通信行业市场前景及投资研究报告：AI浪潮硅光子黄金发展机遇

证券研究报告·行业深度AI浪潮来袭，硅光子迎来黄金发展机遇发布日期：2023年12月29日核心观点硅光子技术优势显著，目前数通光模块为下游主要应用场景。Nvidia、Intel、TSMC和Broadcom等海外科技巨头纷纷布局硅光子技术，行业有望实现高速发展。与传统光模块相比，硅光模块在有源和无源器件上均有明显区别，硅光技术可以使光模块成本有明显下降，但工艺是影响硅光模块是否能够实现量产的关键因素之一。回顾过去几年硅光模块发展历程，英特尔引领硅光子技术在100G时代大放异彩，但由于技术方案不同，200G和400G硅光模块发展迟缓，而AI算力建设带来的网络速率快速升级，降低功耗和成本也成为光模块领域发展的主要趋势，因此800G硅光模块有望迎来量产机遇，在未来1.6T时代硅光及薄膜铌酸锂的优势则更加明显。纵观当前全球硅光模块市场，思科和英特尔份额保持领先，但一体化布局的光模块头部厂商预计将会颠覆现有竞争格局。值得注意的是，以前光学I/O主要应用在设备之间（服务器到交换机或交换机到交换机），现在也逐步渗透到板上芯片间光互连，未来会在芯片的chiplet之间实现光互连，将进一步拓展硅光技术应用场景。此外，硅光子技术在CPO、光计算和激光等领域也有较为明确的应用前景。从产业链各环节来看，建议重点关注硅光设备、大功率CW光源、硅光器件及模块和硅光工艺代工厂领域的投资机会。摘

要

硅光子技术优势显著，数通光模块为下游主要应用场景。海外科技巨头纷纷布局硅光子技术，有望实现高速发展。硅光具有兼容成熟的CMOS工艺、集成度高、封装工艺简化、低成本和低功耗等优势。根据Yole的数据，2022年到2028年硅光子芯片的市场规模的CAGR达到44%，其中数通光模块在硅光子芯片市场中占比达到90%以上，为主要应用场景。Nvidia、Intel、TSMC和Broadcom等科技巨头在光互连等领域争相布局硅光子技术，突破在即。

与传统光模块相比，硅光模块在有源和无源器件上均有明显区别，硅光技术可以使光模块成本有明显下降，但工艺是影响硅光模块是否能够实现量产的关键因素之一。硅光子技术主要是对光模块中的激光器、调制器和无源器件产生变化。假设在同样的良率水平下，硅光模块相比较传统光模块的成本有一定的下降，主要体现在：硅光模块的光源成本大幅降低；硅光芯片能够集成部分光无源器件以降低成本；硅光模块制造工艺成本大幅降低。硅光与CMOS工艺兼容性高，但也需要解决很多know-how问题，并且可能会影响最终硅光模块是否能大批量生产。

硅光800G光模块有望在2024年实现大批量出货，一体化布局的光模块头部厂商预计将会颠覆现有竞争格局。英特尔引领硅光子技术在100G时代大放异彩，200G和400G硅光模块发展迟缓，800G迎来量产机遇，1.6T时代硅光及薄膜铌酸锂优势凸显。硅光产业链下游需求旺盛，上游设计方案百花齐放，一体化布局的厂商优势显著。全球硅光模块市场，思科和英特尔份额保持领先，但光模块头部厂商有望颠覆格局。相干技术下沉至DCI，硅光子技术因其高集成度和低成本，在相干光模块领域将高速发展。

以前光学I/O主要应用在设备之间（服务器到交换机或交换机到交换机），现在渗透到板上芯片间光互连，未来会在芯片的chiplet之间实现光互连。随着AI的快速发展，多模态大模型的参数量大幅提升带来数据传输需求的爆发，无论是训练侧还是推理侧，数据在GPU和Switch之间以及GPU和HBM之间的传输带宽愈发成为整个系统的瓶颈。而硅光引擎目前是最佳的光学I/O产品形态之一，将大幅提升传输带宽。此外，英特尔已经推出了采用光互连技术的FPGA商业化产品Stratix10，以及采用硅光互连技术的泛处理器XPU产品。摘

