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，縮短了光引擎和交換(huan)芯片(pian)間(jian)的距(ju)(ju)離，主(zhu)要應(ying) 用于超(chao)大型(xing)云服務商數通(tong)短距(ju)(ju)場景，將有效解決(jue)高速率高密度互(hu)聯傳(chuan)輸(shu)。薄膜鈮酸(suan)(suan)鋰方(fang)案：技術突破，尺(chi)寸(cun)與集成度問(wen)題(ti)得以改善(shan)帶來新發展。鈮酸(suan)(suan)鋰材料研究歷(li)史較(jiao)早，具備(bei)優異性能;隨 著薄膜鈮酸(suan)(suan)鋰新技術突破，大幅(fu)改善(shan)尺(chi)寸(cun)及價格問(wen)題(ti)，隨著相干技術下沉(chen)為相干光調制器帶來重要發展機遇。
硅(gui)(gui)光方案：具有集成度高、成本(ben)下(xia)降潛力(li)大、波導傳(chuan)(chuan)輸性能優異三大優勢。硅(gui)(gui)光模(mo)塊(kuai)在(zai)(zai)高速(su)率(lv)傳(chuan)(chuan)輸網中(zhong)(zhong)優勢明顯(xian)，需 求增(zeng)(zeng)速(su)將高于(yu)傳(chuan)(chuan)統光模(mo)塊(kuai);硅(gui)(gui)光模(mo)塊(kuai)有望(wang)在(zai)(zai)2025年高速(su)光模(mo)塊(kuai)市場中(zhong)(zhong)占據60%以上份額。 LPO方案：成本(ben)優勢突出，滿足AI計算(suan)中(zhong)(zhong)心(xin)短距(ju)離(li)、大寬帶、低延時要求。相較DSP方案，LPO可大幅度減少(shao)系統功耗(hao) 和時延，適(shi)用(yong)(yong)于(yu)短距(ju)傳(chuan)(chuan)輸;而其系統誤碼(ma)率(lv)和傳(chuan)(chuan)輸距(ju)離(li)較短的(de)問題，因為在(zai)(zai)AI計算(suan)中(zhong)(zhong)心(xin)短距(ju)離(li)應用(yong)(yong)場景下(xia)較為適(shi)配(pei)， 得以彌補(bu)。 我們認為，光模(mo)塊(kuai)作為AI算(suan)力(li)環節中(zhong)(zhong)國(guo)產(chan)化(hua)程度高，技(ji)術儲備前沿核心(xin)產(chan)品，受AI大模(mo)型(xing)發展驅動(dong)算(suan)力(li)持續升(sheng)級需求 將帶來快速(su)增(zeng)(zeng)長，建議(yi)關(guan)注前瞻布局CPO/LPO等新技(ji)術主要玩(wan)家(jia)以及(ji)產(chan)品批量及(ji)出貨情況(kuang)。
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(kuai)(kuai)產(chan)品升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)迭代(dai)路線：小型(xing)化、高速(su)率(lv)、低功耗不斷(duan)升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)。 數據中心側(ce)：隨著數據流量(liang)爆發(fa)與下游應用的豐富，帶動高速(su)光(guang)模(mo)塊(kuai)(kuai)速(su)率(lv)的持續升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)，當前全球主要(yao)玩家800G進(jin)入(ru) 導入(ru)驗證(zheng)及批量(liang)出(chu)貨進(jin)程，1.6T產(chan)品不斷(duan)前瞻研發(fa)中。 電信側(ce)：隨著“雙(shuang)千兆”網絡建(jian)設持續推進(jin)，不斷(duan)推動國(guo)內外(wai)10G PON光(guang)模(mo)塊(kuai)(kuai)持續升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)。此外(wai)，海外(wai)光(guang)纖到(dao)戶滲透率(lv) 較(jiao)低，隨著新一(yi)輪升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)改造，海外(wai)PON模(mo)塊(kuai)(kuai)有望(wang)加速(su)發(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(shu)的(de)(de)逐步應用與產業化帶來(lai)(lai)數據流(liu)量的(de)(de)快速(su)增(zeng)長(chang)，數據中 心進(jin)一步向(xiang)大型化、集中化轉變，將帶動(dong)高(gao)速(su)率(lv)及中長(chang)距離光模(mo)塊的(de)(de)快速(su)發展(zhan)。目(mu)前全(quan)球主要的(de)(de)云廠商已在(zai)數據 中心內部(bu)批量部(bu)署200/400G光模(mo)塊，隨(sui)著AIGC發展(zhan)趨勢明朗(lang)，高(gao)算力需求催化更高(gao)速(su)率(lv)的(de)(de)800G/1.6T光模(mo)塊需求。 由于光模(mo)塊速(su)率(lv)升(sheng)級(ji)過程中會帶來(lai)(lai)功率(lv)損(sun)耗、信(xin)號(hao)失真等問題，以及速(su)率(lv)提升(sheng)中對(dui)光芯片性能(neng)提出了更高(gao)要求， 進(jin)而導致整體成(cheng)本(ben)提升(sheng)，驅動(dong)更高(gao)速(su)率(lv)光模(mo)塊的(de)(de)多種技術(shu)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
