從光模塊產品演進方向映射技術前瞻布局從光模塊產品演進方向映射技術前瞻布局光模塊產品升級迭代路線：小型化、高速率、低功耗不斷升級。數據中心側：隨著數據流量爆發與下游應用的豐富，帶動高速光模塊速率的持續升級，當前全球主要玩家800G進入產品向高速率升級，驅動多種技術路線變革。心進一步向大型化、集中化轉變，將帶動高速率及中長距離光模塊的快速發展。目前全球主要的云廠商已在數據進而導致整體成本提升，驅動更高速率光模塊的多種技術演進。圖表1：光模塊發展趨勢圖表2：光模塊封裝形資料來源：RF技術社區、長城證券產業金融研究院資料來源：CPOCPO：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時代催生高算力需求大模型時代帶來高算力需求，降低功耗將為超算廠商帶來競爭優勢。據openAI測算，自2012年以來，全球頭部AI模型訓練算力需求3度高達10倍。高算力需求會帶來功耗上的提高，超算廠商的成本也會隨之上升。因此，在算力需求快速提升的背圖表3：大模型時代算力需求資料來源：《COMPUTETRENDSACROSSERASOFMACHINELEARNING》、長城證券產業金融研究院圖表5：CPO交換機示意圖圖表5：CPO交換機示意圖根據AyarLabs數據，以32×100Gbps為例，現在所使用的交換機功耗436W，而CPO交換機通過共同封裝大幅度縮短電連接，功耗僅230W。資料來源：CNDS、易飛揚通信、長城證券產業金融研究院CPO技術：光電一體封裝，大幅降低功耗CPO技術具有低功耗、高性能、高質量、高傳輸的優勢隨著5G時代高帶寬的計算、傳輸、存儲的要求，以及硅光技術的成熟，板上和板間也進入了光互聯時代，通道數也大圖表圖表4：CPO縮短距離后保持高質量傳輸傳統的連接方式，叫做Pluggable（可插拔）。光引擎是可插拔的光模塊。光纖過來以后，插在光模塊上，然后通過SerDes通道，送到網絡交換芯CPO是將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。資料來源：銳捷官網、長城證券產業金融研究院CPO的低功耗或將成為AI高算力下高效能比方案：2）體積/傳輸質量：滿足超高算力后光模塊數量過載問題。同時將光引擎移至交換芯片附近，降低傳輸距離，一方面CPO出貨量從800G開始，未來市場空間廣闊CPO出貨量從800G開始，未來市場空間廣闊CPO發展目前處于起步階段，未來市場空間廣闊。LightCounting認為，CPO出貨量預計將從800G和1.6T端口開始，于2024至2025年開始商用，2026至2027年開始規模上量，主要應用于超大型云服務商的數通短距場景。CIR預計到2027年，共封裝光學的市場收入將達到資料來源：中際旭創2022年年報、CIR《MarketsforCo-Packagedoptics2022-2030》、長城證券產業金融研究院資料來源：中際旭創2022年年報、Yole、長城證券產業金融研究院全球CPO端口的銷售量將從2023年的5萬增長到2027年的450萬。2027年，CPO端口在800G和1.6T出貨總數中占比接近30%。Yole報告數據顯示，2022年CPO市場產生的收入達到約3800萬美元，預計2033年將達到億美元，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將有效解決高速高密度互聯傳輸。LightCounting在2022年12月報告中稱，AI對網絡速率的需求是目前的10倍以上，在這一背景下，CPO有望將現有可插拔光模塊架構的功耗降低50%，將有效解決高速高密度互聯傳輸場景。