通信设备行业深度报告：光模块系列深度（二），降本降耗趋势显著，聚焦技术创新-20231011-开源证券-29页_2mb

通信设备行业光模块降本降耗趋势分析

核心内容概述

随着算力需求的快速增长，数据中心带宽和功耗持续上升，推动光模块向高性能、低功耗方向发展。光模块作为数据中心的核心组件，其内部结构包含激光器、光探测器、功能电路等，主要通过DSP、CDR等技术实现信号处理与恢复。在降本降耗趋势下，LPO和CPO等新技术成为行业发展的关键方向。LPO通过去除DSP，实现低功耗；CPO则通过缩短封装距离，提升集成度与传输效率。此外，薄膜铌酸锂调制器作为未来高速率场景的重要选择，也受到广泛关注。

主要观点

1. 数据中心能耗与算力提升呈指数关系

• 2023年我国数据中心耗电量预计达到2,667.92亿千瓦时，占社会总耗电量的3%。
• 到2028年，数据中心功耗将接近4250MW，比2023年增长212倍，基础设施与运营成本或超760亿美元。
• IT设备占数据中心总能耗的45%，其中服务器占50%，存储系统占35%，网络设备占15%。

2. LPO技术：短距离场景下的降耗方案

• LPO（线性直驱）是针对DSP功耗问题的优化方案，通过使用高性能TIA和Driver芯片，减少功耗。
• LPO主要应用于短距离（50m内）连接，如服务器与交换机之间。
• 国内厂商剑桥科技、新易盛已布局LPO，预计2023年下半年实现小批量出货。
• LPO牺牲部分信号恢复能力，但具备更低的功耗和成本优势。

3. CPO技术：超高速场景下的颠覆性技术

• CPO（共封装光学）通过缩短光模块与交换芯片之间的互连距离，降低SerDes功耗和传输延迟。
• 3D封装是CPO技术发展的趋势，实现更短互连、更高集成度和更低功耗。
• 博通、思科、美满科技等海外企业已推出CPO产品，国内企业如光迅科技、中际旭创等也在布局，但尚未实现量产。

4. 薄膜铌酸锂调制器：高效调制解决方案

• 薄膜铌酸锂具有低半波电压、高电光系数等优势，有望成为高速率场景下的高效调制器。
• 当前处于研发阶段，未来或通过硅光与混合集成技术实现产业化。
• 高性能光模块（如400G/800G）可受益于薄膜铌酸锂调制器的引入。

关键信息

光模块结构与技术组件

• 光模块由TOSA（发射组件）、ROSA（接收组件）、功能电路、光/电接口等组成。
• TOSA包含激光器（LD）、隔离器、耦合透镜等；ROSA包括PD、TIA、LA等。
• CDR（时钟与数据恢复）是光模块的核心信号处理模块，用于提取数据和恢复时钟。
• LDD（激光器驱动器）负责将电信号转换为光信号，分为直接调制（DML）和外调制（EML）两种方式。

光芯片材料对比

• 硅光与InP芯片在波导损耗、调制器带宽、探测器响应率等方面各有优劣。
• 硅光芯片成本较低，但制备难度较大；InP芯片性能更优，但成本较高。
• 硅光芯片与CMOS工艺兼容性好，适合大规模生产。

光模块成本结构

• 光器件元件和光/电芯片占光模块成本的73%，其中DFB、APD、TIA占光器件成本的48% + 32%。
• 控制芯片占18%，是光模块成本的重要组成部分。

受益标的

• 剑桥科技：与Macom合作，推出基于硅光的LPO400G/800G产品。
• 新易盛：推出800GLPO产品，用于单模或多模场景。
• 光迅科技：研发支持3.2T CPO光引擎的自研光源模块。
• 中际旭创：布局2.5D和3D混合封装技术，推进CPO产业化。
• 通宇通讯：具备硅光高集成度光电芯片及封装技术，预计2024年底实现CPO批量应用。
• 博创科技：正在CPO技术领域进行研发与产品准备。
• 联特科技：CPO产品开发处于初期阶段。

风险提示

• 电芯片和光芯片供应链风险。
• 云厂商资本开支不及预期。
• CPO技术在热管理、良率和可靠性方面仍面临挑战。
• 薄膜铌酸锂产业化进程可能受制于技术成熟度与成本控制。

技术趋势与未来展望

• 光模块向更高集成度、更低功耗、更低成本方向演进。
• LPO和CPO技术将成为数据中心降本降耗的重要手段。
• 硅光技术与CMOS工艺的兼容性为大规模生产提供了可能性。
• 未来随着AI算力的提升，光模块需求将持续增长，硅光和薄膜铌酸锂有望成为关键技术路径。