大模型(xing)時(shi)代帶來高算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求，降低(di)功(gong)耗(hao)將(jiang)為超(chao)算(suan)(suan)(suan)(suan)廠(chang)(chang)商帶來競(jing)爭(zheng)優勢(shi)。 大模型(xing)時(shi)代催生高算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求 圖表3：大模型(xing)時(shi)代算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求 www.cgws.com 6 據(ju)OpenAI測(ce)算(suan)(suan)(suan)(suan)，自2012年以來，全(quan)球(qiu)頭(tou)(tou)部AI模型(xing)訓練(lian)算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求3-4個月翻(fan)一番，每年頭(tou)(tou)部訓練(lian)模型(xing)所需(xu)(xu)(xu)算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)增長幅 度(du)高達10倍(bei)。高算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求會帶來功(gong)耗(hao)上的提高，超(chao)算(suan)(suan)(suan)(suan)廠(chang)(chang)商的成本(ben)也會隨(sui)之上升。因此，在算(suan)(suan)(suan)(suan)力(li)(li)需(xu)(xu)(xu)求快速提升的背 景下降低(di)功(gong)耗(hao)將(jiang)為超(chao)算(suan)(suan)(suan)(suan)廠(chang)(chang)商帶來競(jing)爭(zheng)優勢(shi)。
CPO技術：光電一體封裝，大幅降低功耗
CPO技術具有(you)低(di)功耗、高性能、高質(zhi)量、高傳(chuan)輸(shu)的(de)(de)(de)優勢(shi)，隨(sui)著5G時代高帶寬的(de)(de)(de)計算、傳(chuan)輸(shu)、存儲的(de)(de)(de)要求(qiu)，以及(ji)硅光技術的(de)(de)(de)成熟(shu)，板(ban)上和(he)板(ban)間也(ye)(ye)進入了光互聯時代，通道數也(ye)(ye)大 幅(fu)增加，封(feng)(feng)裝上要求(qiu)將光芯片(pian)與ASIC控制(zhi)芯片(pian)封(feng)(feng)裝在一(yi)(yi)起，以提(ti)高互聯密度，提(ti)出了光電(dian)共(gong)(gong)封(feng)(feng)裝(CPO)的(de)(de)(de)相關概(gai)念。 CPO是指把光引擎(qing)和(he)交換(huan)芯片(pian)共(gong)(gong)同封(feng)(feng)裝在一(yi)(yi)起的(de)(de)(de)光電(dian)共(gong)(gong)封(feng)(feng)裝，這種(zhong)方式能夠使得電(dian)信號(hao)在引擎(qing)和(he)芯片(pian)之間更快的(de)(de)(de)傳(chuan)輸(shu)， 縮短了光引擎(qing)和(he)交換(huan)芯片(pian)間的(de)(de)(de)距離，有(you)效減少(shao)尺寸，降低(di)功耗，提(ti)高效率。
CPO出貨量從800G開始，未來市場空間廣闊
CPO發展目(mu)前處于(yu)起步階段，未來市場(chang)空間廣(guang)闊(kuo)。LightCounting認為，CPO出(chu)貨量預計(ji)(ji)將從800G和1.6T端口(kou)開(kai)始(shi)(shi)，于(yu)2024至2025年開(kai)始(shi)(shi)商(shang)(shang)用(yong)，2026至2027年開(kai) 始(shi)(shi)規模上量，主要應(ying)用(yong)于(yu)超大型云(yun)服(fu)務(wu)商(shang)(shang)的(de)數(shu)(shu)通短距場(chang)景。CIR預計(ji)(ji)到2027年，共(gong)封裝光(guang)學(xue)的(de)市場(chang)收(shou)入將達到 54 億美(mei)元(yuan)(yuan)。全球CPO端口(kou)的(de)銷售(shou)量將從2023年的(de)5萬增長到2027年的(de)450萬。2027年，CPO端口(kou)在(zai)800G和1.6T出(chu)貨總數(shu)(shu) 中占(zhan)比接近30%。Yole報告數(shu)(shu)據顯示(shi)，2022年CPO市場(chang)產生(sheng)的(de)收(shou)入達到約3800萬美(mei)元(yuan)(yuan)，預計(ji)(ji)2033年將達到26 億美(mei)元(yuan)(yuan)，2022-2033年復合年增長率為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)有效解決高速(su)高密度互聯傳輸(shu)。LightCounting在(zai)(zai)(zai)2022年12月報告中(zhong)(zhong)稱，AI對網絡速(su)率的(de)需求是目前的(de)10倍(bei)以上，在(zai)(zai)(zai)這一背景(jing)(jing)下，CPO有望將(jiang)現(xian)有可(ke)插 拔光模(mo)塊架(jia)構的(de)功耗降低(di)50%，將(jiang)有效解決高速(su)高密度互聯傳輸(shu)場(chang)景(jing)(jing)。CIR表示，基于(yu)CPO的(de)設(she)備最初將(jiang)用于(yu)超(chao)大規模(mo) 數據中(zhong)(zhong)心(xin)，此外，CPO預計(ji)將(jiang)在(zai)(zai)(zai)一年左(zuo)右(you)的(de)時間進入其他(ta)類型的(de)數據中(zhong)(zhong)心(xin)，未來(lai)將(jiang)進一步在(zai)(zai)(zai)邊緣和(he)城域網絡、高性(xing)能(neng)計(ji) 算和(he)傳感器等領域發揮更多優勢。
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)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)材料(liao)的(de)(de)研究已經接近100年，可以劃分為三個(ge)階段： 發展歷(li)程(cheng)：鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)材料(liao)已有百年研究過程(cheng) 第一階段(1928-1965年)：國外對鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)的(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)工藝(yi)和晶(jing)(jing)格(ge)結構展開研究。