硅光对光模块产业影 响几何

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250013 从 Luxtera、Inphi、Acacia 收购看硅光商业价值 6 HYPERLINK l _TOC_250012 硅光如何影响数通升级路径？ 8 HYPERLINK l _TOC_250011 何为硅光？硅光何用？ 8 HYPERLINK l _TOC_250010 渗透推演：400G 小规模、800G 或提升、1.6T 迎爆发 12 HYPERLINK l _TOC_250009 数通升级节奏呈现分化，可插拔来日方长 19 HYPERLINK l _TOC_250008 相干技术商业价值几何？ 20 HYPERLINK l _TOC_

2、250007 何为相干？相干何用？ 20 HYPERLINK l _TOC_250006 云商自建DCI 网络，相干市场 TAM 或翻倍 22 HYPERLINK l _TOC_250005 电信相干应用场景下沉，打开新增长空间 24 HYPERLINK l _TOC_250004 大硅光时代传统模块厂何以破局？ 26 HYPERLINK l _TOC_250003 产业链价值分成或重塑，巨头玩家剑指CPO 而非模块 26 HYPERLINK l _TOC_250002 国内工艺平台逐步成熟，助力模块厂自研硅光芯片 29 HYPERLINK l _TOC_250001 国内Fabless 厂逐

3、步兴起，产业链加速成熟 30 HYPERLINK l _TOC_250000 投资建议 31图表目录图 1：Acacia 营收及净利润情况 6图 2：2019 年以来 Acacia 股价走势 6图 3：Acacia 模块、DSP 芯片及硅光芯片研发进程 6图 4：Acacia 相干产品覆盖的传输速率和距离场景 7图 5：2019-2020 年光通信相关的三笔收购要约收购价及公司专精领域（亿美元） 7图 6：PAM4 DSP 芯片未来市场空间远大于相干 DSP 芯片（百万美元） 8图 7：Inphi 的 PAM4 DSP 芯片市占率超过 60% 8图 8：广义光芯片分类（按材料） 8图 9：硅光

4、封装的方法（依据不同的光源封装方式） 8图 10：硅光 100G PSM4 模块凭借更低的 BOM 成本取得一定商业成功 9图 11：2010 年以来可插拔模块技术规格快速升级 10图 12：光模块封装技术路径（可插拔向 OBO/CPO 演进） 10图 13：Intel 的 CPO 方案可集成 16*16 个光通道和交换 ASIC 合封 11图 14：CPO 方案借助硅光技术实现低功耗 11图 15： CPO 方案较传统可插拔光互联极大地简化了电通道 11图 16：400G 硅光模块实物图 12图 17：400G DR4 模块传统方案（4*EML 激光器架构） 12图 18：400G DR4

5、硅光封装可共享一个光源，且不需要 EA 调制 12图 19：预测 2017-2020 年 100G 硅光模块份额 13图 20：光器件市场规模拆分按材料（硅光集成、InP、GaAs） 13图 21：硅光技术无法实现光源和光放大器等有源功能器件的集成 13图 22：数通不同应用场景主流芯片方案推演 13图 23：基于标准 CMOS 工艺的硅光子工艺流程开发需要大量修改 14图 24：传统方案工艺成熟度或高于硅光方案 14图 25：400G DR4 模块价格降幅预测 14图 26：100G 模块主要应用场景拆分预测（按销售额） 15图 27：200G/400G 模块主要应用场景拆分预测（按销售额）

6、 15图 28：100G 硅光方案渗透率测算（按销售额） 15图 29：400G 硅光方案渗透率测算（按销售额） 15图 30：博通的商用交换芯片容量大约 2 年一番，驱动光模块迭代 16图 31：博通展示其 CPO 兼容的交换机 ASIC 和 800G DR8 硅光模块 16图 32：51.2T 交换容量下，CPO 更多是技术探索，102.4T 时代 CPO 将真正放量 17图 33：CPO 方案的 SWOT 分析 18图 34：LC 预计 2026 年后云商或应用 CPO 方案替代部分可插拔方案 18图 35：800G/1.6T 可插拔和 CPO 方案出货量（万） 18图 36：过去数通市

7、场升级呈现加速 19图 37：未来不同互联网厂商升级节奏出现分化 19图 38：三个维度可以用来增加传输的信息量 20图 39：相干调制可以显著提升单 Baud 的传输信息量 20图 40：长距传输将带来色散问题 20图 41：硅光集成技术和 DSP 工艺优化驱动相干模块产业化 21图 42：Acacia 400G 相干光模块的主要架构 21图 43：不同相干光模块端口合计承载带宽（Pb/s） 21图 44：100G+相干光模块市场规模（百万美元） 21图 45：OpenZR+正是结合了 OpenROADM 和 400ZR 两个业内规范，实现二合一的版本 22图 46：云服务商 DCI 网络的

8、发展历程 22图 47：以欧洲某国城市专线价格为例测算投资回收期 23图 48：相比租赁专线，自建 DCI 带来真实的高质量业务体验 23图 49：数通 DCI 结构（传统 OTN 系统架构） 23图 50：数通 DCI 结构（采用 ZR 模块直连） 23图 51：DCI 互联架构由 OTN 系统和 DCI 盒子向可插拔模块演进 23图 52：Inphi 的 ZR 直连模块可以节省云商 DCI 投资 23图 53：截至 2019 年 Inphi 100G ZR 模块累计出货超 10 万只 24图 54：新飞通预测 400G+ZR 组件及模块市场规模（亿美元） 24图 55：从骨干、城域核心汇聚

