AI硬科技和应用系列深度（一）-AI算力重塑光互联-高速率光模块与CPO产业化提速_37页_2mb

AI算力与光互联技术发展总结

核心内容

AI算力的迅猛增长显著超过网络带宽的提升速度，导致光互联技术面临升级需求。为应对这一挑战，系统级协同与定制网络成为关键趋势，推动光互联从Scale Out向Scale Up及Scale Across扩展。高速光模块（如1.6T）与硅光技术加速发展，CPO（共封装光学）和NPO（近封装光学）技术逐步实现产业化，成为下一代光互联解决方案的核心。

主要观点

1. 算力与网络增速的不匹配

   • 2020年至2024年，算力增长28倍，而PCIE带宽仅增长2倍，GPU内存增长2.4倍，网络成为算力释放的瓶颈。
   • 系统级协同设计（如NVIDIA的NVLink、NVSwitch）与定制网络架构（如Google的Virgo、Meta的NSF、AWS的RNG）是解决这一问题的核心路径。

2. 光模块技术演进

   • 800G仍是当前主流，1.6T快速渗透，3.2T为下一代目标。
   • 传统EML方案占据主导，硅光模块因高集成度与可量产性加速发展，预计2028年渗透率将达60%。
   • 硅光模块采用外置III-V族激光器，通过CMOS兼容工艺制造，具有高集成度和规模化潜力。

3. 有源器件技术

   • DSP：负责信号重建，是光互连系统的核心芯片，支持高阶调制与高速率。
   • TIA/Driver：用于信号放大和整形，确保光信号质量，目前由海外厂商主导。
   • PD：光电转换起点，性能直接影响光模块的接收灵敏度与误码率。

4. 无源器件技术

   • 光隔离器：通过法拉第效应实现单向光传输，防止反射光干扰。
   • FAU/DFAU：用于光信号与芯片的精确耦合，是CPO系统中的关键组件。
   • 保偏光纤：维持光信号偏振稳定性，是CPO与长距离光传输的重要媒介。

5. 光互联传输技术

   • MPO：高密度活动连接器，支持多通道并行传输，向16/32芯演进。
   • MT插芯：精密注塑件，具备高密度、低损耗特性，高端产能紧缺。
   • 光纤芯数升级：144、288、864芯已成常态，3,456芯光缆用于超大型数据中心。

关键信息

光模块与光芯片技术趋势

• 1.6T光模块：成为主流，硅光技术逐步替代传统EML方案。
• 3.2T光模块：下一代目标，预计2027年将开始应用。
• 硅光芯片：集成调制器、波分复用器、探测器等，预计2028年需求达17.14亿颗，CAGR为62%。

光互联架构演进

• Scale Up：光引擎与芯片共封装，使用短距离铜缆或光互联技术，未来将向3D/2.5D封装发展。
• Scale Out：采用可插拔光模块，未来硅光与3.2T技术将逐步替代。
• Scale Across：跨数据中心互联，使用相干光模块（如ZR/ZR+），实现远距离、高速率传输。

CPO/NPO技术细节

• CPO：光引擎与ASIC/XPU共封装，使用FAU实现光纤耦合，关键在于激光器可靠性、耦合精度与封装效率。
• NPO：光引擎近ASIC，可拆卸设计，提升维护便利性，已应用于NVIDIA的NVLink@技术。
• 3D封装：由台积电主导，采用SoIC-X技术，实现光引擎与芯片垂直集成。

核心组件与技术指标

• 调制器：包括MRM（微环调制器）、EAM（电吸收调制器）、MZM（马赫-曾德尔调制器），NRZ与PAM4为主要调制方式。
• FAU/DFAU：实现高密度光纤与芯片的精确耦合，对准精度需达亚微米级。
• 保偏光纤：用于维持偏振稳定性，是CPO系统与长距离传输的关键。

光纤与布线需求

• 单模光纤：用于长距离传输，G.652D为主流，G.654.E用于跨城DCI。
• 多模光纤：用于短距离传输，OM4/OM5为当前主流，支持800G模块。
• MPO：支持高密度连接，向16/32芯演进，成为AI集群布线的结构刚需。

产业链相关公司

• 中际旭创：全球领先的高速光模块制造商，覆盖400G/800G/1.6T模块，产品适配CPO与NPO场景，客户包括英伟达、谷歌、Meta等。
• 天孚通信：无源器件与有源光引擎一体化供应商，产品涵盖FAU、透镜、MT插芯等，直供中际旭创、博通等。
• 薰东光：专注于CPO配套无源器件，如DFAU、FAU、保偏耦合模组，国内少数可批量交付高精度组件的厂商。
• 仕佳光子：具备IDM能力，提供CPO配套的CW DFB激光器、AWG、FAU等，覆盖有源与无源器件。

投资与风险提示

• 行业评级：看好，预计未来6个月行业回报高于沪深300指数5%以上。
• 公司评级：根据未来6个月相对沪深300指数的涨幅，分为买入、增持、持有、减持、卖出。
• 风险提示：地缘政治风险、美国AI需求不及预期、技术迭代风险、上游物料供应限制等。

总结

AI算力的爆发式增长推动光互联技术加速演进，从传统可插拔光模块向1.6T、硅光、CPO/NPO等高带宽、低功耗方案发展。核心组件如DSP、TIA、PD、FAU、保偏光纤等技术不断升级，推动光互连向更高密度、更低损耗方向演进。产业链中，中际旭创、天孚通信、薰东光、仕佳光子等企业逐步占据重要位置，成为CPO/NPO及高速光模块的关键供应商。未来光互联将向系统级协同、高密度布线、高集成度封装等方向持续发展，相关企业有望受益。