1928年礦物學家(jia)Zachariasian 首次對鈮(ni)(ni)酸(suan) 鋰(li)(li)結構特(te)性開展初步研究;1937年，Sue等實驗合(he)成(cheng)(cheng)了鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)，未引起(qi)廣(guang)泛關注;直(zhi)至(zhi)1949 年，美國Bell實驗室的(de)(de) Matthias 和 Remeika發現其高溫鐵電特(te)性，鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)正式進(jin)入人們視(shi)野;1964年，Bell 實驗室的(de)(de)Ballman利(li)用(yong)Czochralski 法成(cheng)(cheng)功生(sheng)(sheng)長(chang)出厘米級鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)晶(jing)(jing)體(ti);1965年，Bell實驗室的(de)(de)Nassau和 Levinstein找到制備(bei)單疇鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)的(de)(de)方法;1965年， Abrahams等建立新的(de)(de)鐵電與順(shun)電相下(xia)鈮(ni)(ni)酸(suan)鋰(li)(li)晶(jing)(jing)格(ge)結構模型 ，一直(zhi)沿用(yong)至(zhi)今。
第(di)二階(jie)段(duan)(1964-1967年(nian)(nian))：國外對鈮酸鋰的(de)(de)(de)特性展開廣泛研(yan)究。由于突(tu)破了(le)材料生(sheng)長(chang)(chang)工藝，獲得(de)了(le)最(zui)優的(de)(de)(de)晶格模型， 1964-1967年(nian)(nian)，美(mei)國Bell實(shi)驗室對鈮酸鋰的(de)(de)(de)電光(guang)、倍頻(pin)、壓(ya)電、光(guang)折變等特性開展一系列研(yan)究。 第(di)三階(jie)段(duan)(1970年(nian)(nian)至今)：我國從1970 年(nian)(nian)代開始鈮酸鋰晶體生(sheng)長(chang)(chang)、缺陷、性能(neng)及其應(ying)用研(yan)究。1980年(nian)(nian)，南開大學(xue)與西(xi) 南技術物理所合作發現高摻(chan)鎂鈮酸鋰的(de)(de)(de)高抗光(guang)損傷性能(neng)，該晶體被稱為“中國之星”;同年(nian)(nian)，南京大學(xue)突(tu)破了(le)周期極化 鈮酸鋰的(de)(de)(de)生(sheng)長(chang)(chang)工藝，從實(shi)驗上實(shi)現了(le)準相(xiang)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)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體具有光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)多(duo)、性(xing)(xing)(xing)能(neng)可(ke)調(diao)控(kong)性(xing)(xing)(xing)強(qiang)、物理(li)化學性(xing)(xing)(xing)能(neng)穩定、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)透(tou)過(guo)范圍寬等(deng)(deng)特點(dian)。1)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)多(duo)，具有包括(kuo)壓電(dian)(dian)效(xiao)應(ying)、電(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效(xiao)應(ying)、非(fei)線(xian)性(xing)(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學效(xiao)應(ying)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)折(zhe)(zhe)變(bian)效(xiao)應(ying)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)生伏打效(xiao)應(ying)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)彈效(xiao) 應(ying)、聲光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)效(xiao)應(ying)等(deng)(deng)多(duo)種光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)性(xing)(xing)(xing)能(neng); 2)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體的性(xing)(xing)(xing)能(neng)可(ke)調(diao)控(kong)性(xing)(xing)(xing)強(qiang)，是由鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)的晶(jing)格結構和豐富的缺陷(xian)結構所造成，鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體的諸多(duo)性(xing)(xing)(xing)能(neng)可(ke)以(yi)通 過(guo)晶(jing)體組分(fen)、元素摻雜、價態控(kong)制(zhi)等(deng)(deng)進行大(da)幅(fu)度調(diao)控(kong); 3)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體的物理(li)化學性(xing)(xing)(xing)能(neng)相當穩定，易于(yu)加工; 4)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)透(tou)過(guo)范圍寬，具有較大(da)的雙(shuang)折(zhe)(zhe)射，而且(qie)容易制(zhi)備高(gao)質(zhi)量的光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)導;所以(yi)基于(yu)鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)(li)(li)晶(jing)體的聲表面波(bo)濾波(bo)器、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)調(diao)制(zhi)器、相位調(diao)制(zhi)器、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)隔離(li)器、電(dian)(dian)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)調(diao)Q開關等(deng)(deng)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)電(dian)(dian)器件在電(dian)(dian)子技(ji)術、 光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通信(xin)技(ji)術、激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)技(ji)術等(deng)(deng)領域中(zhong)得到了廣(guang)泛研究和實際應(ying)用。