9、到边缘接入，设备数量和光模块数量上，都是呈三角形结构 24图 56：相干模块用于 DWDM 长距离传输 25图 57：2017 年线路侧 100G 光模块市场拆分 25图 58：Acacia 和新飞通合计营收（亿美元） 25图 59：郊县波分承载目前以 10G 为主，未来将逐步引入 100G 模块 26图 60：硅光技术助力相干下沉至城域和边缘 26图 61：硅光方案渗透率提升或带动产业链价值转移 26图 62：硅光模块产业链拆分 27图 63：巨头玩家通过收购布局硅光技术 27图 64：Intel 和 Cisco 通过并购+合作形成 CPO 方案一体化布局 28图 65：布局硅光芯片领域主要

10、玩家（红底为国内厂商） 28图 66：中国硅光子发展进程 29图 67：国家信息光电子创新中心已形成商用条件 29图 68：国内外主要硅光工艺平台及代工厂 30图 69：国内领先硅光芯片 fabless 厂希烽光电发展历程 30表 1：100G 和 400G 硅光方案渗透率预测 15表 2：800G 至 1.6T 数通市场主流方案推测 17表 3：互联网厂商不同的业务类型需求不同 19表 4：光通信头部厂商积极布局相干芯片/光模块 29表 5：国内一流硅光设计厂希烽光电硅光工艺布局比肩国际一流硅光玩家 30从 Luxtera、Inphi、Acacia 收购看硅光商业价值思科收购 Acacia

11、达成共识，收购价上调至 45 亿美元：2019 年 7 月，思科宣布拟斥资26 亿美元收购业内领先的硅光公司 Acacia。2021 年 1 月 14 日，双方就收购协议达成新的共识，收购价达到 45 亿美元，较此前的 26 亿美元上调超 70%，据披露 2020 年 Acacia 营收预计为 5.81 亿美元，净利润为 0.90 亿美元，对应收购的 PS 估值约 7.7 倍， PE 估值约 50 倍。图 1：Acacia 营收及净利润情况图 2：2019 年以来 Acacia 股价走势76543210(1)120%2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

12、E120113.6410080604020100%80%60%40%20%0%2021-012020-112020-092020-072020-052020-032020-012019-112019-092019-072019-052019-032019-01-20%0-40%营收（亿美元）净利润（亿美元）营收同比增速资料来源：Wind，公司官网，资料来源：Wind，Acacia 是全球领先的相干光通信厂商。早期 AC 和 CFP 封装产品主要聚焦电信城际/骨干传输（400-1000km）的场景，2019 年之后也发布了 ZR 模块拓展 DCI/边缘接入（80- 120km）等数通传输场景。A

13、cacia 具备自研的相干 DSP 芯片及业内领先的硅光集成及封装工艺，2011 年以来累计发布 DSP 芯片 8 款，累计出货相干光模块超 50 万只，其中 CFP/CFP2 DCO 产品市场份额第一。在中兴禁运令之前 Acacia 是中兴骨干网相干模块的主力供应商，2017 财年公司 30%的收入来自中兴。图 3：Acacia 模块、DSP 芯片及硅光芯片研发进程资料来源：公司官网，2018 年 Acacia 发布 AC1200 模块，为业内首个实现 1.2T 的传输速率的模块产品。图 4：Acacia 相干产品覆盖的传输速率和距离场景资料来源：公司官网，从收购价值看 InphiAcaci

14、aLuxtera，或反映天花板差距：此前被 Marvell 斥资 100亿美元收购的 Inphi，2020 年营收体量约 7 亿美元，折算收购价的 PS 倍数超过 14 倍，且 Inphi 还处于亏损状态，Acacia 的这笔收购似乎并不贵。我们认为 Acacia 被收购的估值偏低或因为其相干技术更聚焦电信市场，而 Inphi 则深耕于市场空间更大的数通市场，以传统方案模块为重心，硅光方向选择了更具成长性的数通 DCI 市场。Acacia 并非思科首次收购硅光子公司，2019 年 2 月思科作价 6.6 亿美元收购另一家数通硅光收发器厂商 Luxtera。我们认为 Luxtera 相较前两家较

15、低的收购价或主要由于其业务仅覆盖硅光数通短距场景，市场空间存在天花板，且缺乏核心的 DSP 技术。 图 5：2019-2020 年光通信相关的三笔收购要约收购价及公司专精领域（亿美元）100456.6120100806040200InphiAcaciaLuxtera应用场景产品核心技术电信中回传、数通全场景&DCI传统方案芯片、相干模块 PAM&相干DSP芯片电信骨干传输、DCI（少）相干模块相干DSP芯片数通短距硅光模块资料来源：Bloomberg，公司官网，图 6：PAM4 DSP 芯片未来市场空间远大于相干 DSP 芯片（百万美图 7：Inphi 的 PAM4 DSP 芯片市占率超过 6