要

硅光子技术在CPO、光计算和激光等领域应用前景较好。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。硅光引擎是CPO交换机中最佳产品形态之一，有望得到广泛应用。光计算在AI领域快速发展，低功耗的优势驱动硅光子技术产品快速推进。硅光子技术应用在固态激光OPA方案中，高集成度和低成本优势显著。的FMCW和

投资机会一：硅光设备。硅光工艺设备除了包括高精度的硬件，软件和技术支持也是非常重要的竞争力。Ficontec是全球光子及半导体自动化封装和测试领域的领先设备制造商之一，在硅光封装设备领域具备较强的竞争力。罗博特科（机械组覆盖）目前间接持有Ficontec约18.82%的股权，拟收购剩余81.18%股权达到全资控股，建议重点关注。

投资机会二：大功率CW光源。外置大功率CW光源是目前硅光模块采用的主要激光器方案，既可以降低激光器成本，也能降低光模块的失效比例。外置大功率CW光源不仅可以用于硅光模块，也可以用在CPO和光互连等产品上。国内多家光芯片公司都在积极布局，均推出了各种功率的CW光源产品，包括源杰科技、仕佳光子等，建议关注。

投资机会三：硅光器件及硅光模块。硅光器件和模块是硅光子产业链的主力环节，头部厂商在硅光子技术的深度布局也将影响硅光产品的渗透率。随着硅光子技术的不断发展，多家国内外厂商具备了硅光子技术的设计和封装等能力，有望加速硅光子产品的渗透。建议关注中际旭创、天孚通信、新易盛和博创科技等。

投资机会四：硅光工艺代工厂。在大批量生产的时候，硅光芯片流片的良率和一致性都是非常重要的参数。因此需要花费较多的时间和金钱去攻克硅光工艺中的know-how问题，从而保证量产的稳定性。燕东微在硅光上亦有布局，公司硅光工艺平台的一款光通信产品已实现工艺贯通，进入样品批试制阶段。

风险提示：AIGC发展不及预期，硅光工艺导致硅光芯片的良率、一致性等性能较差；行业竞争加剧；国际环境变化；海外宏观；激光发展不及预期。目录一、硅光子技术应用广泛，海外巨头纷纷布局二、硅光模块与传统光模块的比较分析三、AI带来数通800G硅光量产机遇，电信市场相干下沉值得期待四、泛处理器硅光互连市场空间广阔，CPO及激光突破在即五、投资建议六、风险提示1.1硅光子技术是利用CMOS工艺制造光器件，下游应用领域广泛

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中。

硅光子技术的发展阶段主要分为技术探索阶段，技术突破阶段，集成应用阶段，以及应用拓展阶段。目前硅光子技术处在应用拓展阶段，先进的硅光子集成平台有望取得广泛应用。图表1：硅光子技术发展历史示意图资料：英特尔，Cisco，Broadcom，中信建投1.2硅基材料具备兼容CMOS工艺、低成本和低功耗等优势

材料是影响光学器件性能的重要因素之一，不同材料对于光的作用不一样，包括对光的吸收、折射、反射，以及激发辐射产生光，因此材料的进步在光学器件行业发展中起到关键的推动作用。