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)酸(suan)鋰(li)(li)方案雖有性能(neng)優(you)勢(shi)，但也存在不足。1)性能(neng)提(ti)(ti)升空間：受限于鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)材料(liao)中的自由載流子(zi)效應，傳(chuan)統鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)基(ji)光電(dian)調(diao)(diao)制器(qi)(qi)(qi)信號(hao)質量、帶(dai)寬、插入(ru)損(sun)耗等 關鍵(jian)性能(neng)參數(shu)(shu)的提(ti)(ti)升逐漸遭遇(yu)瓶頸(jing)，且與CMOS工藝不兼(jian)容。 2)尺寸問(wen)(wen)題(ti)：傳(chuan)統鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)調(diao)(diao)制器(qi)(qi)(qi)由于尺寸較(jiao)大，難以滿足光器(qi)(qi)(qi)件小(xiao)型化(hua)(hua)趨勢(shi)。 3)成本及價格(ge)問(wen)(wen)題(ti)：鈮(ni)酸(suan)鋰(li)(li)調(diao)(diao)制器(qi)(qi)(qi)價格(ge)數(shu)(shu)倍于磷化(hua)(hua)銦(yin)調(diao)(diao)制器(qi)(qi)(qi)，因此在中距離(li)傳(chuan)輸場景下磷化(hua)(hua)銦(yin)調(diao)(diao)制器(qi)(qi)(qi)更具(ju)優(you)勢(shi)。
薄膜鈮酸鋰潛在市場空間接近百億
鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體市(shi)(shi)場穩步增(zeng)長(chang)，鈮酸(suan)鋰調(diao)制(zhi)器2024年(nian)(nian)潛(qian)在市(shi)(shi)場規模(mo)(mo)或近百億(yi)級(ji)(ji)。全(quan)球(qiu)鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體市(shi)(shi)場穩步增(zeng)長(chang)，2022年(nian)(nian)市(shi)(shi)場規模(mo)(mo)達(da)1.46億(yi)美元。光(guang)學(xue)級(ji)(ji)是(shi)鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體的(de)主要類型，2016年(nian)(nian)占比約(yue)(yue) 60%。根據QYReseach數據，2016年(nian)(nian)全(quan)球(qiu)鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體市(shi)(shi)場營(ying)收(shou)為(wei)1.24億(yi)美元(約(yue)(yue)8億(yi)元)，預(yu)計2022年(nian)(nian)達(da)到1.46 億(yi)美元(約(yue)(yue)10億(yi)元)，CAGR為(wei)2.26%。其中，光(guang)學(xue)級(ji)(ji)是(shi)鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體的(de)主要類型，2016年(nian)(nian)全(quan)球(qiu)光(guang)學(xue)級(ji)(ji)鈮酸(suan)鋰晶(jing)(jing)體 銷售收(shou)入(ru)約(yue)(yue)0.75億(yi)美元，約(yue)(yue)占全(quan)球(qiu)銷售收(shou)入(ru)的(de)60%。
薄(bo)膜(mo)鈮酸鋰(li)調制器2024 年(nian)潛在(zai)市(shi)場規模(mo)或近百億(yi)級。隨(sui)著高(gao)速(su)相干光(guang)(guang)(guang)傳輸技術不(bu)斷從長途(tu)/干線下(xia)沉到區域(yu)/數據(ju) 中(zhong)心等領(ling)域(yu)，用(yong)于高(gao)速(su)相干光(guang)(guang)(guang)通信的數字光(guang)(guang)(guang)調制器需求(qiu)將持續增長，2024年(nian)全(quan)球高(gao)速(su)相干光(guang)(guang)(guang)調制器出貨量(liang)將達到 200萬端，按照(zhao)每個(ge)端口平均(jun)需要1～1.5個(ge)調制器，若(ruo)薄(bo)膜(mo)鈮酸鋰(li)調制器體滲透率可達50%，對應的市(shi)場空間約 82-110億(yi)元。
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(dang)下(xia)是(shi)(shi)(shi)(shi)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，單(dan)片(pian)(pian)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)是(shi)(shi)(shi)(shi)未來技(ji)(ji)(ji)(ji)術發(fa)展(zhan)方(fang)(fang)向。硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)(fang)案(an)主(zhu)要包括(kuo)激光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器直接(jie)放置(zhi)(zhi)技(ji)(ji)(ji)(ji)術和(he)晶(jing)圓鍵合(he)技(ji)(ji)(ji)(ji)術。