16、0% 元） 100090080070060050040030020010002016 2017 2018 2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024EPAM4 DSPs相干DSPs资料来源：Lightcounting，资料来源：公司官网，为深刻剖析硅光的商业价值及其对光模块产业的影响，本篇报告将从三个维度为市场解惑硅光技术：1）硅光如何影响数通升级路径？2）相干技术商业价值几何？3）大硅光时代传统模块厂何以破局？硅光如何影响数通升级路径？何为硅光？硅光何用？硅光集成芯片为“硅基+III-V 族”结合。根据基板（衬底）材料不同，可将有源光芯片分为 III-V 族，即 In

17、P（用于 DFB、EML）/GaAs 基（用于 VSCEL）、硅基（Ge/Si 探测器）和 SiP（III-V 族和硅基的集成芯片）等系列。硅光集成工艺，即不用 III-V 族材料改用硅基衬底材料为光学介质，基于 CMOS 工艺兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件。有两类加工方式（自有 Fab、开放 Fab 的 MPW）；依据不同的光源封装方式，封装的方法可分为外部光源、贴装光源等。图 8：广义光芯片分类（按材料）图 9：硅光封装的方法（依据不同的光源封装方式）资料来源：漫谈光通信，讯石光通讯，资料来源：第三届硅光产业论坛，高速光模块发展态势及硅光应用探讨，长江证券研究所数通短距硅光

18、模块取得局部商业成功目前硅光的应用领域包括：1）数通短距模块；2）相干传输模块；3）光电合封（CPO）数通短距领域，硅光技术的应用开启降本提效的新路径：随着客户对可插拔模块的传输 速率、成本、体积、功耗核心痛点的要求持续提升，新的封装形式开始兴起。2014-2016 年 Luxtera 和 Intel 先后发布采用硅光工艺的 100G PSM4 和 CWDM4 模块，相较传统 分立器件封装，硅光集成封装凭借更低的 BOM 成本，取得一定程度的商业应用。尽管 硅光模块未得到所有下游厂商的认可，但硅光技术的应用开启光互联降本提效的新路径。 图 10：硅光 100G PSM4 模块凭借更低的 BOM

19、 成本取得一定商业成功资料来源：硅光子通信产品技术和商业化进程，未来 CPO 或为硅光的最大应用场景光互联核心痛点可概括为传输速率、体积、成本、功耗四个方面。可插拔光模块大约 20年前由当时的 HP 公司最先引入，由于使用方便广受欢迎，伴随技术规格持续演进，可插拔模块已成为目前最成熟光互联封装方案。据 Lightcounting 测算，过去 10 年里全球销售的可插拔光模块已达到 10 亿只。图 11：2010 年以来可插拔模块技术规格快速升级资料来源：第三届硅光产业论坛，CPO, a Wheel to Reinvent，随着可插拔模块的升级逐步接近技术极限，CPO 被认为是下一代封装技术。C

20、PO 借助硅光集成的工艺将光电芯片和交换机芯片封装在同一个基板上面，不再需要射频走线和 Redriver/Retimer，显著降低单光路通道的功耗，I/O 端口及成本问题，为目前业内认为有望实现最高集成度、最小功耗和最低成本的下一代封装方案，但目前还没有一个统一的技术标准。而 OBO 介于可插拔和 CPO 之间是一种相对小众的技术方案。 图 12：光模块封装技术路径（可插拔向 OBO/CPO 演进）资料来源：第三届硅光产业论坛，硅光板上光互联技术及路径，CPO 方案具备诸多革新意义，有望成为硅光最大的应用场景。速率突破：以 25.6Tbps 交换容量的 CPO 方案为例，在 PCB 板上空间中

21、集成交换机 ASIC 芯片和 16 片硅光子集成芯片。每片硅光子集成芯片包含 16 个 1310nm 光通道，每个通道支持 106 Gbps PAM4 速率，实现单芯片 1.6Tpbs，相较可插拔方案 4/8 并行通道，集成度有显著提升。超低功耗：通过省去光模块与PCB 板上交换芯片之间的铜线，CPO 方案能显著降低整个光互联方案的功耗。SiP 集成芯片的功耗比大约是 0.5pJ/bit，显著低于 III-V 族材料光芯片 15-20pJ/bit 的功耗比，能解决光通路随着传输速率提升功耗过高的瓶颈。图 13：Intel 的 CPO 方案可集成 16*16 个光通道和交换 ASIC 合封 图

22、14：CPO 方案借助硅光技术实现低功耗资料来源：第三届硅光产业论坛，CPO, a Wheel to Reinvent，资料来源：第三届硅光产业论坛，CPO, a Wheel to Reinvent，简化架构：CPO 方案舍弃了可插拔模块的形态，直接以芯片芯片的方案实现光电转化和互联，进而节省了射频走线和 Redriver/Retimer 等器件成本。图 15： CPO 方案较传统可插拔光互联极大地简化了电通道资料来源：第三届硅光产业论坛，硅光板上光互联技术及路径，渗透推演：400G 小规模、800G 或提升、1.6T 迎爆发怎么看数通短距 400G 硅光模块渗透率？业内对硅光数通模块的期待主