硅材料的优点：能够兼容成熟的CMOS工艺，集成度高，封装工艺步骤减少，低成本和低功耗。

硅材料的缺点：间接带隙，直接发光难度高，光源集成难度较高，偏振敏感且耦合损耗较大。图表2：不同光学材料的优缺点及应用领域应用领域材料种类优点缺点电信数通激光•

相干光模块•

前传光模块•

WSS器件•

兼容CMOS工艺•

低成本•

低功耗•

耦合损耗大•

光源集成难度高•

偏振敏感•

100G光模块•

200G/400G光模块•

无源器件硅基•

OPA方案硅基芯片•

无源器件•

调制效率高•

驱动电压小•

与光源易于集成•

工艺要求高•

成本高•

材料要求高•

光源•

相干光器件•

放大器•

光源•

调制器•

光源•

OPA方案集成芯片磷化铟•

调制带宽大•

传输损耗小•

稳定性好•

尺寸较大•

偏振敏感•

调制电压高•

长距离调制器•

陀螺仪（导航）体材料铌酸锂薄膜铌酸锂•

无•

无•

尺寸小•

易于集成•

功耗低•

工艺难度大•

带宽降低•

技术尚不成熟•

相干调制器•

陀螺仪（导航）•

高速光模块•

OPA方案集成芯片资料：英特尔，光库科技，中信建投1.3数通光模块在硅光子芯片应用市场中占据主要地位

根据Yole的统计数据，2022年全球硅光子芯片的市场规模为0.68亿美元，数据中心领域占比达94%，其中数据中心用到的数通光模块占比高达91%。预计2028年全球硅光子芯片市场规模增长至6.13亿美元，CAGR为44%，其中数据中心市场为5.68亿美元，CAGR为44%，NPO/CPO市场规模为300万美元，CAGR为16%，光互连I/O市场规模为0.14亿美元，CAGR为21%，光计算市场为0.05亿美元，CAGR为16%。图表3：2022-2028年全球硅光子芯片市场规模及下游拆分（百万美元）资料：Yole，中信建投1.3数通光模块在硅光子芯片应用市场中占据主要地位（续）图表4：硅光子市场及下游市场拆分图资料：Yole，中信建投1.4海外科技巨头争相布局硅光子技术

布局硅光子技术的海外巨头厂商较多，有望在AI浪潮下实现快速发展。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。图表5：海外巨头厂商布局硅光子技术相关情况资料：英特尔，英伟达，台积电，AMD，博通，思科，特斯拉，中信建投目录一、硅光子技术应用广泛，海外巨头纷纷布局二、硅光模块与传统光模块的比较分析三、AI带来数通800G硅光量产机遇，电信市场相干下沉值得期待四、泛处理器硅光互连市场空间广阔，CPO及激光突破在即五、投资建议六、风险提示2.1硅光技术在光通信领域的应用呈现出距离变短、端口变多的趋势

从硅光技术在光通信领域的应用来看，呈现传输距离越来越短，端口数越来越多的趋势。光通信在铜退光进的演进过程中，也伴随着传输距离的逐步减短。根据英特尔的观点，硅光通信技术早期应用于电信长距离传输网络之中，逐步往数通领域以及未来的板与板、芯片与芯片互连发展。电信传输中使用到的硅光产品数量较少，随着距离越来越短，需要连接的终端越来越多，因此硅光产品也将越来越多。图表6：硅光技术传输距离V.S.连接端口数资料：英特尔，中信建投2.2传统分立式光模块的工作原理及结构

光模块全称为光收发模块（Transceiver），由发射端（Transmitter）和接收端（Receiver）组成。数据传输过程如下：

光发射过程：电信号从交换机芯片经由PCB进入光模块，先经过DSP和CDR等进行电信号处理，然后信号经由驱动发给激光器和调制器，从而发射调制光信号，再通过发射端光引擎耦合到光纤中传输出去。

光接收过程：光信号到达目的交换机端口对应的光模块中，经过光接口接收，由接收端光引擎传至探测器转换成电信号，电信号经过TIA放大之后再经过CDR和DSP进行处理，最后传输到交换机芯片。图表7：光模块拓扑结构示意图图表8：中际旭创400GDR4光模块结构示意图透镜隔离器EMLDriverDSP连接器光引擎FAPD资料：电子技术设计，Systemplus，中信建投2.3.1

硅光模块与传统光模块的区别——激光器

硅光子技术主要对光模块中光相关的元器件产生影响，包括有源光器件（激光器、探测器和调制器）和无源光器件（隔离器，波分复用器件，透镜等）。

激光器是光模块内部有源光器件的核心。目前在硅光模块中，存在以下激光器的方案：

英特尔的方案，通过在低温下的氧气环境下，实现III-V族激光器与硅光芯片之间的异质集成。单个通道配置两个DFB激光器，其中一个激光器为备份，通过MZM光开关来进行切换，该方案能够大幅提升激光器的可靠性；

激光器Flip-chip方案也相对成熟。将激光器组件直接倒装焊到硅光芯片上，组件中可以包括激光器芯片、透镜、隔离器等元器件，能够节省光学耦合时间，有利于大规模量产。

外置激光器目前被越来越多的硅光子技术公司所采纳。采用外置大功率CW激光器方案，而调制器集成到硅光芯片上，这种方案能够降低激光器的成本，提升激光器的可靠性，同时模块组装工艺也更简单。图表9：英特尔的硅光光源异质集成方案图表10：Arista的TFLN光模块中外置激光器方案示意图资料：英特尔，Arista，中信建投2.3.2