直接(jie)放置(zhi)(zhi)技(ji)(ji)(ji)(ji)術主(zhu)要是(shi)(shi)(shi)(shi)指(zhi)采用倒裝焊或貼裝工藝(yi)，將(jiang) 預先(xian)制作好的(de)III-V族材(cai)(cai)料激光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器放置(zhi)(zhi)在硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子芯(xin)片(pian)(pian)表面，通(tong)過(guo)焊球完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)電連接(jie)，實(shi)現光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源與(yu)硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)波(bo)導器件的(de)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。 晶(jing)圓鍵合(he)技(ji)(ji)(ji)(ji)術是(shi)(shi)(shi)(shi)將(jiang)III-V族材(cai)(cai)料外延層集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)至硅(gui)(gui)波(bo)導等硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器件上(shang)方(fang)(fang)，由III-V族材(cai)(cai)料產生的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)可通(tong)過(guo)倏逝波(bo)耦合(he)的(de)方(fang)(fang)式進 入硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子回路，完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)片(pian)(pian)上(shang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源與(yu)硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子芯(xin)片(pian)(pian)的(de)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。單(dan)片(pian)(pian)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)(fang)案(an)主(zhu)要指(zhi)硅(gui)(gui)上(shang)異(yi)質外延III-V材(cai)(cai)料激光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器。與(yu)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源相比，單(dan)片(pian)(pian)集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)方(fang)(fang)案(an)最主(zhu)要的(de)優勢(shi)是(shi)(shi)(shi)(shi)其能(neng)夠與(yu)硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang) 子工藝(yi)同步縮小線寬、提高集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)度，在大規(gui)模(mo)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子集(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)芯(xin)片(pian)(pian)的(de)研制中有巨大潛力(li)，這也(ye)是(shi)(shi)(shi)(shi)硅(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)子技(ji)(ji)(ji)(ji)術的(de)主(zhu)要發(fa)展(zhan)方(fang)(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)方案(an)具(ju)有(you)(you)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度高(gao)、成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)下降潛力(li)大、波導傳輸(shu)性(xing)能(neng)優異三大優勢。“以(yi)光(guang)代(dai)電(dian)”是硅(gui)(gui)(gui)光(guang)技(ji)術(shu)(shu)出(chu)現的(de)關鍵思(si)路，即利(li)用(yong)激光(guang)束代(dai)替(ti)電(dian)子(zi)信號進行數據傳輸(shu)。硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技(ji)術(shu)(shu)是利(li)用(yong)現有(you)(you) CMOS工藝(yi)進行光(guang)器(qi)件開發(fa)和(he)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)新一代(dai)技(ji)術(shu)(shu)，具(ju)有(you)(you)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度高(gao)特(te)點，并表現出(chu)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)、波導傳輸(shu)性(xing)能(neng)等方面(mian)的(de)優勢。集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度高(gao)：硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技(ji)術(shu)(shu)以(yi)硅(gui)(gui)(gui)作為集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)芯片的(de)襯底，硅(gui)(gui)(gui)基材(cai)料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)低且(qie)延展性(xing)好，可以(yi)利(li)用(yong)成(cheng)(cheng)(cheng)熟的(de)CMOS工 藝(yi)制作光(guang)器(qi)件。與傳統方案(an)相比，硅(gui)(gui)(gui)光(guang)子(zi)技(ji)術(shu)(shu)具(ju)有(you)(you)更(geng)高(gao)的(de)集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度及更(geng)多的(de)嵌入(ru)式功(gong)能(neng)，有(you)(you)利(li)于提升芯片的(de) 集(ji)(ji)(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)度。