23、要来自成本和功耗两个方面。1）成本：实现并行多路的共享光源架构，节省器件成本；硅材料比III-V 族化合物半导体材料便宜；有望发挥CMOS工艺规模优势。2）功耗：硅材料阻抗低，驱动电压低，其功耗也较低。3）集成度，相较于传统分立器件封装，相同光通道数，体积更小。以 400G DR4 硅光模块为例，硅光封装可共享一个光源，且不需要 EA 调制，相较传统方案 4 片 EML 芯片的架构能有效降低光模块的 BOM 成本；更高的器件集成度也意味着封装良率能实现更快的爬坡。 图 16：400G 硅光模块实物图资料来源：讯石光通讯，Switch ASIC电芯片 硅光集RXTIA成芯片TX4*调制器外置DF

24、B光源驱动器4*探测器8*50GPAM4 to 4*100G PAM4Gearbox ASICPower Supplies / MCU / Other ICs4*53Gbaud驱动器8*50GPAM4 to 4*100G PAM4GearboxEML激光器EML激光器EML激光器EML激光器探测器探测器探测器探测器单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤图 17：400G DR4 模块传统方案（4*EML 激光器架构）图 18：400G DR4 硅光封装可共享一个光源，且不需要 EA 调制TX0 TX1 TX2400GAUI-8电口TX34*53Gbaud TIAMPO

25、 光口RX0RX1RX2 RX3电口光口资料来源：资料来源：100G 数通硅光方案整体渗透率约为 20%-25%：100G 时代，硅光模块的主要玩家 Intel于 2017 年开始批量出货 100G 硅光模块，据 Intel 披露，其 100G 硅光模块累计出货量在 400 万只，而 Luxtera 100G 硅光模块累计出货量或在 200 万只。我们测算 2017- 2020 年，100G 数通光模块的累计出货量或在 2700 万的水平，测算 100G 硅光模块渗透率大约在 22%。其中核心应用场景 CWDM4 和 PSM4 的渗透率或在 30%以上。图 19：预测 2017-2020 年

26、100G 硅光模块份额图 20：光器件市场规模拆分按材料（硅光集成、InP、GaAs）PSM4、CWDM4硅光方案 PSM4、CWDM4传统方案 100G 其他模块100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2016201720182019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E硅光集成光器件InP光器件GaAs光器件资料来源：资料来源：Lightcounting，核心瓶颈未突破，400G 硅光方案难言大放异彩：目前来看，100G 时代制约硅光方案得到大规模应用的几个技术瓶颈在 400G 时代依旧未得到有效解决。由硅光插损较大，目前仅在短距传输中能保持

27、足够的可靠性。我们预计 400G/800G 时代，SiP 方案或主要应用于 500m 的场景，主要和 EML 方案竞争，而作为过渡的 200G 方案，硅光方案性价比不明显，或不会出现硅光的应用。目前硅光技术无法实现有源功能器件的集成（光源、光放大器），因而较分立器件封装集成度提升有限，大规模商用仍存在阻碍。图 21：硅光技术无法实现光源和光放大器等有源功能器件的集成资料来源：芯片类型80km很少25G LWDM EML+SOA40km少25G LWDM EML+SOA中2km高相干25G LWDM EML+APD25G LWDM EML+PIN25G EML/ DML25G EML/DML相干

28、25G LWDM EML APD25G LWDM EML/56 EML相干VCSEL相干10km25G LWDM EML/DML+PIN25G DML/ SIP25G DML/SIP相干/56G LWDM EMLDML56G EML56G EMLEML500m很高56G EML/SIP56G EML/SIPSIP100m高25G VCSEL25G VCSEL25G VCSELSIP/5L6G EM相干800G400G200G100G模块应用占比场景 图 22：数通不同应用场景主流芯片方案推演资料来源：公司官网，硅光无法直接复用成熟的 CMOS 工艺：尽管硅光子和微电子都是基于硅材料的半导体工艺

29、。但目前硅光还无法复用当前的 CMOS 工艺及 Fab 产线，不作修改的微电子工艺平台无法制备出高性能的硅光子器件，需要定制硅光工艺。硅光子工艺当前的发展水平相当于 20 世纪 80 年代初微电子的水平，自动化、系统化和规模化都还存在差距。图 23：基于标准 CMOS 工艺的硅光子工艺流程开发需要大量修改资料来源：硅光子芯片工艺与设计的发展与挑战，400G 硅光方案价格优势或有限：我们在数通市场，无论是 400G 或是 800G 短距传输，硅光方案主要看点在于性价比。我们预计硅光 400G 方案出货批量出货时，400G DR4的两大核心供应商产品良率爬坡至少已进行 1 年-2 年的时间，工艺成

30、熟度要明显高于硅光方案。从目前 400G DR4 传统方案的降价趋势来看，或于 2021-2022 年实现云商客户的 1 美元/G 价格目标，硅光方案的价格优势可能已不明显。图 24：传统方案工艺成熟度或高于硅光方案图 25：400G DR4 模块价格降幅预测90080070060050040030020010002018E2019E2020E2021E2022E400G DR4模块价格（美元）同比降幅0%-5%-10%-15%-20%-25%-30%资料来源：资料来源：未来 2-3 年 400G 硅光渗透率或难超 100G 同期，其中核心原因在于升级路径分化的背景下，主要应用场景 400G

