光模块技术演进与市场机遇深度解析

AI算力基石：光模块技术演进与市场机遇深度解析

 

 

一、行业背景：AI驱动算力需求爆发

 

2024年6月，英伟达创始人兼CEO黄仁勋在Computex 2024盛会上预测，未来两年欧洲AI算力将增长十倍，超过20个AI工厂正在推进。与此同时，马斯克在2025年6月初宣布xAI 10万卡集群已投入训练，并计划建设30万块B200的算力集群。这些迹象表明，全球AI算力需求正呈现爆发式增长。

作为AI数据中心的关键组成部分，光模块行业正处于"400G向800G迭代、1.6T技术储备"的关键阶段。博通新一代Tomahawk 6交换芯片吞吐量为前代的6倍，其批量交付将进一步推动1.6T光模块需求。

二、光模块基础知识

1. 定义与工作原理

光模块（Optical Module）是将光源、硅光芯片、DSP、TIA、CDR、驱动器等电芯片集成到PCB板上并通过金属外壳封装的光电子器件，实现光信号传输过程中的光电互相转换功能。

其工作原理包含两个过程：

 

发射端（TX）：电信号→光信号。输入电信号经过驱动芯片处理，激光器将电信号转换为特定波长的光信号，通过光纤发射。

 

 

接收端（RX）：光信号→电信号。光纤中的光信号输入光模块，光电探测器将光信号转换为微弱电流，跨阻放大器将电流信号放大并还原为电信号。

 

2. 核心组件

光模块主要由三部分组成：

 

TOSA（光发射组件）：将电信号转换为光信号，包含激光二极管、背光监测二极管等元件

 

 

ROSA（光接收组件）：将光信号转换为电信号，包含光电探测器、跨阻放大器等元件

 

 

BOSA（单纤双向光器件）：将TOSA和ROSA集成，完成光电信号的相互转换

 

光学器件约占光模块成本70%以上，辅料占近30%。

3. 分类方式

光模块可按多种方式分类：

 

按封装类型：SFP、SFP+、XFP、SFP28、QSFP+、CXP等

 

 

按速率：10Mbps至800Gbps不等

 

 

按传输距离：短距（100-550米）、中距（300-10km）、长距（10km以上）

 

 

按激光器类型：VCSEL、FP、DFB和EML芯片等

 

三、三大前沿技术剖析：LPO、CPO与硅光

1. LPO（线性直驱光模块）

LPO技术取消光模块内部的DSP，将均衡、纠错等功能转移至交换机ASIC芯片，仅保留线性驱动芯片和跨阻放大器。通过高线性度Driver直接调制激光器，减少信号失真，降低功耗50%以上。但目前传输距离受限（<100米），需依赖高速SerDes提升带宽。

2. CPO（共封装光学）

CPO将光引擎与交换芯片封装在同一基板或封装体内，缩短电互连距离至毫米级，减少信号损耗和功耗。采用先进3D封装工艺，实现光引擎与ASIC的垂直互连和水平布线。初期成本较高（约为可插拔模块的3倍），但长期看具有显著优势。

3. 硅光技术

硅光子技术基于硅和硅基衬底材料，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成，核心理念是"以光代电"。硅光调制器采用硅-氮化硅混合波导，支持56G/112G PAM4速率，正从混合集成向单片集成过渡。

技术对比：

 

速率：LPO（800G→1.6T）、CPO（1.6T→3.2T）、硅光（800G→1.6T→3.2T）

 

 

功耗：LPO（800G<10W）、CPO（1.6T<20W）、硅光（800G为12-16W）

 

 

传输距离：LPO（<100米）、CPO（<50米）、硅光（<2km）

 

 

应用场景：各有侧重，从短距机柜互联到超大规模IDC不等

 

四、发展历程与技术迭代

光模块发展经历了四个主要阶段：

 

早期探索与低速模块（1999年-2000年代初）：1X9封装形式，速率155Mbps-622Mbps，主要应用于电信骨干网。

 

 

高速率模块崛起（2000年代-2010年代）：10G模块从XENPAK演进至SFP+；40G QSFP和100G CFP模块成为主流。

 

 

硅光与高密度集成（2010年代-2020年代初）：硅光技术商用化，400G模块成为主流，QSFP-DD和OSFP封装推出。

 

 

超高速率与技术革新（2020年代至今）：800G模块规模化部署，1.6T模块即将商用，新材料（如薄膜铌酸锂）和新技术（如CPO）推动行业革新。

 

技术迭代推动了单位比特成本与能耗的不断下降，平均每四年下降一半。

五、市场空间与发展趋势

随着AI算力需求爆发式增长，光模块市场迎来黄金发展期：

 

800G光模块成为市场主力，国内外大厂纷纷发力布局

 

 

1.6T技术预计2025年开始商用，2026年规模化应用

 

 

CPO技术有望在2026年后成为超高速率场景主流选择

 

 

硅光技术渗透率持续提升，在800G模块中已达50%

 

根据行业预测，未来五年光模块市场将保持30%以上的年复合增长率，AI数据中心和算力集群建设将成为主要驱动力。

六、投资视角下的光模块行业

光模块作为AI算力基础设施的关键组成部分，受益于全球数字化和智能化趋势，具有长期成长潜力。投资者应关注：

 

技术领先、具备800G和1.6T量产能力的龙头企业

 

 

在LPO、CPO或硅光等前沿技术领域有布局的公司

 

 

与全球AI巨头（如英伟达、谷歌等）有深度合作的供应商

 

 

具备垂直整合能力，能够控制成本和保证供应链稳定的企业

 

需要注意的是，光模块行业技术迭代速度快，需要持续研发投入，同时面临市场竞争加剧和技术路线不确定性的风险。

结语

光模块作为AI算力的基石，正经历着技术快速迭代和市场高速增长的关键时期。从400G到800G，再到1.6T的技术演进，以及LPO、CPO和硅光等新技术的涌现，行业创新活力充沛。随着全球AI算力需求持续爆发，光模块行业有望迎来新一轮成长周期，为投资者带来丰富机遇。然而，也需要密切关注技术路线变化、市场竞争格局和全球供应链态势，做出理性判断和决策。