成本(ben)下降(jiang)潛力大(da)：傳統的(de)(de)GaAs/InP襯底因(yin)晶圓材料生長受限，生產(chan)成本(ben)較(jiao)高。近年(nian)來，隨(sui)著傳輸(shu)速率的(de)(de)進 一步提升，需要更大(da)的(de)(de)三(san)五(wu)族(zu)晶圓，芯(xin)(xin)片的(de)(de)成本(ben)支出將(jiang)進一步提升。與(yu)三(san)五(wu)族(zu)半(ban)導體(ti)相比(bi)，硅(gui)基(ji)材料成本(ben) 較(jiao)低(di)且可(ke)以大(da)尺寸(cun)制(zhi)造，芯(xin)(xin)片成本(ben)得以大(da)幅降(jiang)低(di)。波(bo)(bo)(bo)導傳輸(shu)性能優(you)異(yi)：硅(gui)的(de)(de)禁(jin)帶寬度為(wei)1.12eV，對應的(de)(de)光(guang)波(bo)(bo)(bo)長為(wei)1.1μm。因(yin)此，硅(gui)對于1.1-1.6 μm的(de)(de)通信波(bo)(bo)(bo) 段(典(dian)型波(bo)(bo)(bo)長1.31μm/1.55 μm)是透(tou)明(ming)的(de)(de)，具有(you)優(you)異(yi)的(de)(de)波(bo)(bo)(bo)導傳輸(shu)特性。此外，硅(gui)的(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)率高達3.42，與(yu)二 氧化硅(gui)可(ke)形(xing)成較(jiao)大(da)的(de)(de)折(zhe)(zhe)射(she)率差(cha)，確保(bao)硅(gui)波(bo)(bo)(bo)導可(ke)以具有(you)較(jiao)小(xiao)的(de)(de)波(bo)(bo)(bo)導彎曲半(ban)徑。
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(gui)光(guang)(guang)方案產業化面(mian)臨(lin)設(she)(she)計(ji)架構、制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝、封裝、配套(tao)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)等(deng)難題(ti)。設(she)(she)計(ji)面(mian)臨(lin)著架構不(bu)(bu)完善、體積和(he)性能(neng)平衡等(deng)難題(ti)：前端(duan)集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)則面(mian)積利(li)用率較低，工(gong)藝成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)高;后端(duan)集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)制(zhi)造(zao)(zao) 難度大(da)(da)，尤其是波導制(zhi)備(bei)還(huan)很難完成(cheng)(cheng)(cheng);混合集(ji)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)與設(she)(she)計(ji)難度仍然不(bu)(bu)小。 硅(gui)光(guang)(guang)芯(xin)片(pian)制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝不(bu)(bu)統(tong)一、設(she)(she)備(bei)短缺(que)：光(guang)(guang)學元(yuan)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)對制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝要(yao)求更精確，些許偏(pian)差(cha)就可能(neng)造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)巨大(da)(da)問題(ti)， 從而影響到良(liang)品率與制(zhi)造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)。 封裝問題(ti)：硅(gui)光(guang)(guang)芯(xin)片(pian)所采用的(de)(de)(de)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)波長(chang)非常的(de)(de)(de)小，跟光(guang)(guang)纖、激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)存在不(bu)(bu)匹(pi)配問題(ti)，導致(zhi)耦合損耗比較大(da)(da)。 配套(tao)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)技術、成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)問題(ti)：硅(gui)光(guang)(guang)芯(xin)片(pian)需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)配套(tao)光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)很多(duo)，如調制(zhi)器(qi)(qi)(qi)、陶瓷套(tao)管(guan)/插芯(xin)、光(guang)(guang)收發(fa)接(jie)口等(deng)， 而這(zhe)些光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)件(jian)(jian)(jian)仍然面(mian)臨(lin)技術不(bu)(bu)完善、制(zhi)造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)高等(deng)問題(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(gui)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)空間廣闊，未來在高(gao)速(su)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)占(zhan)有(you)率將(jiang)(jiang)(jiang)達(da)到(dao)60%以(yi)上(shang)。