31、DR4 的量或小于 100G 同期的 CWDM4+PSM4。我们预计 2021H1 亚马逊或开始引入 400G DR4 的硅光方案，其渗透率水平或高于 100G 同期的CWDM4 和PSM4（考虑到供应商或增多），但对于其他云商客户，2*200G 方案或 200G方案聚焦 2km 的场景，硅光方案或无法切入，因而整体渗透率或难以超过 100G 同期。图 26：100G 模块主要应用场景拆分预测（按销售额）图 27：200G/400G 模块主要应用场景拆分预测（按销售额）100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%100%80%60%40%20%0%2020E2021E20

32、22E2017E2018E2019E100G CWDM4100G PSM4100G SR4100G LR4100G DR1400G SR82*200G FR4400G LR8400G DR4400G FR4400G LR4200G SR4200G FR4200G LR4资料来源：资料来源：图 28：100G 硅光方案渗透率测算（按销售额）图 29：400G 硅光方案渗透率测算（按销售额）40%30%20%10%100%80%60%40%20%40%30%20%10%100%80%60%40%20%0%0%0%2017E2018E2019E2020E2021E2022E0%2023E硅光方案渗透

33、率（100G PSM4+CWDM4）硅光方案渗透率（整体100G）100G PSM4和CWDM4占100G模块收入比例-右轴硅光方案渗透率（400G DR4）400G DR4占200G/400G模块收入比例-右轴硅光方案渗透率（整体200G/400G）资料来源：资料来源：我们预计 400G 硅光方案放量或需等到绝大部分云商都开启 400G 网络的升级之后。表 1：100G 和 400G 硅光方案渗透率预测大致渗透率情况预测硅光方案主要支持厂商主要应用场景规模占比际（不包括 ZR）技术代硅光主要应用场景100GPSM4，CWDM4（传 500m 为主）70%-80%30%-Facebook、微软

34、、亚马逊主要应用场景渗透率 30%+，整体渗透率在 20%-25%主要应用场景渗透率更高，但400GDR4资料来源：50%亚马逊未来 2-3 年整体渗透率难超100G 同期800G 可插拔或仍是主力，1.6T 开始向相干&CPO 演进交换芯片技术演进为数据中心升级主要推手。商用交换机芯片领域，博通一直以来占据主导地位，市场份额 70%+。从 2010 年开始，博通的商用交换芯片容量大约 2 年一番（2019 年 12 月推出 25.6T 交换容量芯片），而更大容量的交换机驱动更高传输速率的光模块方案的迭代，其中部分依赖通道数翻倍，部分依赖通道速率增长。 图 30：博通的商用交换芯片容量大约 2

35、 年一番，驱动光模块迭代第一代TRIDENT容量：640G制程：40nm 64端口10GE第一代TOMAHAWK容量：3.2T 制程：28nm 32端口100GE第三代TOMAHAWK容量：12.8T制程：16nm 32端口400GEMar2010Aug2012Sep2014Oct2016Dec2017Dec2019第二代TRIDENT容量：1.28T制程：40nm 32端口40GE第二代TOMAHAWK容量：6.4T制程：16nm32端口200GE/64端口100GE第四代TOMAHAWK容量：25.6T制程：7nm4 64端口400GE交换机迭代通道数翻倍通道速率增长通道速率增长通道数翻倍

36、通道速率增长1通道*10G4通道*10G4通道*25G4通道*25G/50G8通道*50G4通道*100G光模块迭代资料来源：公司官网，博通展示 CPO 兼容的交换机 ASIC，51T 时代或于 2023 年到来：2021 年 1 月 12 日，博通展示其第一款可搭载 CPO 的交换机 ASIC 芯片 Humboldt，交换容量为 25.6T，预计将于 2022 年末推出，而下一代 51.2T 交换机 ASIC 芯片 Bailly 或于 2023 年推出。博通同时展出其 800G DR8 硅光模块，用于 25.6T 和 51.2T 交换机。 图 31：博通展示其 CPO 兼容的交换机ASIC

37、和 800G DR8 硅光模块资料来源：Lightcounting，102T 时代模块侧光电通路速率或接近技术极限。目前业界认为交换机侧 112G Serdes的端口速率，对应模块侧 100G 的光电通道速率，具备技术可行性，即 51.2T 交换机容量下模块依旧可用。当交换机升级到 102.4T 的容量之后，交换机电口速率将达到 224G+ Serdes。模块侧电通路速率 200G 或达到工程极限，200G 光通路也面临色散距离受限的瓶颈（200G PAM4 光路只能传 1.5km，无法满足数通 2km 的传输要求）。目前业内较认可 51.2T 时代 CPO 方案或更多的是技术探索，102T

38、时代 CPO 方案将迎来放量。 图 32：51.2T 交换容量下，CPO 更多是技术探索，102.4T 时代 CPO 将真正放量资料来源：800G 传统可插拔或依旧是主力，1.6T 开始向 CPO 和相干方案演进：目前 800G 主流可插拔方案 PSM8 和 2*FR4 光路和电路速率都为 100G，8 通道封装（OSFP），具备技术可行性，可插拔方案或依旧是主力。我们预计 800G 传输速率下硅光封装渗透率会有提升（硅光的性价比进一步提升），而 CPO 方案或更多的是技术探索。但是从 1.6T 开始，传统可插拔速率升级或达到极限，后续光互联升级或转向 CPO 和相干方案。场景400G800G