硅光模块与传统光模块的区别——探测器

在光模块中，探测器一般具备两个功能：1、在接收端一般用作将电信号转换成光信号。2、在发射端用探测器MPD可以用来监测激光器的发射功率是否正常。

传统的光模块中，一般采用的是III-V族InP基的光探测器，数通光模块的探测器一般是PIN型，在灵敏度要求较高的电信光模块产品上一般采用的是APD型。

英特尔的硅光模块中，负责监控激光器和调制器的探测器是采用的硅基III-V族异质集成探测器，而在接收端负责转换光信号的探测器则是采用的锗硅探测器。图表11：锗硅光探测器方案结构示意图图表12：硅基-III/V异质集成光探测器示意图硅基-III/V异质集成光探测器锗硅探测器资料：英特尔，中信建投2.3.3

硅光模块与传统光模块的区别——调制器

在带宽迭代周期不断缩短的背景下，调制器逐步成为光模块中非常重要的器件。光调制器基于电光效应、声光效应、磁光效应、Franz-Keldysh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等对光信号的作用原理，可以制作成不同的调制器产品。在光信号的发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的相位或幅度。

在光模块领域，主要存在以下几种调制器的方案：

传统的高速光模块中，在EML激光器里集成了调制功能。EML激光器里包括DFB激光器和EA调制器，DFB激光器负责发射单模光信号，通过EA调制器来实现高速率的传输速率。EA调制器主要是利用电吸收的特性，通过施加电压对光信号吸收从而达到调制的目的。

硅光和薄膜铌酸锂调制器中，一般采用马赫-曾德尔调制器（Mach-Zehnder

Modulator)）结构。输入波导拆分为波导干涉仪的两个臂，在其中一个臂上施加电压，则通过该臂的光信号会产生相移。当两个臂的光信号重新合并时，两个波之间存在相位差，干涉后实现振幅调制。

微环型调制器由环形波导与bus波导构成。当外加电压时，相移器引入一定的相位延迟，导致微环的共振波长发生移动，干涉时光功率幅度产生变化。微环调制器尺寸小，响应快，但是对加工工艺的精度以及温度比较敏感，要求较高。图表13：EML激光器结构示意图图表14：马赫-曾德尔调制器结构示意图图表15：微环调制器示意图资料：Lumentum，Researchgate，Comsol，中信建投2.3.4

硅光模块与传统光模块的区别——光无源器件

传统光模块中包含了诸多光无源器件，包括准直透镜、分光器、波分复用/解复用器件、隔离器和连接器等。

在硅光芯片中，可以集成光波导、波分复用/解复用和分光器等器件。因此一般在硅光模块中，不再需要准直透镜、棱镜、分光镜、潜望镜和波分复用的镀膜器件等，而隔离器和连接器一般还是需要的。

硅光子技术对无源光器件的影响，主要还是体现在制造工艺步骤的大大简化。在传统的分立式光模块中，需要将激光器、透镜、波分复用器件等逐一进行耦合、粘贴、烘烤和温循等操作，时间和人力成本较高，工艺步骤繁多带来过程良率易受到较大影响。硅光芯片能够大幅简化制造工艺过程，降低成本，提升良率。图16：Finisar的100GCWDM4传统光模块包含多种光无源器件图17：英特尔的100GCWDM4硅光模块集成较多光无源器件资料：SystemPlus，中信建投2.4相比于传统光模块，硅光模块的总成本预计下降10-20%

假设在同样的良率水平下，硅光模块相比较传统光模块的成本有一定的下降，主要体现在：

硅光模块的光源成本相比较传统分立式方案，大幅降低。英特尔的激光器方案采用异质集成方案，成本较低；目前大部分厂商的光源方案采用大功率CW光源，将传统EML激光器中的EA调制器功能转移到硅光芯片上，成本显著降低。

硅光芯片能够集成部分光无源器件，降低成本。目前硅光芯片主要是用于发射端，因此能够集成发射端的准直镜、波分复用器件等光器件，有效的降低成本。

通道数越多，硅光方案制造工艺成本越有优势。400G往800G和1.6T升级时，主流方案中的通道数从四通道升级到八通道，传统方案中制造工艺步骤大幅增加，成本显著增长，而硅光芯片只需要多设计四个通道，工艺上变化较小，成本较低。图表18：CW-WDMMSA组织成员示意图图表19：传统和硅光模块的成本拆分对比结构件制造&测试制造&结构件光有源器件光有源器件测试光无源器件PCBPCB光无源器件电芯片电芯片资料：CW-WDM