CIR表示，基于CPO的設備最初將用于超大規模數據中心，此外，CPO預計將在一年左右的時間進入其他類型的數據中心，未來將進一步在邊緣和城域網絡、高性能計圖表8：國內CPO廠商布局情況當前技術/產品進展和800G硅光模塊已開發成功并進入送測階段，C器件等核心產品方面持續深耕模塊產品型號實現全覆蓋，50GPON光模塊、8通硅光模塊和CPO產品正在研發中積極開發下一代數據中心用硅光模塊以及下一代無線公司已經加入多個國際標準組織參與NPO/CPO的技術加大硅光集成技術的研發投入力度，建立高水平的高器件、室內光纜和線纜材料等橫向、縱向產業布局資料來源：中際旭創2022年報、天孚通信2022年報、博創科技2022年報、聯特科技2022年報、仕佳光子2022年報、長城證券產業金融研究院發展歷程：鈮酸鋰材料已有百年研究過程發展歷程：鈮酸鋰材料已有百年研究過程鈮酸鋰材料的研究已經接近100年，可以劃分為三個階段：第一階段（1928-1965年）：國外對鈮鋰結構特性開展初步研究；1937年，Sue等實驗合成了鈮酸鋰，未引起廣泛關注；直至1949年，美國Bell實驗室的Matthias和Remeika發現其高溫鐵電特性法成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體；1965年，Bell實驗室的Nassau和LevinstAbrahams等建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結構模型，一直沿用至今。）：1964-1967年，美國Bell實驗室對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開第三階段（1970年至今）：我國從1970年代開始鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應用研究。1980年，南開大學與西南技術物理所合作發現高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，該晶體被稱為“中國之星”；同年，南京大學突破了周期極化首次對鈮酸鋰結構特性開展初步研究實驗合成了鈮酸鋰成功生長出厘米級鈮酸鋰晶體找到制備單疇鈮酸鋰的方法，建立新的鐵電與順電相下鈮酸鋰晶格結構模型對鈮酸鋰的電光、倍頻、壓電、光折變等特性開展一系列研究對鈮酸鋰晶體生長、缺陷、性能及其應用研究發現高摻鎂鈮酸鋰的高抗光損傷性能，突破了周資料來源：康冠光電官網、長城證券產業金融研究院資料來源：華經產業研究院、長城證券產業金融研究院鈮酸鋰晶體性能優異，在調制器制備方案中優勢明顯資料來源：華經產業研究院、長城證券產業金融研究院鈮酸鋰晶體性能優異，在調制器制備方案中優勢明顯鈮酸鋰晶體具有光電效應多、性能可調控性強、物理化學性能穩定、光透過范圍寬等特點。1）鈮酸鋰晶體光電效應多，具有包括壓電效應、聲光效應等多種光電性能；2）鈮酸鋰晶體的性能可調控性強，是由鈮酸鋰的晶格結構和豐富的缺陷結構所造成，鈮酸鋰晶體的諸多性能可以通4）光透過范圍寬，具有較大的雙折射，而且容易制備高質量的所以基于鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器、光調制器、相位調制器、光隔離器、電光調a開關等光電器件在電子技術、當前有三種電光調制器制備方案，鈮酸鋰性能優勢明顯，能夠充分滿足傳輸距離長、容量大的需求。工藝成熟等優點。同時，傳輸距離長達100公里以上，容量超過100G，在10圖表10：三種主要調制器方案對比用熟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酸鋰方案雖有性能優勢，但也存在不足。1）性能提升空間：受限于鈮酸鋰材料中的自由載流子效應，傳統鈮酸鋰基光電調制器信號質量、關鍵性能參數的提升逐漸遭遇瓶頸，且與CMOS工藝不兼容。3）成本及價格問題：鈮酸鋰調制器價格數倍于磷化薄膜鈮酸鋰調制器不僅繼承了鈮酸鋰材料的性能優勢，而且在體積、成本等方面有所改善。1）薄膜鈮酸鋰調制器在性能和性價比上得到新的提升，在保留鈮酸鋰調制器原有的性能優勢的同時使帶寬獲得2）尺寸顯著變小，解決了體材料鈮酸鋰體積較大難以集成的問題，可以實現高度集成；3）隨著尺寸的減小也使單位面板傳輸密度大大提高，成本方面有進一步下降的空間。