39、1.6T表 2：800G 至 1.6T 数通市场主流方案推测100m400G SR8（VCSEL） 8100G PSM8（EML）16*100G CPO8100G PSM8（SIP）（SIP）400G DR4（EML&SIP）2400G FR4（EML）16*100G CPO500m-2km （SIP）400G FR4（EML）或2200G CWDM48100G DR8（SIP）1.6T 相干10km400G LR4（EML） 8*100G LR8（EML）1.6T 相干800G 相干资料来源：目前 CPO 方案成熟度有限，真正上量或需等到 2026+：目前 CPO 方案存在诸多核心瓶颈，例如

40、：1）插损太大导致传输距离无法满足需求；2）硅光子芯片过于集中带来的功耗管理问题；3）良率太低等。综合来看，CPO 方案距离规模商用还有一定距离。图 33：CPO 方案的SWOT 分析资料来源：光通信女人公众号，据 Lightcounting 预测，CPO 方案或于 2024-2025 年开始商用，或于 2026-2027 年开始规模上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。目前 CPO 有两大分支：1）基于 VCSEL 技术，多模光纤，应用场景 30 米以内，针对超算及 AI 机群的短距离光互联（IBM 为代表）；2）基于硅光技术，单模光纤，应用场景 2 公里以下，大型数据中心机架及机群

41、之间光互联的应用（微软和 Facebook 为代表）。图 34：LC 预计 2026 年后云商或应用 CPO 方案替代部分可插拔方案图 35：800G/1.6T 可插拔和 CPO 方案出货量（万）141210864202018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 20284003503002502001501005002022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E800G可插拔800G CPO方案1.6T CPO方案资料来源：Lightcounting，资料来源：Lightcounting，数通升级节奏呈现分化，可插

42、拔来日方长数通 400G 升级路径呈现“高中低”分化，200G 方案或崛起：从应用来看，高性能运算、AI、机器学习等超大带宽应用还在爆发前夜。由于不同的互联网客户对 IT 负载的需求和带宽升级的迫切性不同，从数通 100G 升级到 400G 分化为（高配、中配、低配） 3 条路径：1）高配：服务器端口速率升到 50G、TOR 和脊叶交换机升级到 400G；2）中配：采先将脊叶交换机升级到 400G，用 Breakout 方案连接 100G TOR，服务器和 TOR 保持不变；3）低配：先升级到 200G 作为过渡，再升级到 400G 或 800G。整体升级节奏较 100G 时期有较明显的放缓，

43、200G 方案或崛起替代部分 400G 需求。表 3：互联网厂商不同的业务类型需求不同业务类型对 IT 负载要求 带宽升级迫切性HPC/AI/ML公有云2C（电商、游戏、社交、视频）对计算能力要求高高对（突发）带宽要求高对服务器数量要求高服务器一般双归属较高IT 团队规模较大对服务器、带宽要求不如前两者一般希望 DC 尽量靠近用户密集区域（CDN 加速）中服务器一般单归属IT 团队规模中等资料来源：第三届硅光产业论坛，数据中心光互连演进及硅光机会与挑战，图 36：过去数通市场升级呈现加速升级节奏分化使得拉长模块产品生命周期，模块厂商应对变革窗口期更长：我们认为，过往数通升级节奏较快，而进入 4

44、00G+时代后升级节奏或有分化，或带来更多存量模块的替换需求（数通光模块的产品寿命约为 3-5 年），并拉长可插拔模块的整体产品生命周期，给传统模块厂商更多时间和资本去应对 CPO 等大的行业技术大变革。201920162019201220162006201210G：2006年起量，2008年开始爆发40G： 2012年起量，2013年开始爆发100G： 2016年起量，2017年开始爆发400G： 2019年起量，2020年开始爆发资料来源：图 37：未来不同互联网厂商升级节奏出现分化201620172018201920202021E2022E2023E海外Hyperscale厂商国内BAT

45、及海外二线互联网其他互联网厂商100G100G100G400G400G400G800G800G100G100G100G100G100G200G200G400G100G100G100G100G100G100G100G100G资料来源：相干技术商业价值几何？何为相干？相干何用？相干调制本质上是通过更高级的调制技术来提升光通道的传输速率：有三个维度可以用来增加传输的信息量：1）更高符号速率；2）更多并行通道数；3）高阶复杂调制。PAM4就是一种高阶幅度调制，在相同的符号速率下可以传输 NRZ 信号两倍的 bit 数，而相干光通信则利用光波的更多维度，偏振，幅度，相位和频率来承载更多的调制信息，从而扩

46、充了传输容量，例如 16QAM 调制可以使 1 个 Baud 光信号可以传输 4 个 bit 数，而 Acacia 最新的 DP-64QAM 调制可传输 12 个bit，最高可实现 1.2T 的速率。图 38：三个维度可以用来增加传输的信息量图 39：相干调制可以显著提升单 Baud 的传输信息量资料来源：立创社区，资料来源：立创社区，长距传输中相干技术能解决色散难题，节省器件开支：长距传输中由于不同波长到达相 同距离光纤的时间不同，不同相位状态光传播的速度不同会导致色度色散和偏振模色散。长距相干探测可以进行数字信号处理色散问题，作为色散补偿光纤/光栅的低成本替代 方案。 图 40：长距传输将