MSA，中信建投2.5.1

硅光芯片工艺需要攻克大量know-how问题

硅光与CMOS工艺兼容性高，但也需要解决很多know-how问题，并且可能会影响最终硅光模块是否能大批量生产。

光无源硅光芯片的外延层包括下包层、硅光波导层和上包层，刻蚀时需要保证侧壁粗糙度满足需求以保证传输损耗相对较低，整体来看工艺相对比较成熟，能够批量化生产包括PLC分路器、AWG等多种光无源硅光芯片。

光有源硅光芯片结构相对更复杂一些，比如调制器的结构，在保证无源硅光工艺稳定性的基础之上，还需要增加离子掺杂、金属电极等相关工艺，以使得带宽和功耗等性能满足要求。

硅光和III-V族材料的异质集成工艺难度很高，需要长时间的工艺积累以攻克较多的know-how问题。异质集成工艺中，材料外延难度较高，片上光源耦合及老化问题是绕不开的难题，在量产阶段对良率的影响较大。图表20：硅光与III-V族异质集成工艺流程图资料：Researchgate，中信建投2.5.2

硅光芯片—光引擎—硅光模块制备过程

硅光芯片制备完成后，经过前道测试和贴装，再到后道与电芯片和其他无源器件进行集成，完成从芯片到光引擎器件到光模块的整个制备过程。图表21：硅光模块工艺流程图资料：ASE，中信建投2.5.3

硅光集成工艺发展路线分析图表22：硅光集成工艺发展示意图资料：Yole，中信建投目录一、硅光子技术应用广泛，海外巨头纷纷布局二、硅光模块与传统光模块的比较分析三、AI带来数通800G硅光量产机遇，电信市场相干下沉值得期待四、泛处理器硅光互连市场空间广阔，CPO及激光突破在即五、投资建议六、风险提示3.1.1AI网络架构大幅提升光模块数量需求

传统的三层树形网络拓扑中，带宽一般是逐层收敛的。上层树根处的网络总带宽要小于各叶子处交换机所有带宽的总和，因此在数据量爆发的时候，容易出现网络阻塞的问题。

在胖树网络架构中，交换机与光模块数量均大幅上升。英伟达的AI数据中心采用胖树架构，即使用大量相同带宽的交换机，构建出大规模的无阻塞网络，对于任意的通信需求，总有路径让他们的通信带宽达到网卡带宽，架构中用到的所有交换机都是相同的。图表23：英伟达胖树网络架构示意图图表24：英伟达DGXA100Superpod介绍资料：英伟达，中信建投3.1.2AI网络加速硬件带宽升级周期

在AI数据中心中，越来越多的客户倾向于加快网络带宽的升级迭代节奏，包括光模块和交换机，因为带宽越大，单位bit传输的成本更低、功耗更低以及尺寸更小。

1.6T光模块有望在2024年下半年开始批量化出货，比预期提早一年左右。800G光模块的高增速反映出AI对于带宽迫切的需求，其在2022年底开始小批量，2023年和2024年的出货量或将呈现高速增长的态势。AI对于带宽的需求快速升级，网络较高的性价比使1.6T光模块有望加速到来。图表25：英伟达超高带宽NVLink的GH200产品性能示意图图表26：Marvell的数通光模块DSP产品路线图资料：英伟达，Marvell，中信建投3.2.1

英特尔引领100G硅光数通光模块大规模商用

100G数通光模块时代，硅光子技术表现亮眼。随着数据中心的快速发展，对于光模块的需求爆发式增长，多家厂商开始大力研发用于数据中心的硅光模块。初期是40G硅光数通光模块小规模应用，而后英特尔和Luxtera（后被思科收购）等公司的100G硅光模块实现大规模应用，其中100G

PSM4和100G

CWDM4硅光模块是主要形态。根据英特尔的报告，截至2022年，英特尔共出货了超800万只硅光模块。图表27：英特尔100G硅光模块产品示意图图表28：英特尔硅光子技术发展历史示意图资料：英特尔，中信建投3.2.2200G和400G硅光模块发展迟缓，800G迎来量产机遇

从100G往200G和400G升级，单通道的速率需要提升两倍或四倍，调制模式从NRZ转变为PAM4，对硅光调制器的设计和工艺提出了较高的要求。过去的几年来看，硅光模块在200G和400G均没有实现批量出货。

