01 產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

　　02 CPO光模塊是什么？

　　要讀懂CPO光模塊產(chǎn)業(yè)鏈，首先需要明白光模塊、CPO、CPO光模塊等概念。下面帶你吃透這些名詞：

　　① 光模塊：“電轉(zhuǎn)光、光轉(zhuǎn)電的獨(dú)立翻譯官”：咱們平時(shí)用的光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心里的服務(wù)器傳數(shù)據(jù)，都要靠 “光信號(hào)”（速度快、能傳遠(yuǎn)），但電子設(shè)備（比如手機(jī)、服務(wù)器芯片）只能認(rèn) “電信號(hào)”，這就需要光模塊來當(dāng) “翻譯官”。

　　② CPO：是 “共封裝光學(xué)” 的簡(jiǎn)稱，是一種將光模塊核心部件與芯片直接 “貼在一起” 的革命性技術(shù)。

　　光模塊是 “電信號(hào)→光信號(hào)” 的轉(zhuǎn)換器，但傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中它是獨(dú)立小盒子，與芯片（如 GPU、交換機(jī) ASIC）之間需通過銅線連接。CPO技術(shù)則是直接把光引擎（光模塊核心部件）與芯片封裝在同一塊基板上，甚至采用 3D 堆疊技術(shù)讓兩者 “背靠背”，數(shù)據(jù)傳輸距離從幾十厘米縮短到幾毫米，極大提升效率。

　　③ CPO 光模塊：就是用CPO技術(shù)封裝的光模塊。

　　如下圖所示，CPO技術(shù)不斷進(jìn)步，中間消耗（粗略理解紅框部分）不斷降低：

　　03 上游產(chǎn)業(yè)鏈

　　03-1、光器件

　　如果把光模塊類比成 “數(shù)據(jù)快遞的中轉(zhuǎn)站”，那么 TOSA 和 ROSA 就是這個(gè)中轉(zhuǎn)站里最核心的 “收發(fā)快遞設(shè)備”，具體拆開來聊：

　　首先說定位，TOSA 和 ROSA 是光模塊里的核心部件，就像中轉(zhuǎn)站里負(fù)責(zé)發(fā)件和收件的關(guān)鍵機(jī)器，沒它們就沒法完成數(shù)據(jù)的 “光信號(hào)轉(zhuǎn)換”。

　　再看成本，光模塊的成本里，光器件占了 73%，相當(dāng)于中轉(zhuǎn)站的 “核心設(shè)備成本” 占了七成多，是花錢的大頭。而這光器件里，TOSA（光發(fā)射組件，負(fù)責(zé)發(fā)信號(hào)）和 ROSA（光接收組件，負(fù)責(zé)收信號(hào)）又占了 80%，等于核心設(shè)備里，收發(fā)件機(jī)器又占了八成，是核心中的核心。而且這倆都屬于 “有源光器件”，簡(jiǎn)單說就是需要通電才能干活的設(shè)備，它們能干活的核心，全靠里面的光芯片。

　　接著看結(jié)構(gòu)，TOSA 像 “數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)”，里面有激光器、適配器、管芯套。激光器是它的核心，相當(dāng)于 “信號(hào)發(fā)射器”，常見的有 VCSEL、FP、DFB、EML 這幾種，就像不同型號(hào)的發(fā)射器，適配不同場(chǎng)景；適配器是 “信號(hào)對(duì)接器”，管芯套是 “保護(hù)殼”。如果是傳得遠(yuǎn)的長(zhǎng)距離光模塊，TOSA 里還會(huì)加隔離器和調(diào)節(jié)環(huán)，相當(dāng)于給 “發(fā)射器” 裝了 “信號(hào)穩(wěn)定器”，防止信號(hào)干擾、保證傳輸準(zhǔn)頭。

　　ROSA 則像 “數(shù)據(jù)接收機(jī)”，里面主要是探測(cè)器和適配器。探測(cè)器是它的核心，相當(dāng)于 “信號(hào)接收器”，常見的有 PIN-TIA 和 APD-TIA 兩種，就像不同型號(hào)的接收器，對(duì)應(yīng)不同的接收需求；適配器同樣是 “信號(hào)對(duì)接器”，負(fù)責(zé)把接收到的信號(hào)精準(zhǔn)傳進(jìn)去。

　　03-2、光芯片

　　光芯片是光模塊里的核心半導(dǎo)體器件，靠激光器芯片將電信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)、探測(cè)器芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)回電信號(hào)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)年P(guān)鍵，光芯片的應(yīng)用也是十分廣泛：

　　不管是 TOSA 里的激光器，還是 ROSA 里的探測(cè)器，它們的核心都是光芯片。光芯片特別值錢，光器件總成本里，它占了 50%，相當(dāng)于核心設(shè)備一半的成本都在它身上；要是單看 TOSA 和 ROSA 的總成本，它更是占了 85%，等于收發(fā)件機(jī)器里，八成五的價(jià)值都集中在光芯片上，是妥妥的 “價(jià)值核心”。