47、带来色散问题资料来源：公司官网，硅光集成技术推动相干模块快速产业化：相干检测需要更复杂的多通道调制解调平衡探测组合，对模块的集成度要求高，因而硅光集成技术成为相干检测大规模商用的重要技术基础。2010-2020 年是相干模块快速产业化的十年（从 5*7 吋CFPQSFP-DD），得益于硅光的高集成度优势和 DSP 工艺的优化，相干光模块的尺寸和功耗持续改善，商用性显著提升。图 41：硅光集成技术和 DSP 工艺优化驱动相干模块产业化图 42：Acacia 400G 相干光模块的主要架构资料来源：第三届硅光产业论坛，硅光集成技术发展趋势及运营商应用探讨，资料来源：光通信女人公众号，相干 100G

48、/200G 技术已成熟，400G+逐步上量：在长距核心和骨干网，高速相干检测波分技术已成为主流，其中 100G/200G 相干技术已经成熟并大规模商用，400G 相干模块逐步上量。据 Omdia 数据，未来几年，由相干模块所承载的带宽年均增速在 30%以上。据 Lightcounting 预测，2020 年 100G+相干收发模块产值有 8 亿美金（不包括系统厂商自研自产部分），在 2024 年或达到 15 亿美金，预计 2020-2024 年 CAGR 达到 16.6%，大部分成长会来自数通 DCI 市场。图 43：不同相干光模块端口合计承载带宽（Pb/s）图 44：100G+相干光模块市场

49、规模（百万美元）35030025020015010050020192020E2021E2022E2023E2024E100G端口200G端口400G端口70%60%50%40%30%20%10%0%1,6001,4001,2001,00080060040020002016E 2017E 2018E 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E35%30%25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%600G端口800G+端口带宽增速-右轴100G200G=400G合计市场规模增速资料来源：Omdia，资料来源：Lightcounting，OpenZR+标准成熟

50、或推动相干模块应用场景增加：过往相干主要标准为OpenROADM， OIF 400ZR。在技术上，两者最大的区别在于 DSP 芯片中的 FEC 算法。应用场景上， OpenROADM 主要应用于电信级超长距（120km），而 ZR 一般用于 DCI 等 120km 以内的场景。更进一步，Acacia 还主导了一个Open ZR+的产业联盟，结合了 OpenROADM和 400ZR 两个业内规范，实现二合一的版本。图 45：OpenZR+正是结合了 OpenROADM 和 400ZR 两个业内规范，实现二合一的版本资料来源：公司官网，云商自建 DCI 网络，相干市场 TAM 或翻倍带宽需求剧增&

51、传输成本降低，驱动云商自建 DCI 网络：由于云和大型互联网厂商业务体量快速增长，且网络结构趋于分布交互式，数据中心之间流量也呈现高速增长，对 DCI传输提出更高的要求。过去在 Gbit/s 级带宽时代，由于数据传输量不大，光纤资源难以获取，网络传输设备复杂非通信专业人员难以运维，云商主要通过租赁专线来实现 DCI。带宽进入 10Gbit/s 时代后，数字经济驱动推动了光纤的大量铺设，以及传输设备和模块成本的持续降低，使得自建 DCI 经济性显著提升。 图 46：云服务商 DCI 网络的发展历程公网VPN隧道适合小流量，带宽质量要求低，非实时，同时安全要求低的业 务业务体量剧增自建DCI网络（

52、ZR模块）随着硅光技术逐步成熟，以及相干模块成本持续降低，以 Inphi为代表的PAM和相干ZR方案逐步加大应用，传输速率升至400GMSTP 专线数据中心网络分布式架构稳定性高，带宽更大，运营商复用程度高自建DCI网络（OTN系统）OTN系统具备光层面的管理功能，让网络运营更加专业和细分，同时客户侧升级至 100G系统高质量专线DCI流量剧增对时延和冗余的要求提升，单链路带宽要求提升，要求双路由保护等新需求。自建DCI网络（纯DWDM系统）DWDM系统一般可以做到40波*10G信号，且无过高的网络运维成本，使用容量和性能更高资料来源：SDNLAB，据华为测算，以欧洲某国城市专线价格为例，对比

53、租赁费用，自建的 DCI 带宽越高，越快达到投资平衡点。此外，相比租赁专线，自建 DCI 带来更好业务体验。据 OVUM 预测，DCI 市场投资近 5 年 CAGR 或达 12%，自建 DCI 已成为全球数字经济转型投资中的重要方向。图 47：以欧洲某国城市专线价格为例测算投资回收期图 48：相比租赁专线，自建 DCI 带来真实的高质量业务体验资料来源：华为官网，资料来源：华为官网，ZR 模块直连或节省云商开支，商业价值巨大：云商迈入自建 DCI 时代后，早期的传输架构类似于电信网络，先用灰光模块将核心交换/路由连接至 OTN 系统或者 DCI 盒子，再通过电信骨干网络进行传输。随着硅光集成技

