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中國公司拿下全球前三的行業(yè)，正為AI未來架起高速橋梁 | 知料

人工智能激光器芯片ai電信


作者 | 林晴晴
編輯 | 袁斯來
2023年 ， 科創(chuàng)板時(shí)報(bào)評(píng)選年度“十大科技熱詞” ， 光模塊作為AI元年最火爆的概念之一躋身其中 。
AI走向智能的前提 ， 是傳輸和處理海量數(shù)據(jù) ， 而光模塊正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵 ， 它們?cè)跀?shù)據(jù)中心內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù) ， 為機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)提供動(dòng)力 。
光模塊通過光電轉(zhuǎn)換技術(shù) ， 激光器和光電探測(cè)器共同作用 ， 將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào) ， 再經(jīng)由光纖傳達(dá)至千里之外實(shí)現(xiàn)信息的快速流轉(zhuǎn) ， 使得大量AI處理所需的數(shù)據(jù)能夠迅速傳輸 。
據(jù)Light Counting預(yù)測(cè) ， 光模塊的全球市場(chǎng)規(guī)模在2022-2027年或?qū)⒁訡AGR11%保持增長(zhǎng) ， 2027年有望突破200億美元 。 智研產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示 ， 2023年我國光模塊行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)532.6億元 ， 較2022年增長(zhǎng)24.2% 。
隨著AI技術(shù)向更高復(fù)雜性邁進(jìn) ， 對(duì)光模塊的需求也在增長(zhǎng) ， 高速率如400G、800G的模塊已經(jīng)投入使用 ， 隨著自動(dòng)駕駛、大規(guī)模云計(jì)算普及 ， 對(duì)光模塊速率要求會(huì)高達(dá)1.6T 。
當(dāng)AI席卷全球時(shí) ， 光模塊這個(gè)平淡多年的行業(yè)忽然升溫 ， 二三線光模塊廠商迎來了景氣周期 。
截至9月 ， A股市場(chǎng)共有14家光模塊公司發(fā)布了2024年中報(bào) ， 業(yè)績(jī)可觀 。 整體實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入相比去年同期增長(zhǎng)超50% ， 歸母凈利潤更是翻倍 。
然而 ， 他們面臨嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí) 。 光模塊是個(gè)老行業(yè) ， 很多廠商只是在同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)中掙扎 。 中國公司需要革命性的新技術(shù) ， 跟上AI技術(shù)奔跑的速度 。

井噴的需求 ， 狂飆的光模塊
光通信系統(tǒng)以光纖作為傳輸介質(zhì) ， 因此傳輸?shù)男盘?hào)是光信號(hào) ， 但對(duì)信息作分析處理時(shí)必須轉(zhuǎn)換成電信號(hào)才能進(jìn)行 。
光模塊正是光通信系統(tǒng)中完成光電轉(zhuǎn)換的核心部件 。 光模塊由光器件、功能電路和光接口等構(gòu)成 ， 其中光器件是光模塊的關(guān)鍵元件 ， 包括激光器（TOSA）和探測(cè)器（ROSA） ， 分別實(shí)現(xiàn)在發(fā)射端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào) ， 以及在接收端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能 。
當(dāng)前 ， 光模塊典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) 。
其中數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需要的光模塊己占大約75%通信所需光模塊的市場(chǎng)份額 ， 是光模塊的主要應(yīng)用場(chǎng)景之一 。
近年來 ， 隨著AI技術(shù)的迅猛發(fā)展 ， 特別是以ChatGPT誕生后 ， 大模型浪潮席卷全球 ， 整個(gè)行業(yè)對(duì)高速、高密度、高可靠性和低功耗的光模塊需求激增 。
【中國公司拿下全球前三的行業(yè)，正為AI未來架起高速橋梁 | 知料】光模塊行業(yè)排名前列的公司多來自中國 。
從平安證券整理的最新企業(yè)排名來看 ， 2023年全球前十的光模塊公司里 ， 中國公司就有7家 。
2016年 ， 中際旭創(chuàng)第一次進(jìn)入全球前十行列 ， 而后僅兩年時(shí)間躍升至第二；2022年中際旭創(chuàng)與Coherent并列全球第一 ， 2023年 ， 中際旭創(chuàng)超過Coherent成為全球第一 。 此外 ， 華為也在同年進(jìn)入前三 。
最新披露的中報(bào)顯示 ， 中際旭創(chuàng)2023年實(shí)現(xiàn)營業(yè)總收入107.18億元同比增長(zhǎng)11.16% 。
業(yè)績(jī)的增長(zhǎng) ， 是國產(chǎn)光模塊技術(shù)更新和全球光模塊格局變化的側(cè)影 。
昔日的跟隨者 ， 今朝的領(lǐng)跑者 。
21世紀(jì)的第一個(gè)十年里 ， 西方光模塊企業(yè)憑借早期的市場(chǎng)進(jìn)入和研發(fā)重點(diǎn) ， 主要致力于芯片創(chuàng)新與產(chǎn)品開發(fā) ， 占盡先機(jī) 。 隨著行業(yè)的發(fā)展 ， 一些企業(yè)開始將利潤較薄的光模塊制造業(yè)務(wù)外包 ， 特別是向勞動(dòng)力成本較低的中國等發(fā)展中國家市場(chǎng)轉(zhuǎn)移 。
到了2018年 ， 許多海外廠商逐步退出了這一領(lǐng)域 ， 與此同時(shí) ， 中國的光模塊商則借助成本效益、市場(chǎng)規(guī)模、電信設(shè)備商扶持及多年的技術(shù)沉淀等優(yōu)勢(shì) ， 拿下市場(chǎng)份額 ， 逆轉(zhuǎn)了局面 。
目前 ， 中際旭創(chuàng)已率先實(shí)現(xiàn)了800G規(guī)格光模塊的量產(chǎn) ， 鴻騰精密科技收購70%股權(quán)的華云光電也對(duì)外宣布已具備從100G至800G光模塊的大規(guī)模量產(chǎn)能力 。 在OFC 2024展會(huì)上 ， 華為展示了其在光模塊領(lǐng)域的最新技術(shù)和產(chǎn)品 。 光迅科技聯(lián)合思科成功推出1.6T OSFP-XD硅光模塊 ， 這是基于硅光技術(shù)的光模塊技術(shù)的重大飛躍 ， 旨在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率 。
華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示 ， 我國10Gb/s以下的低端光模塊國產(chǎn)化率已達(dá)90% ， 10Gb/s光模塊的國產(chǎn)化率為60% 。
然而 ， 盡管中國在光模塊封裝能力上全球領(lǐng)先 ， 且已占據(jù)過半的市場(chǎng)份額 ， 但高端光芯片的國產(chǎn)化率相對(duì)較低 ， 尤其是在25G及以上規(guī)格 ， 存在較大國產(chǎn)替代空間 ， 國產(chǎn)化率僅為10% 。