从800G光模块目前在光口的主流方案是8x100G，相比较400G来说，也就说多了四个通道。对于硅光芯片来说，在设计上比较容易。因此在4-5年400G硅光模块的研发基础之上，800G硅光模块量产有望迎来突破。图表29：NRZ和PAM4调制信号示意图图表30：英特尔400GDR4硅光光模块示意图资料：，英特尔，中信建投3.2.31.6T加速到来，硅光及薄膜铌酸锂优势凸显

1.6T光模块有望在2024年下半年批量出货，比预期提早一年左右。硅光和薄膜铌酸锂集成化方案在400G及800G时代的市场份额尚不高，但在多通道封装方案中仍具一定优势，且相较于EML，硅光调制器和薄膜铌酸锂调制器在带宽不断提升的背景下优势凸显。1.6T光模块的光口单通道速率是200G，预计是未来的主流选择，故硅光和薄膜铌酸锂或在1.6T时代有所突破。图表31：OSFPMSA光口和电口不同方案示意图资料：OSFP

MSA，中信建投3.3.1

近年来硅光子技术也在电信领域实现高速发展

硅光技术在电信领域的应用，近年来也实现了高速发展。从一开始的平面光波导（PLC）和波分复用的波导阵列光栅（AWG）产品技术，到密集波分复用（DWDM）器件和ROADM产品，再到相干光模块领域，硅光技术快速进步，单根光纤的传输速率实现了大幅增长。图表32：硅光技术各种器件的发展历程图表33：硅光技术在电信领域中的发展资料：英特尔，Acacia，中国光学期刊网，中信建投3.3.2

硅光子技术应用从无源拓展到有源

硅光无源器件包括光分路器、硅光光栅I/O耦合器、AWG产品和DWDM器件等，这些硅光无源器件成为电信器件中的重要基础元件，能够有效降低产品的成本及尺寸。

硅光有源器件方面，Luxtera和英特尔在硅光调制器的突破，衍生出探测器、光开关和VOA等产品，真正打开了硅光技术在电信领域的应用。图表34：电信领域中的硅光无源器件图表35：电信领域中的硅光有源器件资料：飞速，Light-on，Researchgate，中信建投3.3.3

相干下沉至DCI市场，市场空间广阔

目前硅光技术在电信领域的有源器件的应用主要分为两部分：硅光相干光模块，主要玩家包括Acacia、Marvell等；LCoS方案的WSS器件，主要玩家包括II-VI等。

相干光模块主要应用于电信网络中的骨干网等长距离传输系统中，能够覆盖百公里及以上距离的数据传输。近年来，在云计算和AI的驱动下，数据中心建设如火如荼，而数据中心之间的连接需求也日益强劲。因此相干下沉至DCI市场，有望进一步提升相干光模块的需求。图表36：Acacia硅光相干光模块演进示意图图表37：LCoS方案WSS器件结构示意图资料：Acacia，Jasperdisplay，中信建投3.3.4

硅光方案的相干光模块集成度高，竞争力较强

硅光技术在相干光模块存在三个应用：硅基ITLA光源、硅光器件IC-TROSA以及包括DSP在内的共封装硅光器件。得益于硅光子技术的高集成度和低成本，有望在相干光模块实现广泛应用。

相干光模块领域，龙头厂商Acacia采用的是硅光方案，产品在功耗、尺寸等方面具备较强的竞争力。近年来Acacia也在拓展数通光模块市场，有望将相干光模块中的硅光技术优势带到数通领域。图表38：SiFotonics硅光相干光模块结构示意图图表39：Marvell硅光系列产品示意图资料：SiFotonics，Marvell，中信建投3.4.1

硅光产业链日趋成熟，量产条件充分

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。图表40：硅光模块产业链结构示意图资料：Yole，中信建投3.4.2

思科和英特尔份额领先，光模块厂商有望颠覆格局

从硅光模块的格局来看，思科和英特尔的市场份额远远领先于其他厂商。2022年的光模块市场来看，电信领域市场规模为12亿美金，思科份额为49%，Lumentum份额为30%；数通领域市场规模为5.1亿美金，英特尔占比61%，思科占比20%。