54、术逐步成熟，以及相干模块成本持续降低，以 Inphi 为代表的 PAM 和相干 ZR 方案逐步加大应用。数通 DCI 的 ZR 模块方案能够帮助云商节省设备（OTN 系统或 DCI 合资）和模块（核心交换/路由连到 OTN 系统的灰光模块）的投资，且管理和运维成本也更低，商业价值巨大。图 49：数通 DCI 结构（传统 OTN 系统架构）图 50：数通 DCI 结构（采用 ZR 模块直连）资料来源：公司官网，资料来源：公司官网，图 51：DCI 互联架构由 OTN 系统和 DCI 盒子向可插拔模块演进图 52：Inphi 的 ZR 直连模块可以节省云商 DCI 投资资料来源：公司官网，资料来源

55、：公司官网，数通 DCI 模块市场空间或达 10 亿美金：2019 年 Inphi 的 100G COLORZ 模块出货量大约在 3 万只，按端口计大约占 DCI 市场份额的 34%，由此推算 2019 年 100G DCI 模块出货量大约在 10 万只。据新飞通预测，数通 400ZR/400ZR+的 DCI 模块市场规模到 2024 年或达到 10 亿美金，2021-2024 年 CAGR 达 70%。图 53：截至 2019 年 Inphi 100G ZR 模块累计出货超 10 万只图 54：新飞通预测 400G+ZR 组件及模块市场规模（亿美元）201816141210864202019

56、20202021202220232024400ZR/400ZR+组件400ZR/400ZR+模块资料来源：公司官网，资料来源：公司官网，海外厂商已有布局，国内头部厂商有望跟进：格局上，Inphi 目前是数通 DCI 模块的领先厂商，2016 年发布业内第一款数通 DCI 模块，主要客户是微软，其他 Acacia 和新飞通也有相关产品布局。国内厂商中，旭创和光迅对数通 DCI 市场已有所布局。2019 年 OFC 上旭创科技率先展示了其用于 DCI 市场的相干光模块，后续将推出 400G 的相干光模块产品。光迅科技在 DCI 模块及设备亦有布局，有望在国内市场逐步上量。电信相干应用场景下沉，打开

57、新增长空间从骨干、城域核心汇聚到边缘接入，设备数量和光模块数量上，都是呈三角形结构。骨干网对带宽要求最大，优先考虑技术，对成本不敏感，最早架设，整个推动产业链发展。而边缘接入网设备及光模块需求数量远远大于骨干网，同时成本也更加敏感。图 55：从骨干、城域核心汇聚到边缘接入，设备数量和光模块数量上，都是呈三角形结构资料来源：第三届硅光产业论坛，硅光集成技术发展趋势及运营商应用探讨，目前电信相干模块主要应用于骨干网和城域网的线路侧，属于 DWDM 长距彩光模块。由于城域和骨干网线路侧传输距离通常超过 80km（直接调制传输最大距离），因此线路侧模块基本都采用相干调制，综合来看用于骨干网的相干模块要

58、多于城域网。图 56：相干模块用于 DWDM 长距离传输图 57：2017 年线路侧 100G 光模块市场拆分资料来源：公司官网，资料来源：光通信女人公众号，Acacia 和新飞通为全球 2 家核心电信相干模块供应商，以两家的合计营收大致估算电信相干市场规模或在 5-10 亿美元规模。 图 58：Acacia 和新飞通合计营收（亿美元）10987654321020132014201520162017201820192020Q1-Q3Acacia和新飞通合计营收（亿美元）同比增速60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%-30%资料来源：Wind，电信市场相干或下沉至城域边缘层网络

59、，有望迎来放量。目前城区固网业务以光纤直驱承载为主，郊县固网以县乡波分承载为主，目前以 10G 为主，未来将逐步引入 100G 模块，以适应业务升速及 5G 回传的综合承载。对于成本敏感、需求量大的城域边缘场景，硅光技术具备比较优势（集成度高，分立器件减少，非气密封装等），或带动 ZR 产品的规模应用，成为 100G LR/ER+大量透镜+色散补偿模块方案的高性价比替代方案。图 59：郊县波分承载目前以 10G 为主，未来将逐步引入 100G 模块图 60：硅光技术助力相干下沉至城域和边缘资料来源：第三届硅光产业论坛，硅光集成技术发展趋势及运营商应用探讨，资料来源：第三届硅光产业论坛，高速光模

60、块发展态势及硅光应用探讨，大硅光时代传统模块厂何以破局？产业链价值分成或重塑，巨头玩家剑指 CPO 而非模块硅光兴起或带动产业链价值转移：从产业链目前推出的硅光产品来看，由于大部分光电器件集成在芯片端已经完成，下游模块封装的附加值或转移至上游（硅光芯片设计和封装，以及光电合封环节），产业链分工格局重塑，因此随着硅光渗透率的提高，光模块封装环节的价值分成或面临下降，或对模块封装厂商带来较大的挑战。光模块封装产业链价值转移光电合封（CPO）交换设备光设备半导体材料硅光芯片封测硅光芯片流片、制造硅光芯片设计半导体设备数通市场电信市场 图 61：硅光方案渗透率提升或带动产业链价值转移资料来源：硅光模块