2020年(nian)(nian)以(yi)來，全(quan)球(qiu)大型數(shu)(shu)據中(zhong)心、5G基(ji)站等建設速(su)度加快(kuai)，目前已進(jin)入快(kuai)速(su)發展期。在此背(bei)景(jing)下，全(quan)球(qiu)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)景(jing)氣度將(jiang)(jiang)(jiang)迅速(su)提升(sheng)，預計到(dao)2025年(nian)(nian)市(shi)場(chang)(chang)(chang)規模(mo)(mo)(mo)將(jiang)(jiang)(jiang)達(da)到(dao)180億(yi)美元左右(you)。硅(gui)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊在高(gao)速(su)率傳輸網中(zhong)優勢(shi)明顯，需求增(zeng)速(su)將(jiang)(jiang)(jiang)高(gao)于(yu)傳統光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊，市(shi)場(chang)(chang)(chang)規模(mo)(mo)(mo)將(jiang)(jiang)(jiang)快(kuai)速(su)擴張。Yole預計硅(gui)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)規模(mo)(mo)(mo)將(jiang)(jiang)(jiang)從(cong)2016年(nian)(nian)的2.02億(yi)美元，增(zeng)長到(dao)2025年(nian)(nian)的36.7億(yi)美元，200G/400G和100G光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)規模(mo)(mo)(mo)的復合增(zeng)長率分(fen)別達(da)到(dao)95.9%、37.3%。新思界產業研(yan)究中(zhong)心認(ren)為，2020年(nian)(nian)全(quan)球(qiu)硅(gui)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)普(pu)及(ji)率較低(di)，僅為15%左右(you)，在5G與數(shu)(shu)據中(zhong)心行業拉動下，預計到(dao)2025年(nian)(nian)其(qi)市(shi)場(chang)(chang)(chang)普(pu)及(ji)率將(jiang)(jiang)(jiang)達(da)到(dao)45%左右(you)，其(qi)中(zhong)，在高(gao)速(su)光(guang)(guang)模(mo)(mo)(mo)塊市(shi)場(chang)(chang)(chang)中(zhong)占(zhan)有(you)率更高(gao)，將(jiang)(jiang)(jiang)達(da)到(dao)60%以(yi)上(shang)。
硅光技術應用場景及相關廠商布局
數(shu)據中(zhong)(zhong)心、5G承載(zai)網(wang)、光(guang)(guang)(guang)傳(chuan)感等市場(chang)將(jiang)為(wei)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)打開增(zeng)長(chang)空(kong)間。 硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)技術應用場(chang)景(jing)及相關(guan)廠商布局(ju) www.cgws.com 22 1)數(shu)據中(zhong)(zhong)心場(chang)景(jing)下(xia)，通信速(su)率正由(you)100、200G向400G、800G、1.6T迭代，而且迭代周期持(chi)續縮(suo)短。在(zai)此背景(jing)下(xia)， 傳(chuan)統的可插拔光(guang)(guang)(guang)模塊在(zai)性價比(bi)及功(gong)耗(hao)(hao)方面(mian)難有進步空(kong)間，而高集成(cheng)高速(su)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)芯片由(you)于在(zai)潛在(zai)降(jiang)價空(kong)間與功(gong)耗(hao)(hao)方面(mian) 有明顯優勢，成(cheng)為(wei)更優越(yue)的選項(xiang)。 2)在(zai)5G承載(zai)網(wang)市場(chang)中(zhong)(zhong)，5G前傳(chuan)是硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)技術的又一市場(chang)增(zeng)長(chang)點，Intel已(yi)針(zhen)對5G前傳(chuan)發布具有擴展工(gong)作(zuo)溫度范圍的 100G收發器(qi)，支(zhi)持(chi)在(zai)-40℃~85℃的工(gong)作(zuo)溫度范圍內(nei)通過單(dan)模光(guang)(guang)(guang)纖實現10km鏈路。 3)光(guang)(guang)(guang)傳(chuan)感領域硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)發展潛力巨大，現階段來看，面(mian)向自動駕駛的激光(guang)(guang)(guang)雷達(da)硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)芯片以及面(mian)向消費者健康(kang)監測及診 斷的硅(gui)(gui)(gui)光(guang)(guang)(guang)芯片將(jiang)是重要增(zeng)長(chang)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)案，LPO可(ke)大(da)(da)幅度減少(shao)系(xi)統(tong)功(gong)(gong)耗(hao)和(he)(he)時(shi)延(yan)(yan)，但只適用(yong)(yong)于短(duan)距傳(chuan)輸(shu)。 