圖表11：磷化銦與傳統鈮酸鋰調制器對比資料來源：光纖在線、長城證券產業金融研究院資料來源：光纖在線、長城證券產業金融研究院薄膜鈮酸鋰潛在市場空間接近百億鈮酸鋰晶體市場穩步增長，鈮酸鋰調制器2024年潛在市場規模或近百億級。l全球鈮酸鋰晶體市場穩步增長，2022年市場規模達1.46億美元。光學級是鈮酸鋰晶體的主要類型，260%。根據QYReseach數據，2016年全球鈮酸鋰晶體市場營收為1.24億美元（約8億元），預計2022年達到1.46億美元（約10億元），CAGR為2.26％。其中，光學級是鈮酸鋰晶體的主要類型，2016年全球光學級鈮酸鋰晶體銷售收入約0.75億美元，約占全球銷售收入的60％。l薄膜鈮酸鋰調制器2024年潛在市場規模或近百億級。隨著高速相干光傳輸技術不斷從長途/干線下沉到區域/數據中心等領域，用于高速相干光通信的數字光調制器需求將持續增長，2024年全球高速相干光調制器出貨量將達到200萬端，按照每個端口平均需要1～1.5個調制器，若薄膜鈮酸鋰調制器體滲透率可達50%，對應的市場空間約145.53124.48124.482016資料來源：QYResearch、長城證券產業金融研究院全球高速相干光調制器出貨量/萬200每個端口所需調制器/個1調制器總數/萬個薄膜鈮酸鋰售價（美元/個）薄膜鈮酸鋰市場空間/億元資料來源：華經產業研究院、長城證券產業金融研究院薄膜鈮酸鋰材料：相干下沉應用打開薄膜鈮酸鋰的應用空間薄膜鈮酸鋰材料：相干下沉應用打開薄膜鈮酸鋰的應用空間相干光傳輸技術開始從骨干網下沉，鈮酸鋰調制器有望迎來較大的發展機遇。磷化銦，薄膜鈮酸鋰調制器具備其它材料無法比擬的帶寬優勢。應用場景方面，在流量爆發式增長提升傳輸距離和容量要求的大背景下，相干光傳輸技術開始從骨干網相干光通信領域的鈮酸鋰調制器有望迎來較大的發展機遇。相干下沉應用打開薄膜鈮酸鋰的應用空間。電信側，相干技術從過去的骨干網（>1000km）下沉到城域網（100~1甚至邊緣接入網（<100km數據中心側，相干技術已定的調制方式，可以實現超高容量和超遠距離的信息傳圖表15：2022年及2023年Q1薄膜鈮酸鋰相關廠商布局情況當前技術/產品進展發生產能力，積極推動LPO相關項目的進展，資料來源：光庫科技2022年報、新易盛2023投資者調研、長城證券產業金融研究院硅光技術：具有集成度高、成本下降潛力大、波硅光技術：具有集成度高、成本下降潛力大、波資料來源：前瞻產業研究院、長城證券產業金融研究院APD接收器硅光技術資料來源：前瞻產業研究院、長城證券產業金融研究院APD接收器硅光技術硅光技術演進路線及應用硅光子技術是基于硅和硅基襯底材料，利用現有CMOS工藝進行》程，》》程，》資料來源：訊石光通訊網、長城證券產業金融研究院硅光技術憑借在功耗、成本、結構、集成等多個方面的突出優勢，被譽為“突破摩爾定律曙光出現”，但當前世界范圍內硅光技術在光開關、光波導、硅基探測器(Ge探測器)及光調制器(SiGe調制器)等已實現了突破情況下，卻仍處于簡化工藝流程提升效率的第二階段向第三階段的進化期。制器件及APD接收器等。不過由于產業尚處于起步階段，業內并未出現權威的行業規范與技術標準，各主流廠商采用硅光技術設計生產元器件時采用的技術路線不盡相同，最終的技術方案還有待優化完善。件資料來源：南智光電官網、長城證券產業金融研究院列列資料來源：南智光電官網、長城證券產業金融研究院列列列++列+++片當下是混合集成，單片集成是未來技術發展方向。l硅光的混合集成方案主要包括激光器直接放置技術和晶圓預先制作好的III-V族材料激光器放置在硅光子芯片表面，通過焊球完成電連接，實現光源與硅光波導器件的混合集成。晶圓鍵合技術是將III-V族材料外延層集成至硅波導等硅光器件上方，由III-V族材料產生的光可通過倏逝波耦合的方式進入硅光子回路，完成片上光源與硅光子芯片的混合集成。l單片集成方案主要指硅上異質外延III-V材料激光器。與混合集成光源相比，單片集成方案最主要的優1、硅芯片上的光子晶體結構可降低光速，光學數據緩沖存儲成為可能。2、全光邏輯控制器件的突破，將幫助實現全光網絡交換系統的到來。3、在硅基光子器件中實現單光子探測，將推動量子通信的發展。