dao)(dao)2025年(nian)(nian)的36.7億(yi)美元(yuan)，200G/400G和100G光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)規模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的復(fu)合增長(chang)(chang)率(lv)分別達(da)到(dao)(dao)95.9%、37.3%。新思界產業研究中心(xin)認為(wei)，2020年(nian)(nian)全(quan)球(qiu)硅光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)普(pu)及(ji)率(lv)較低(di)，僅為(wei)15%左(zuo)(zuo)右(you)(you)，在5G與數(shu)據中心(xin)行業拉動下，預(yu)計(ji)到(dao)(dao)2025年(nian)(nian)其(qi)市(shi)(shi)(shi)場(chang)普(pu)及(ji)率(lv)將達(da)到(dao)(dao)45%左(zuo)(zuo)右(you)(you)，其(qi)中，在高(gao)速光(guang)(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)市(shi)(shi)(shi)場(chang)中占有率(lv)更高(gao)，將達(da)到(dao)(dao)60%以上。
硅光技術應用場景及相關廠商布局
數(shu)據中心、5G承載(zai)網(wang)、光(guang)(guang)(guang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)等市場將為(wei)硅光(guang)(guang)(guang)打開增長空間(jian)。 硅光(guang)(guang)(guang)技術應用場景及相關廠(chang)商(shang)布局 www.cgws.com 22 1)數(shu)據中心場景下，通信速(su)率正由100、200G向400G、800G、1.6T迭(die)(die)代，而(er)且迭(die)(die)代周期持續縮(suo)短。在(zai)(zai)(zai)此背景下， 傳(chuan)(chuan)(chuan)統的(de)(de)可插拔光(guang)(guang)(guang)模塊在(zai)(zai)(zai)性(xing)價比及功耗方面(mian)難有(you)進步空間(jian)，而(er)高(gao)集成高(gao)速(su)硅光(guang)(guang)(guang)芯片(pian)由于在(zai)(zai)(zai)潛在(zai)(zai)(zai)降價空間(jian)與功耗方面(mian) 有(you)明顯優(you)勢，成為(wei)更優(you)越的(de)(de)選項。 2)在(zai)(zai)(zai)5G承載(zai)網(wang)市場中，5G前傳(chuan)(chuan)(chuan)是(shi)硅光(guang)(guang)(guang)技術的(de)(de)又一市場增長點，Intel已針(zhen)對5G前傳(chuan)(chuan)(chuan)發布具有(you)擴展工作(zuo)(zuo)溫度范圍的(de)(de) 100G收發器，支持在(zai)(zai)(zai)-40℃~85℃的(de)(de)工作(zuo)(zuo)溫度范圍內通過(guo)單(dan)模光(guang)(guang)(guang)纖實現10km鏈路。 3)光(guang)(guang)(guang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)領域硅光(guang)(guang)(guang)發展潛力巨大，現階段來看(kan)，面(mian)向自動駕駛的(de)(de)激光(guang)(guang)(guang)雷達硅光(guang)(guang)(guang)芯片(pian)以及面(mian)向消費者健(jian)康監(jian)測及診 斷的(de)(de)硅光(guang)(guang)(guang)芯片(pian)將是(shi)重(zhong)要增長點。
LPO：成本優勢突出，滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求
LPO技術方案：大幅減少系統功耗與時延
相較DSP方(fang)(fang)案，LPO可大(da)(da)幅(fu)度減(jian)少(shao)(shao)系(xi)統(tong)功(gong)耗和(he)時延，但只(zhi)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)短(duan)距(ju)傳輸。 LPO技(ji)術(shu)方(fang)(fang)案：大(da)(da)幅(fu)減(jian)少(shao)(shao)系(xi)統(tong)功(gong)耗與時延，LPO(Linear-drive Pluggable Optics)是線性驅動(dong)可插撥光(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)，在數據鏈(lian)路中只(zhi)使(shi)用(yong)(yong)(yong)線性模(mo)(mo)擬元件，無 CDR或DSP的(de)設計方(fang)(fang)案。 