　　國(guó)內(nèi)企業(yè)在2.5G 光芯片已經(jīng)吃透核心技術(shù)，國(guó)產(chǎn)化率能到 90%；10G 光芯片也拿下了大半，國(guó)產(chǎn)化率 60%。但到了25G 光芯片的國(guó)產(chǎn)化率只到 20%，25G 以上的更只有 5%，國(guó)產(chǎn)替代還沒怎么鋪開。這就意味著，未來在高端光芯片領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)替代還有很大的空間可以推進(jìn)。

　　2024 年中國(guó)光芯片這塊 “蛋糕” 有 151 億多，比上一年漲了 10% 出頭；到 2025 年，這 “蛋糕” 還會(huì)變大，大概能到 159 億左右。

　　03-3、交換芯片

　　交換芯片是什么，打個(gè)比方：把以太網(wǎng)交換機(jī)比作 “小區(qū)里的智能快遞站”，那交換機(jī)芯片就是這個(gè)快遞站里的 “核心調(diào)度員”：這個(gè)調(diào)度員的活兒很明確，先從快遞站不同的 “收發(fā)窗口”（交換機(jī)的端口）收下大家要寄的 “快遞包裹”（數(shù)據(jù)包）；接著快速核對(duì)每個(gè)包裹上的 “收件地址”（處理數(shù)據(jù)包信息）；最后用 “精準(zhǔn)分撥” 的方式（數(shù)據(jù)包交換技術(shù)），把包裹從對(duì)應(yīng)的 “發(fā)送窗口” 遞出去。整個(gè)過程下來，就能讓小區(qū)里的每家每戶（電腦、打印機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）順暢收發(fā)快遞，實(shí)現(xiàn)互相通信。

　　2024 年全球市場(chǎng)規(guī)模約 277.3 億元（預(yù)計(jì) 2031 年達(dá) 386.6 億元），中國(guó)市場(chǎng)約 162 億元，AI 算力爆發(fā)為核心增長(zhǎng)動(dòng)力；

　　競(jìng)爭(zhēng)格局上，國(guó)際巨頭博通以超 60% 份額主導(dǎo)高端市場(chǎng)，美滿、瑞昱分占不同領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)加速國(guó)產(chǎn)替代，盛科通信是本土唯一進(jìn)入萬兆及以上市場(chǎng)的企業(yè)，華為海思自研高規(guī)格芯片用于自有體系，裕太微填補(bǔ)車載以太網(wǎng)芯片空白；

　　最新技術(shù)以 400G/800G 為主流，側(cè)重可編程架構(gòu)與低功耗，國(guó)產(chǎn)端在政策驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)政企、運(yùn)營(yíng)商商用并構(gòu)建生態(tài)，雖高端 SerDes（serdes 串并收發(fā)器） 等環(huán)節(jié)仍依賴進(jìn)口，但借 Chiplet 技術(shù)有望 2028 年實(shí)現(xiàn)技術(shù)追趕，行業(yè)將向 800G/1.6T 普及、開放生態(tài)構(gòu)建方向發(fā)展。

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　　04 中游產(chǎn)業(yè)鏈

　　04-1、CPO光模塊規(guī)模：

　　未來 5 年 CPO 端口出貨將快速放量，數(shù)據(jù)中心、GPU 集群高速互聯(lián)需求增長(zhǎng)是核心動(dòng)力。Lightcounting 預(yù)測(cè)，2029 年 1.6T CPO 端口出貨可觀，3.2T 出貨超 1000 萬個(gè)，且 3.2T CPO 滲透率達(dá) 50.6%（遠(yuǎn)超 800G 的 2.9%、1.6T 的 9.5%）；100 萬 GPU 組成的集群僅 NVLink 連接就需超 1500 萬 3.2T 端口。英偉達(dá)或 2028 年用 CPO 連 8 機(jī)架 GPU，推動(dòng)其 AI 領(lǐng)域應(yīng)用；隨著 SerDes 速率升級(jí)，3.2T 時(shí)代 CPO 有望成主流互連方案。

　　04-2、全球龍頭企業(yè)-博通

　　博通在 CPO 這個(gè)領(lǐng)域早早就扎下根來，2021 年就開始布局，花了 4 年多時(shí)間埋頭研發(fā)，到 2024 年終于拿出了第二代 51.2T CPO 交換機(jī) Baily 的樣品，之后還陸續(xù)和騰訊、字節(jié)這些大廠展開了合作。

　　到了 Tomahawk 6 這個(gè)技術(shù)階段，博通靠更領(lǐng)先的 SerDes 技術(shù)和成熟的光學(xué)生態(tài)系統(tǒng)，把整個(gè) CPO 系統(tǒng)優(yōu)化得更高效；而且依托之前 Tomahawk 4/5 已經(jīng)驗(yàn)證過的 CPO 技術(shù)，博通新一代 CPO 產(chǎn)品會(huì)把光學(xué)引擎和交換硅片整合到一起，只保留外部的激光源。這么做能進(jìn)一步降低功耗、減少延遲和鏈路波動(dòng)，還能提升長(zhǎng)期使用的可靠性。