4、硅基光子技術在液晶顯示領域的應用，有望進一步推動微投影技術的發展，催化新的信息顯示模式。+++資料來源：訊石光通訊網、電子說、長城證券產業金融研究院資料來源：訊石光通訊網、電子說、長城證券產業金融研究院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。“以光代電”是硅光技術出現的關鍵思路，即利用激光束代替電子信號進行數據傳輸。硅光子技術是利用現有CMOS工藝進行光器件開發和集成的新一代技術，具有集成度高特點，并表現出成本、波導傳輸性能等方面的優勢。l集成度高：硅光子技術以硅作為集成芯片的襯底，硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的CMO藝制作光器件。與傳統方案相比，硅光子技術具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的l成本下降潛力大：傳統的GaAs/InP襯底因晶圓材料生長受限，生產成本較高。近年來，隨著傳輸速率的進一步提升，需要更大的三五族晶圓，芯片的成本支出將進一步提升。與三五族半導體相比，硅基材料成本較低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。l波導傳輸性能優異：硅的禁帶寬度為1.12eV，對應的光波長為1.1μm。因此，硅對于1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。難度大，尤其是波導制備還很難完成;混合集成的成本與設計難度仍然不小。從而影響到良品率與制造成本。硅光模塊的低成本優勢或許會使得其成為數據中心網絡向400G升級的主流產品。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光模塊市場空間廣闊，未來在高速光模塊市場占有率將達到60%以上。模塊市場景氣度將迅速提升，預計到2025年市場規模將達到180億美元左右。硅光模塊在高速率傳輸網中優模塊市場規模的復合增長率分別達到95.9%、37.3%。新思界產業研究中心認為，2020年全球硅光普及率較低，僅為15%左右，在5G與數據中心行業拉動下，預計到2025年其市場普及率將達到45%左右，其中，在高速光模塊市場中占有率更高，將達到60%以上。圖表20：2016-2025年硅光模塊市資料來源：電子發燒網、Yole、長城證券產業金融研究院圖表21：2020-2025年硅光模塊市場份額（%）資料來源：新思界產業研究中心、長城證券產業金融研究院資料來源：中際旭創2022年報、博創科技2022年報資料來源：中際旭創2022年報、博創科技2022年報、新易盛2022年報、華工科技2022年報、源杰科技2022年報、長城證券產業金融研究院硅光技術應用場景及相關廠商布局硅光技術應用場景及相關廠商布局數據中心、5G承載網、光傳感等市場將為硅光打開增長空間。傳統的可插拔光模塊在性價比及功耗方面難有進步空間，而高2）在5G承載網市場中，5G前傳是硅光技術的又一市場增長點，Intel已針對5G前傳發布具有擴展工作溫度范圍的100G收發器，支持在-40℃~85℃的工作溫度范圍內通過單模光纖實現10km鏈路。3）光傳感領域硅光發展潛力巨大，現階段來看，面向自動駕駛的激光雷達硅光芯片以及面向消費者健康監測及診斷的硅光芯片將是重要增長點。圖表22：國內硅光廠商布局情況股票名稱代碼當前技術/產品進展布局方向800G和相干系列產品等已實現批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發成功并進入送測階段，CPO技術和3D封裝技術也在研發中進一步加大800G、1.6T及以上高速率光模光模塊、硅光和相干等技術研究博創科技10GPON光模塊系列型號持續擴充，數據中心用400G模塊產品型號實現全覆蓋，50GPON光模塊、800G數通硅光模塊和CPO產品正在研發中積極開發下一代數據中心用硅光模塊以及下一代無線傳輸網用