LPO技術(shu)方(fang)案：大(da)(da)幅減少(shao)系(xi)統(tong)功(gong)(gong)耗(hao)與時(shi)延(yan)(yan)，LPO(Linear-drive Pluggable Optics)是(shi)線(xian)性(xing)(xing)驅動可(ke)插撥光模(mo)塊，在數據(ju)鏈(lian)路中(zhong)只使用(yong)(yong)線(xian)性(xing)(xing)模(mo)擬(ni)元件，無 CDR或DSP的(de)(de)(de)設(she)計(ji)方(fang)案。 通過LPO線(xian)性(xing)(xing)直驅的(de)(de)(de)技術(shu)把(ba)DSP替換(huan)，使用(yong)(yong)高線(xian)性(xing)(xing)度、具(ju)備EQ功(gong)(gong)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)TIA和(he)(he)DRIVER芯片，功(gong)(gong)耗(hao)大(da)(da)幅降(jiang)低、 延(yan)(yan)遲提升(sheng)(功(gong)(gong)耗(hao)相較DSP可(ke)下降(jiang)接近50%)，但是(shi)系(xi)統(tong)誤碼率(lv)和(he)(he)傳(chuan)輸(shu)距離有所犧牲，LPO只適用(yong)(yong)于特定短(duan) 距離應用(yong)(yong)場景，如：數據(ju)中(zhong)心(xin)服務器(qi)到(dao)交換(huan)機(ji)的(de)(de)(de)鏈(lian)接，但未(wei)來可(ke)能(neng)(neng)會(hui)用(yong)(yong)于500m以內，滿(man)足數據(ju)中(zhong)心(xin)最(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de) 需求。 考慮到(dao)傳(chuan)統(tong)光模(mo)塊中(zhong)DSP芯片的(de)(de)(de)BOM成(cheng)本(ben)占(zhan)比不低，LPO的(de)(de)(de)低價格特性(xing)(xing)有可(ke)能(neng)(neng)在800G時(shi)代實(shi)現大(da)(da)放(fang)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)(gong)耗(hao)低(di)、低(di)延(yan)遲、低(di)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)、可(ke)熱插(cha)拔的(de)(de)優勢。 LPO具有功(gong)(gong)耗(hao)低(di)、低(di)延(yan)遲、低(di)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)、可(ke)熱插(cha)拔的(de)(de)優勢。功(gong)(gong)耗(hao)低(di)：相比于(yu)可(ke)插(cha)拔光模(mo)塊，LPO的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)下降(jiang)(jiang)約50%，與(yu)CPO的(de)(de)功(gong)(gong)耗(hao)接近。低(di)延(yan)遲：由(you)于(yu)不再采(cai)用(yong)(yong)DSP，不涉及(ji)對信號的(de)(de)復原，整個系統的(de)(de)latency大大降(jiang)(jiang)低(di)，可(ke)以應用(yong)(yong)到(dao)(dao)對延(yan)遲要求(qiu)比較高 的(de)(de)場(chang)景，例(li)如高性(xing)能計算中(zhong)心(HPC)中(zhong)GPU之間的(de)(de)互聯。低(di)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)：由(you)于(yu)不再需要采(cai)用(yong)(yong)5nm/7nm工藝的(de)(de)DSP芯片，系統的(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)得以降(jiang)(jiang)低(di)。800G光模(mo)塊中(zhong)，BOM成(cheng)本(ben)(ben)(ben)約為(wei)600- 700美金(jin)，DSP芯片的(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)約為(wei)50-70美金(jin)。Driver和TIA里(li)集成(cheng)了EQ功(gong)(gong)能，成(cheng)本(ben)(ben)(ben)會增加3-5美金(jin)，系統總(zong)成(cheng)本(ben)(ben)(ben)下降(jiang)(jiang) 在(zai)8%左右。可(ke)熱插(cha)拔：相比于(yu)CPO而言(yan)，LPO仍然采(cai)用(yong)(yong)可(ke)插(cha)拔模(mo)塊的(de)(de)形(xing)式，其(qi)可(ke)靠性(xing)高，維護方(fang)便，可(ke)以利用(yong)(yong)成(cheng)熟的(de)(de)光模(mo)塊 供應鏈，并未像(xiang)CPO進(jin)行(xing)較大的(de)(de)封(feng)裝形(xing)式革新，成(cheng)為(wei)LPO方(fang)案受到(dao)(dao)關注的(de)(de)另一大原因(yin)。
滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求
LPO技術適用于AI大模(mo)型(xing)預訓練。800G LPO技術無需DSP或(huo)者CDR芯(xin)片，因(yin)此相(xiang)比傳(chuan)(chuan)統的DSP解決方案大大降低了(le)功耗和(he)(he)延(yan)遲。這種低延(yan)遲傳(chuan)(chuan)輸能 力非常(chang)有利于當前機器學習ML和(he)(he)高性能計算(suan)HPC等領(ling)域(yu)交(jiao)換機之(zhi)間，交(jiao)換機到服務(wu)器和(he)(he)GPU之(zhi)間的傳(chuan)(chuan)輸應用，而其 系統誤(wu)碼(ma)率和(he)(he)傳(chuan)(chuan)輸距離(li)較短的問題，在(zai)AI計算(suan)中(zhong)心短距離(li)應用場景下解決，較為(wei)適合AI大模(mo)型(xing)預訓練場景，在(zai)AI時代有望加(jia)速(su)落地。
