200億美元市場(chǎng)被引爆：硅光技術(shù)承載業(yè)界期望
新年開工之際，OpenAI放了個(gè)大招，發(fā)布視頻生成式AI模型Sora，該模型可根據(jù)文本信息生成時(shí)長(zhǎng)達(dá)60秒的連貫視頻，再次點(diǎn)燃外界對(duì)于人工智能的暢想。受此消息提振，自春節(jié)以來， A股市場(chǎng)光模塊相關(guān)概念股漲勢(shì)連連，一時(shí)成為滬深兩市中“最靚的仔”。
什么是光模塊？Sora的發(fā)布對(duì)光模塊產(chǎn)業(yè)影響幾何？為何硅光技術(shù)是高速光模塊性價(jià)比更優(yōu)越的選項(xiàng)？
光模塊是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)輸入過程中光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換功能的光電子器件。
最常見的光模塊由光發(fā)射器件（TOSA，含激光器）、光接受器件（ROSA，含光探測(cè)器）、功能電路、光（電）接口、導(dǎo)熱架、金屬外殼等部分組成。從發(fā)射端來看，驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)原始電信號(hào)進(jìn)行處理，然后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器（LD）發(fā)射出調(diào)制光信號(hào)；從接收端來看，光信號(hào)進(jìn)入接收端端后，由光探測(cè)二極管（PD） 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)前置放大器后輸出。功能電路集成了時(shí)鐘、數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片以及激光器驅(qū)動(dòng)芯片等。
（光模塊結(jié)構(gòu)示意圖）
目前，光模塊廣泛應(yīng)用于FTTx（光纖接入）、通信基站、承載網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等。光模塊的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)正向著“高速率、低成本、低功耗”發(fā)展。目前，光模塊應(yīng)用速率正從10G-40G向100G-400G升級(jí)，400G-800G技術(shù)的研發(fā)與商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程加快，并將持續(xù)向更高速的1.6T速率方向進(jìn)展。
2023年以來，以 ChatGPT 為代表的 AI 數(shù)據(jù)中心的需求出現(xiàn)了井噴式的增長(zhǎng)，AI 數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模超預(yù)期需求釋放帶動(dòng)了 400G/800G 超高速光模塊的訂單釋放。某光模塊龍頭上市公司表示，從去年二季度開始，800G 的需求、訂單和出貨量都比預(yù)期有了明顯的大幅增長(zhǎng)。而在 2023 年下半年，部分海外大客戶開始提高 400G 光模塊的需求用于以太網(wǎng) 400G 交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，400G 訂單和出貨量也開始顯著增加，而這些都是 AI 算力的快速增長(zhǎng)帶來的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
（Yole：2028 年全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模有望突破 200 億美元）
2028 年全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模有望突破 200 億美元。根據(jù) Yole Intelligence 數(shù)據(jù)，2022 年全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模為 110 億美元，在大型云服務(wù)運(yùn)營(yíng)商對(duì) 800G高數(shù)據(jù)速率模塊的高需求和國(guó)家電信對(duì)增加光纖網(wǎng)絡(luò)容量的要求推動(dòng)下，預(yù)計(jì)2028年將增至 223 億美元，2022-2028 年年化復(fù)合增速將達(dá)到 12%。
算力時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)中心成為能耗大戶，光模塊技術(shù)的升級(jí)不僅僅是簡(jiǎn)單的速率翻倍，更需要解決高速率帶來的的功耗、成本問題。光模塊能耗占據(jù)數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)能耗比重的 40%-50%。
根據(jù) FibalMall 數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中 400G 光模塊能耗為 10-12W， 800G 能耗為 15-18W，未來 1.6T 能耗將是 400G的 2 倍，預(yù)計(jì)高達(dá) 20-24W；同時(shí) Cisco 的數(shù)據(jù)顯示 2010-2022 光引擎能耗提升約 26 倍。顯而易見，光模塊能耗的激增給數(shù)據(jù)中心的成本端帶來巨大壓力，解決其能耗問題成為當(dāng)下光模塊技術(shù)更新的關(guān)鍵。
400G、800G、1.6T光模塊功耗對(duì)比如下：
（數(shù)據(jù)來源：FibalMall）
在AI浪潮加速技術(shù)產(chǎn)品迭代的背景下，行業(yè)正面臨日益嚴(yán)峻的帶寬與功耗痛點(diǎn)問題，具有高帶寬、小尺寸、低能耗和低成本等優(yōu)勢(shì)的硅光方案是高速率光通信方向上可靠且最具性價(jià)比的發(fā)展方向。硅光使用成熟的CMOS工藝，在半導(dǎo)體襯底上直接蝕刻或集成電芯片、調(diào)制器、探測(cè)器、光柵耦合器、光波導(dǎo)等器件。
相較于傳統(tǒng)三五族(III-V)直接帶隙半導(dǎo)體材料的光模塊，硅光模塊具備以下優(yōu)勢(shì)：
1：功耗優(yōu)化：相較于傳統(tǒng)方案，硅光可降低約20%的功耗，對(duì)于例如1.6T速率的傳統(tǒng)方案已經(jīng)面臨液冷散熱挑戰(zhàn)的情況下，這一特性尤為關(guān)鍵。
2：尺寸緊湊：硅光方案相對(duì)傳統(tǒng)方案更小巧，有助于硬件集成度的提升。
3：成本效益：硅光技術(shù)的應(yīng)用預(yù)計(jì)能使成本下降10%-20%，對(duì)硅光廠家和光模塊制造商而言，這意味著雙方毛利空間的共同提升。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，硅光技術(shù)在400G以上場(chǎng)景有望成為性價(jià)比選擇：隨著大數(shù)據(jù)中心對(duì)連接帶寬的不斷升級(jí)，多通道技術(shù)成為必須，高集成高速硅光芯片成為 性價(jià)比更優(yōu)越的選項(xiàng)。從用4x25G 為代表100Gbps大數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)時(shí)代開始，以Intel、Luxtera的硅光產(chǎn)品開始嶄露頭角，開始規(guī)?；M(jìn)入市場(chǎng)。與分立的EML器件相比，硅光芯片通過與電芯片混合集成提供更優(yōu)性能，以集成架構(gòu)提供更低物料成本，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)潔的模塊設(shè)計(jì)，支持更高的生產(chǎn)效率。當(dāng)前，100G已進(jìn)入成熟應(yīng)用，400G (4x100G)正在進(jìn)入規(guī)模商用，同時(shí)800G(8x100G) 也已開始在大規(guī)模人工智能及高密度交換機(jī)互聯(lián)開始試商用。
硅光解決方案因其強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，承載著業(yè)界的期望。目前，硅光技術(shù)在高速光模塊中的滲透率維持在大約15%，但預(yù)期在未來，尤其在400G及以上的高速光模塊市場(chǎng)，硅光技術(shù)有望提升滲透率至15%以上，甚至突破30%乃至40%。根據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，在2027年前后，若硅光技術(shù)研發(fā)進(jìn)展順利，有望占據(jù)高速光模塊市場(chǎng)的40%份額。
隨著 AIGC 領(lǐng)域?qū)λ懔透咚俾使饽K需求的提升，國(guó)內(nèi)多家廠商相繼布局硅光技術(shù)領(lǐng)域，硅光子正迎來黃金發(fā)展機(jī)遇。