光電合封或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)實(shí)
光模塊的性能在很大程度上取決于其封裝技術(shù)的精確度和穩(wěn)定性 ， 因?yàn)榉庋b結(jié)構(gòu)直接關(guān)聯(lián)到光信號(hào)的傳輸質(zhì)量和效率 。
一個(gè)精良的封裝設(shè)計(jì)能夠確保光信號(hào)在模塊內(nèi)部的傳輸過程中損耗最小 ， 同時(shí)提供足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性 ， 以支持高速數(shù)據(jù)傳輸 。 因此 ， 封裝技術(shù)在光模塊的整體性能中扮演著關(guān)鍵角色 ， 對(duì)于實(shí)現(xiàn)高保真度的光信號(hào)輸出至關(guān)重要 。
全球持續(xù)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量需求對(duì)光模塊封裝技術(shù)在傳輸速率、性能指標(biāo)、外形尺寸、光電集成程度、封裝工藝技術(shù)都提出了更高的要求 ， 在追求小型化、集成化以外 ， 降本增效也尤為重要 。
在光通信器件的封裝領(lǐng)域 ， 各種結(jié)構(gòu)形式層出不窮 ， 以適配多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景 。
當(dāng)前 ， 光模塊的封裝多采用可插拔式設(shè)計(jì) ， 這種設(shè)計(jì)不僅體積小巧 ， 而且功耗較低 ， 更容易滿足現(xiàn)代通信設(shè)備對(duì)于空間和能效的嚴(yán)格要求 。
然而 ， 在追求極致性能的長(zhǎng)距離和高速相干光通信領(lǐng)域 ， 不可插拔式的封裝結(jié)構(gòu)仍然是首選 ， 盡管相對(duì)沒有那么靈活和便捷 ， 但它們能夠提供更高的性能和穩(wěn)定性 。
受制于PCB高速電信號(hào)傳輸瓶頸 ， 傳統(tǒng)的可插拔式的光模塊在速率越高的情況下 ， 信號(hào)質(zhì)量劣化現(xiàn)象越嚴(yán)重 ， 傳輸?shù)木嚯x也就越受限 。
在這種情況下 ， 光電合封技術(shù)（Co-Packaged Optics CPO）可減少傳輸訊號(hào)損失 ， 增加封裝密度、強(qiáng)化熱管理 ， 成為高速高密度光互連的最有前景的解決方案 。
所謂光電合封技術(shù) ， 指的是通過將光收發(fā)模塊與ASIC芯片共同封裝 ， 實(shí)現(xiàn)了更短的電互連距離和更高的互連密度 ， 從而降低了信號(hào)衰減和系統(tǒng)功耗、成本 ， 實(shí)現(xiàn)高度集成 ， 并提高了傳輸效率 。
光電合封技術(shù)能夠支持更高的數(shù)據(jù)速率和更密集的數(shù)據(jù)中心環(huán)境 。 它通過光電融合的方式 ， 為高速、高效、高密度的光互連提供了新的可能性 。
“光電集成合封是下一代光電模組以及片間互聯(lián)（OIO/CPO）的必由之路 ?！?「傲科光電」CEO商松泉告訴36氪 。 傲科光電 2016年6月在深圳成立 ， 是一家主攻高速模擬電芯片、硅光子芯片與光電集成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)公司 。
不過 ， 盡管光電合封技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì) ， 但它也面臨著技術(shù)挑戰(zhàn) ， 包括如何實(shí)現(xiàn)高精度的光電芯片集成、如何確保長(zhǎng)期的可靠性以及如何制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等 。
短期內(nèi) ， 可插拔式光收發(fā)器因其成熟的技術(shù)和便捷的系統(tǒng)布建方式 ， 當(dāng)前仍為市場(chǎng)上的主流選擇 。