随着AI的快速发展，400G及800G等高速光模块的需求大幅提升，光模块头部公司的硅光方案进展处于行业领先地位。虽然思科和英特尔在当前的硅光市场占比较高，但是AI将带来更广阔的400G和800G硅光模块市场，而中际旭创、Coherent等公司有望获取大部分份额，颠覆行业竞争格局。图表41：2022年数通及电信光模块市场份额图表42：光模块头部厂商的硅光模块布局光模块厂商中际旭创Coherent新易盛硅光子技术布局情况采用自研的硅光芯片，用于400G/800G硅光模块中；预计明年400G会量产，800G会有一定的出货。800GDR8硅光模块在ECOC2022会议上展出；内部自研的单通道200G的硅光芯片性能较好。公司2022年收购Alpine公司，布局硅光技术；在400G和800G硅光模块产品上采用自研硅光芯片。公司剥离硅光模块部门给Jabil，保留硅光芯片部门；100G到800G硅光芯片均有布局，与模块厂商紧密合作。英特尔Mellanox收购Kotura，硅光产品为1550nm器件和100GPSM4；与台积电合作研发硅光子技术，用于GPU/Switch的光互连。英伟达资料：Yole，中际旭创，Coherent，新易盛，英特尔，英伟达，中信建投目录一、硅光子技术应用广泛，海外巨头纷纷布局二、硅光模块与传统光模块的比较分析三、AI带来数通800G硅光量产机遇，电信市场相干下沉值得期待四、泛处理器硅光互连市场空间广阔，CPO及激光突破在即五、投资建议六、风险提示4.1英伟达将硅光子I/O在GPU间实现交叉互连

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。无论是训练侧还是推理侧，数据传输带宽愈发成为整个系统的瓶颈。虽然目前电信号传输还具备一定的优势，但是随着带宽的加速增长，电信号传输距离越来越短，在芯片互连领域“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。图表43：英伟达在GPU和NVSwitch之间采用硅光引擎图表44：英伟达硅光方案中数据传输的能耗效率示意图资料：英伟达，中信建投4.2英特尔将硅光子I/O带入泛处理器XPU领域

英特尔在2023年Hot

Chips会议上展示了1TB/s的528线程处理器，该处理器采用了1TB/s硅光互连技术。该产品是为DARPA专门定制的RISC架构处理器，数据处理速度比传统计算架构快100倍，功耗也更低。

该处理器包含8个计算核心，每个核心有66个线程。处理器周围有4个硅光I/O引擎的chiplet，外接32根单模光纤，一半发射一半接收。每根光纤的带宽为32GB/s，总带宽达到1TB/s。图表45：英特尔硅光方案处理器结构示意图图表46：英特尔硅光方案处理器板卡实物图资料：英特尔，中信建投4.3三星探索Optical

I/O在Chiplet之间的互连

HBM目前广泛应用于GPU芯片中，采用3D堆叠的芯片结构，为GPU提供更大容量的内存和更高的互连带宽。多层DRAM芯片通过TSV和Microbump技术在垂直方面堆叠，再通过interposer中的金属线实现互连。

AI的快速发展对内存的容量和带宽提出了更高的要求。为了发展下一代HBM技术，三星提出了两个基于OpticalI/O的方案：

光学I/O作为interposer，HBM芯片和Logic芯片放在interposer上，电信号通过interposer上的电光接口转换成光信号经过光波导传输,到Logic或HBM所在的位置，再进行光电转换为电信号。

在Logic芯片和多个off-package的HBM芯片之间引入光学连接，电信号通过Optical

I/O转换为光信号，通过光纤实现光信号传输。

我们认为，硅光子的光学I/O将是该技术方案中最佳的产品形态之一。图表47：HBM通过电信号进行传输图表48：三星考虑在Logic芯片和HBM之间引入光互连的两种方案资料：三星，中信建投4.4硅光子I/O在FPGA芯片光互连领域已经实现商业化

数据传输带宽的提升，使电信号损耗快速增加，需提升电信号功率才能保持正常传输，导致整体功耗较高。若通过光信号进行传输，可以提升带宽、降低功耗（光信号传输损耗几乎不随速率提升变化）。

英特尔已经推出了采用光互连技术的FPGA商业化产品Stratix

10。在近期的SC23会议上，英特尔和Ayar

labs共同推出了带有2颗4Tb/s带宽的TeraPHY

I/O

chiplet的FPGA产品，由两个SuperNova光源支持每个chiplet上8根光纤的64个光通道的高速光通信。图表49：带宽增加，硅光子技术在光互连领域优势逐步扩大图表50：Ayar