光模塊新易盛在800G光模塊產品已實現批量出貨、成功推出基于硅光解決方案的400G光模塊產品、400GZR/ZR+相干光模塊產品進一步加強數據中心運用領域相關新產品新技術的研發生產能力，積極推動LPO相關項目的進展，力爭在LPO相關產品的競爭中占得先機華工科技100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已于2022年第三季度正式推出市場積極推進硅光技術應用，布局薄膜鈮酸鋰技術及下一代光電合封技術源杰科技具備量產能力立足“一平臺、兩方向、三關鍵”的戰略部署，繼續深耕光芯片行業，著力提升高速率激光器芯片產品的研發能力LPOLPO：成本優勢突出，滿足AI計算中心線短距、大LPO技術方案：大幅減少系統功耗與時延相較DSP方案，LPO可大幅度減少系統功耗和時延，但只適用于短距傳輸。lLPO(Linear-drivePluggableOpticsCDR或DSP的設計方案。延遲提升（功耗相較DSP可下降接近50%），但是系統誤碼率和傳輸距離有所犧牲，LPO只適用于特定短距離應用場景，如：數據中心服務器到交換機的鏈接，但未來可能會用于500m以內，滿足數據中心最大的l考慮到傳統光模塊中DSP芯片的BOM成本占比不低，LPO的低價格特性有可能在800G時圖表23：光模塊價值量構成資料來源：華經產業研究院、長城證券產業金融研究院圖表24：LPO技術路線資料來源：EDN電子技術設計、長城證券產業金融研究院LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優勢。LPO具有功耗低、低延遲、低成本、可熱插拔的優勢。l功耗低：相比于可插拔光模塊，LPO的功耗下降約50%，與C的場景，例如高性能計算中心(HPC)中GPU之間的互聯。700美金，DSP芯片的成本約為50-在8%左右。l可熱插拔：相比于CPO而言，LPO仍然采用可插拔模塊的形式，其可靠性高，維護方便，可以利用成熟的光模塊供應鏈，并未像CPO進行較大的封裝形式革新，成為LPO方案受到關注的另一大原因。資料來源：EDN電子技術設計、長城證券產業金融研究院滿足AI計算中心線短距、大寬帶、低延時要求。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大模型預訓練。800GLPO技術無需DSP或者CDR芯片，因此相比傳統的DSP解決方案大大降低了功耗和延遲。這種低延遲傳輸能力非常有利于當前機器學習ML和高性能計算HPC等領域交換機之間，交換機到服務器和GPU之間的傳輸應用，而其系統誤碼率和傳輸距離較短的問題，在AI計算中心短距離應用場景下解決，較為適合AI大模型預訓練場景，在A圖表26：LPO技術方案當前技術/產品進展新易盛目前已實現基于LPO方案的800G光模塊產品以及單波200Gbps技術的800G光模塊公司在LPO技術領域已深入布局，在2023年3月的OFC2023期間推出了多款相關產品800G和相干系列產品等已實現批量出貨，1.6T光模塊和800G硅光模塊已開發成功并進入送測階段，CPO技術和3D封裝技術也在研發中公司在機構調研中表示，高度重視LPO開發，組成了項目華工科技100G/200G/400G全系列光模塊批量交付，800G硅光模塊已于2022年第三季度正式推出市場，下一代25GPON光模塊產品已與客戶開展聯調，50GPON啟動產品布局公司擁有自主開發的硅光技術，針對CPO、LPO技術已研發立項劍橋科技塊和100GZR4光模塊的研發和認證，200G/Lambda1.6T高速光模塊和400G/800G直驅項目的預研上實現突破公司預計在2023年7月份推出800GLPO產品仕佳光子用于激光雷達光纖激光器種子源的DFB激光器芯片，多家客戶性能驗證中公司的激光器芯片等產品能夠配合LPO技術產品的相關功資料來源：新易盛2022年報及2023投資者調研、中際旭創2022年報及2023投資者調研、華工科技2022年報及2023投資者調研、劍橋科技2022年報及2023投資者調研、仕佳光子2022