然而 ， 隨著數(shù)據(jù)中心對(duì)更高速率和更大數(shù)據(jù)傳輸量的需求不斷增長(zhǎng) ， 光電合封技術(shù)以其在能耗、量產(chǎn)成本、數(shù)據(jù)傳輸帶寬上限方面的優(yōu)勢(shì) ， 逐漸展現(xiàn)出其長(zhǎng)遠(yuǎn)潛力 。
盡管光電合封技術(shù)在器件制備、激光器、DSP、建模仿真等方面仍面臨挑戰(zhàn) ， 但業(yè)界仍看好其發(fā)展 。 許多大型企業(yè)如亞馬遜AWS、微軟、Meta、谷歌等云計(jì)算巨頭 ， 以及思科、博通、Marvell等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和芯片制造商都在積極布局CPO相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品 。
最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來自產(chǎn)業(yè)端 。 硅光集成技術(shù)的快速發(fā)展為光電合封技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供了強(qiáng)有力的支持 。
硅光技術(shù)指的是利用成熟的CMOS工藝 ， 通過在硅基襯底上集成光學(xué)和電子組件 ， 實(shí)現(xiàn)器件的微型化、高性能和低成本生產(chǎn)的技術(shù) 。
硅光技術(shù)能夠提供更高的集成度和更好的性能 ， 同時(shí)降低成本和功耗 。 例如 ， 硅光模塊可以共享一個(gè)光源 ， 減少器件數(shù)量 ， 從而降低整體成本 。
此外 ， 硅光技術(shù)可以利用CMOS工藝的規(guī)模優(yōu)勢(shì) ， 進(jìn)一步降低成本 。 在封裝方面 ， 硅光模塊的集成度更高 ， 相同光通道數(shù)下體積更小 ， 有助于提高封裝良率和降低封裝成本 。
Yole統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示 ， 2022年硅基光電子芯片規(guī)模約6800萬美元 ， 預(yù)計(jì)2028年市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至6億美元以上 ， 2022-2028年化復(fù)合增長(zhǎng)率將實(shí)現(xiàn)44% 。 Yole指出 ， 這部分主要增長(zhǎng)動(dòng)力來自800G及以上速率的可插拔模塊 ， 它們會(huì)用于高速數(shù)據(jù)中心和機(jī)器學(xué)習(xí) ， 后者要求更高的數(shù)據(jù)吞吐量及更低延遲的傳輸 。
而對(duì)于1.6T速率的光互聯(lián) ， 多家機(jī)構(gòu)認(rèn)為 ， 隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的推動(dòng) ， 預(yù)計(jì)硅光技術(shù)將在未來的數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算中發(fā)揮更加重要的作用 ， 尤其是在1.6T及以上速率的光互聯(lián)升級(jí)中 ， CPO和相干方案將成為主要的技術(shù)趨勢(shì) 。
當(dāng)前 ， 距離光電合封技術(shù)真正投入實(shí)際使用還有一段距離 。
如今 ， 在這場(chǎng)AI發(fā)展“軍備競(jìng)賽”中 ， 戰(zhàn)場(chǎng)已滿是硝煙 。
新的戰(zhàn)線即將拉開 ， 殘酷的市場(chǎng)留給光模塊廠商的考驗(yàn)和機(jī)遇更甚 ， 競(jìng)爭(zhēng)也只會(huì)更加激烈 。

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