Labs和英特尔联合推出的Stratix

10

FPGA产品资料：Ayar

Labs，英特尔，中信建投4.5CPO交换机降低功耗，硅光引擎是最佳产品形态

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。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。目前英特尔、博通和Meta等海外巨头厂商在CPO交换机产品具有布局。图表51：英特尔硅光引擎结构示意图图表52：博通共封装光学技术示意图资料：英特尔，博通，中信建投4.6.1

光计算在AI领域快速发展，硅光子应用空间广阔

以Lightmatter和Lightelligence为代表的公司，推出了新型的硅光计算芯片，性能远超目前的AI算力芯片。该光芯片的计算过程通过光信号进行，功耗较低，只需要光源产生光信号即可。

根据Lightmatter的数据，他们推出的Envise芯片的运行速度比英伟达的A100芯片快1.5到10倍，具体根据任务的不同有所差异。以运行BERT自然语言模型为例，Envise的速度是英伟达芯片的5倍，功耗仅为后者六分之一。图表53：Lightmatter光计算芯片模组示意图资料：Lightmatter，中信建投4.6.2

硅光芯片上的MZI阵列适用于线性计算

AI领域的神经网络计算中，光信号通过硅光芯片上的MZI阵列，能够顺利地实现加乘的线性计算，功耗低，延时低，并行能力强，且通过改变每个MZI两臂的电压可以适配不同的计算模型。

非线性计算方面，目前来看，光信号还需要转成电信号，计算较为困难。目前光芯片只负责计算方面的任务，存储以及交互都是通过电芯片完成的，因此距离一颗光芯片实现计算+存储+互连全功能的理想情况还有一定距离。图表54：光计算芯片中MZI阵列示意图资料：Lightmatter，中信建投4.7硅光技术可应用于FMCW激光器和OPA等激光

器件

硅光技术在激光领域主要以高集成度的产品形态，应用于固态激光中，未来有望实现大规模应用。固态激光以其高可靠性和低成本的优势，普遍被认为是未来主流的技术方案。

目前硅光技术主要是应用在FMCW和OPA方案中，还处在研究阶段，预计大规模应用在2025年以后。FMCW方案主要是利用光信号的相干性，所以对光源的相干性要求比较高，基于硅基的外腔窄线宽调制激光器方案有望被采用。OPA方案，即相控阵，通过改变相位来控制出射光的方向，从而达到扫描的作用，可以通过硅光集成来实现。图表55：FMCW测距原理示意图图表56：SiLC的硅光激光产品示意图资料：Lumentum，SiLC，中信建投目录一、硅光子技术应用广泛，海外巨头纷纷布局二、硅光模块与传统光模块的比较分析三、AI带来数通800G硅光量产机遇，电信市场相干下沉值得期待四、泛处理器硅光互连市场空间广阔，CPO及激光突破在即五、投资建议六、风险提示5.1投资建议方向一：硅光工艺设备

相比较传统光模块，硅光的组装工艺步骤大大简化，但硅光工艺的精度要求较高，主要是由于耦合损耗通常是硅光模块中较高的损耗组成部分。在400G及以上的光模块中，功耗是很重要的性能参数之一，若耦合损耗较高，则光模块功耗会有明显增加，且耦合损耗掉的能量主要以热的形式消耗掉，对散热的要求也会有一定的提升。

硅光模块的组装涉及到的高精度工艺主要包括，贴片、耦合和测试。硅光工艺设备中除了包括高精度的硬件，软件和配套的技术支持也是非常重要的组成部分。同时，在未来CPO光引擎、芯片间光互连等领域，对于硅光组装工艺的要求将会越来越高。

Ficontec是全球光子及半导体自动化封装和测试领域的领先设备制造商之一，在硅光封装设备领域具备较强的竞争力。罗博特科（机械组覆盖）目前间接持有Ficontec约18.82%的股权，拟收购剩余81.18%股权达到全资控股，建议重点关注。图表57：硅光耦合设备示意图图表58：CPO光引擎耦合方案对比图（主动V.S.被动）资料：Ficontec，中信建投5.2投资建议方向二：硅光模块大功率CW光源

外置大功率CW光源是目前硅光模块主要采用的激光器方案之一。相比较传统的EML激光器，大功率CW激光器为硅光模块提供连续的光信号，光功率保持不变，将调制功能剥离到硅光芯片上的调制器上，这样既