通過LPO線性直驅的(de)技(ji)術(shu)把DSP替換(huan)，使(shi)用(yong)(yong)(yong)高(gao)線性度、具(ju)備EQ功(gong)能(neng)(neng)的(de)TIA和(he)DRIVER芯片，功(gong)耗大(da)(da)幅(fu)降低(di)(di)、 延遲提升(功(gong)耗相較DSP可下降接近50%)，但是系(xi)統(tong)誤碼率和(he)傳輸距(ju)離(li)有(you)所犧(xi)牲，LPO只(zhi)適用(yong)(yong)(yong)于(yu)特定短(duan) 距(ju)離(li)應用(yong)(yong)(yong)場景，如：數據中心服務器到交換(huan)機的(de)鏈(lian)接，但未來可能(neng)(neng)會用(yong)(yong)(yong)于(yu)500m以內(nei)，滿足數據中心最大(da)(da)的(de) 需求。 考慮到傳統(tong)光(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)中DSP芯片的(de)BOM成本占比不(bu)低(di)(di)，LPO的(de)低(di)(di)價格特性有(you)可能(neng)(neng)在800G時代實(shi)現大(da)(da)放量。
LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優勢
LPO具有功(gong)耗低(di)(di)、低(di)(di)延(yan)遲(chi)、低(di)(di)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)、可(ke)(ke)熱插(cha)(cha)拔(ba)的(de)優勢。 LPO具有功(gong)耗低(di)(di)、低(di)(di)延(yan)遲(chi)、低(di)(di)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)、可(ke)(ke)熱插(cha)(cha)拔(ba)的(de)優勢。功(gong)耗低(di)(di)：相(xiang)(xiang)比于可(ke)(ke)插(cha)(cha)拔(ba)光(guang)模(mo)塊(kuai)，LPO的(de)功(gong)耗下降(jiang)(jiang)約50%，與CPO的(de)功(gong)耗接近。低(di)(di)延(yan)遲(chi)：由于不再采(cai)用(yong)DSP，不涉及對信(xin)號的(de)復原，整個系(xi)統(tong)的(de)latency大大降(jiang)(jiang)低(di)(di)，可(ke)(ke)以(yi)應用(yong)到對延(yan)遲(chi)要(yao)求比較(jiao)高 的(de)場景，例如高性能計算中(zhong)(zhong)心(HPC)中(zhong)(zhong)GPU之間的(de)互聯。低(di)(di)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)：由于不再需要(yao)采(cai)用(yong)5nm/7nm工藝(yi)的(de)DSP芯片，系(xi)統(tong)的(de)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)得以(yi)降(jiang)(jiang)低(di)(di)。800G光(guang)模(mo)塊(kuai)中(zhong)(zhong)，BOM成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)約為(wei)600- 700美金，DSP芯片的(de)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)約為(wei)50-70美金。Driver和(he)TIA里集成(cheng)(cheng)了EQ功(gong)能，成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)會增加(jia)3-5美金，系(xi)統(tong)總成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)下降(jiang)(jiang) 在8%左右。可(ke)(ke)熱插(cha)(cha)拔(ba)：相(xiang)(xiang)比于CPO而(er)言，LPO仍然采(cai)用(yong)可(ke)(ke)插(cha)(cha)拔(ba)模(mo)塊(kuai)的(de)形式，其可(ke)(ke)靠性高，維護方(fang)便，可(ke)(ke)以(yi)利用(yong)成(cheng)(cheng)熟的(de)光(guang)模(mo)塊(kuai) 供應鏈(lian)，并(bing)未像CPO進行(xing)較(jiao)大的(de)封(feng)裝形式革新，成(cheng)(cheng)為(wei)LPO方(fang)案受到關注的(de)另一(yi)大原因(yin)。
滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求
LPO技術(shu)適用于AI大模(mo)型預訓(xun)練。800G LPO技術(shu)無需DSP或者(zhe)CDR芯(xin)片，因此(ci)相比傳(chuan)統的DSP解(jie)決方(fang)案(an)大大降低(di)了功耗和(he)延遲。這種低(di)延遲傳(chuan)輸(shu)能 力(li)非常有利于當前機器學(xue)習ML和(he)高性(xing)能計算HPC等領域交(jiao)換機之間(jian)，交(jiao)換機到(dao)服務器和(he)GPU之間(jian)的傳(chuan)輸(shu)應用，而其 系(xi)統誤(wu)碼(ma)率和(he)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離較(jiao)短(duan)的問題(ti)，在(zai)AI計算中心短(duan)距(ju)離應用場景下解(jie)決，較(jiao)為(wei)適合AI大模(mo)型預訓(xun)練場景，在(zai)AI時代有望加速(su)落地。