　　04-3、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)如下：

　　04-4、OSC交換機(jī)

　　CPO光模塊一大應(yīng)用即為OSC交換機(jī)，通常指光電路交換機(jī)（Optical Circuit Switch），是一種基于全光信號(hào)直接交換的通信設(shè)備，核心優(yōu)勢(shì)在于無需光電轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的路由與轉(zhuǎn)發(fā)，從根本上解決了傳統(tǒng)電交換機(jī)的延遲和能耗瓶頸。

　　從全球來看，2020 年這塊 OCS 交換機(jī)只有 7278 萬美元，到 2024 年已經(jīng)漲到 3.66 億美元，四年間規(guī)模翻了好幾倍；按照這個(gè)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到 2031 年，這塊 “蛋糕” 還會(huì)大幅擴(kuò)容，能達(dá)到 20.22 億美元，增長(zhǎng)空間非常大。

　　再看中國(guó)市場(chǎng)，2024 年國(guó)內(nèi) OCS 交換機(jī)是 366 萬美元，目前規(guī)模還比較小，但未來增長(zhǎng)勢(shì)頭很猛 ——預(yù)計(jì)到 2031 年能漲到 8020 萬美元，2025 年到 2031 年這七年里，每年平均增長(zhǎng)速度能達(dá)到 34.68%，屬于妥妥的高速增長(zhǎng)賽道。

　　全球 OCS 交換機(jī)市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，地區(qū)占比差異明顯。2020-2031 年北美始終是最大市場(chǎng)，份額主導(dǎo)且增長(zhǎng)快；歐洲緊隨其后，體量較大但增速穩(wěn)健。中國(guó)作為新興市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，份額逐年提升，預(yù)計(jì)成北美、歐洲之后的重要區(qū)域；日本、韓國(guó)、印度等亞太國(guó)家有增長(zhǎng)潛力，印度增長(zhǎng)尤為顯著?！捌渌?地區(qū)占比小但穩(wěn)步擴(kuò)張。總體看，市場(chǎng)朝多元化、全球化發(fā)展，未來將由北美和中國(guó)引領(lǐng)主要增長(zhǎng)。

　　05 下游產(chǎn)業(yè)鏈——應(yīng)用場(chǎng)景

　　05-1、數(shù)據(jù)中心推動(dòng)

　　我國(guó)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)在所有交換機(jī)里的 “分量” 會(huì)持續(xù)變重。IDC 數(shù)據(jù)顯示，2021 年這部分占比 44.4%，2026 年預(yù)計(jì)升到 51.7%；市場(chǎng)規(guī)模上，2022 年是 31.8 億美元（同比增 12.8%），2026 年預(yù)計(jì)達(dá) 48.1 億美元，2020-2026 年每年平均增長(zhǎng) 10.6%。

　　另外，數(shù)據(jù)中心的 “數(shù)據(jù)公路” 在升級(jí)。原來多是 10G 的 “車道”，5G 來后數(shù)據(jù) “車流” 暴增，數(shù)據(jù)中心得解決海量數(shù)據(jù)高速遷移、消除帶寬瓶頸、提高帶寬利用率的問題，這就帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新。

　　05-2、超大規(guī)模 AI 算力集群（多機(jī)架 GPU 互聯(lián)）

　　現(xiàn)在大模型訓(xùn)練常用 “萬卡級(jí) GPU 集群”，比如 1000 個(gè) GPU 分成 10 個(gè)機(jī)架，機(jī)架間需要海量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互。傳統(tǒng)光模塊跨機(jī)架傳輸時(shí)，延遲和功耗會(huì)疊加，而 CPO 能把光學(xué)引擎和交換芯片集成，直接實(shí)現(xiàn)機(jī)架間 “近距高速連接”—— 像給 GPU 集群裝了 “直達(dá)高速路”，既能支撐 3.2T 甚至更高速率，又能把跨機(jī)架延遲降低 20% 以上，還能減少機(jī)房整體能耗，特別適配英偉達(dá) DGX、華為 Atlas 這類 AI 訓(xùn)練集群。

　　05-3、5G 核心網(wǎng)與邊緣數(shù)據(jù)中心

　　5G 基站每天會(huì)產(chǎn)生 PB 級(jí)的用戶數(shù)據(jù)（比如高清直播、車聯(lián)網(wǎng)信號(hào)），這些數(shù)據(jù)需要先傳到邊緣數(shù)據(jù)中心處理，再回傳核心網(wǎng)。

　　邊緣機(jī)房空間小、供電有限，傳統(tǒng)光模塊又大又費(fèi)電，而 CPO 體積能縮小 30%、功耗降低 40%，剛好適合邊緣機(jī)房的 “緊湊環(huán)境”；同時(shí)，5G 要求數(shù)據(jù)處理延遲控制在 10 毫秒內(nèi)，CPO 的低延遲特性能滿足 “實(shí)時(shí)回傳” 需求，比如聯(lián)通、移動(dòng)的邊緣節(jié)點(diǎn)已開始試點(diǎn) CPO 方案。