光通信：谷歌发布TPU v5p系列产品，AI光互联迎来又一新方向

证券研究报告·行业点评报告·通信设备 东吴证券研究所 1 / 5 请务必阅读正文之后的免责声明部分 通信设备行业点评报告 光通信：谷歌发布 TPU v5p 系列产品，AI 光互联迎来又一新方向 2023 年 12 月 11 日 证券分析师 张良卫 执业证书：S0600516070001 021-60199793 zhanglw@dwzq.com.cn 行业走势 相关研究 《高速光模块：政策及产业继续催化，行业基本面有望持续向上》 2023-10-10 增持（维持） [Table_Tag] 关键词：#新产品、新技术、新客户 [Table_Summary] 投资要点 ◼ 谷歌发布最新一代 TPU v5p 及对应 AI HPC，性能倍增 1） 在 BF16 精度下，TPU v5p 的训练速度提升至 v4 的 1.7 倍达 459 TFLOPS，约为 H100 三分之一，芯片间互联（ICI）带宽提升至 v4 的2 倍达 4.8 Tbit/s（单卡 6 接口，单口速率为 800Gbit/s）； 2） 单一 POD 中最大可互联芯片数上，v5p 提升至 v4 的约 2.2 倍达 8960片，因此 v5p POD 最大算力为 v4 四倍左右； ◼ v5p 服务器继续沿用 3D 环形拓扑结构及 OCS 谷歌在前代 v4 服务器上使用了 3D 环形拓扑结构及 OCS（Optical Circuit Switch，光路交换机），v5p 服务器将继续沿用。参考 v4 服务器架构，每 64 个节点组成 4×4×4 的立方体，每个芯片节点在 6 个方向上进行连接（图 3），其中立方体表面上相对的芯片需连接至同一交换机（图 4）。 目前在 64 元立方体中，芯片间使用无源电缆（Passive Electrical Cables）连接，表面上芯片则需外接光模块连接对应 OCS，具体数量为 96 支（16 支/面×6 面），因此光-芯比约为 1.5:1，若向 H100 算力看齐（约3 片 v5p 算力等于 1 片 H100），则等效“光-芯比”为 4.5:1。 ◼ 谷歌通过 Apollo 全光交换方案实现高效互联，光器件迎新需求 OCS 及装有环行器（Circulators）的波分复用光模块是 Apollo 中核心部件。OCS 由 MEMS 振镜、发射/镜头模组、光分路/合路器、伺服器等部件组成（图 6）。其中发射模组射出的光线经 MEMS 振镜发射后，由摄像模组接收，伺服器根据接收到的相机数据持续优化 MEMS 振镜及信号光反射路径（图 7）。OCS 中振镜在 v4 版本中由 2D 升级为 3D，预计 v5p 版本 OCS 中也将使用 3D 振镜。 环行器具有三个端口，一个端口接收光发射器（Tx）的光信号，一个端口向光接收器（Rx）传输光信号，一个端口对外收发光信号。环行器将传统双工光模块转换为双向光模块，进而将所需 OCS 端口及光纤数量减半。 ◼ 投资建议 谷歌最新推出的芯片、服务器互联方案等进一步验证了 AI 算力建设大趋势带来的光通信带宽需求高弹性，同时开辟了对环行器、MEMS 振镜等光学产品的新需求。推荐深度绑定北美大客户的全球光模块龙头厂商【中际旭创】及光器件领军者【天孚通信】。 ◼ 风险提示：高速光模块需求不及预期；客户开拓与份额不及预期；产品研发落地不及预期；行业竞争加剧。 -14%-6%2%10%18%26%34%42%50%58%2022/12/122023/4/112023/8/92023/12/7通信设备沪深300 请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业点评报告 东吴证券研究所 2 / 5 图1：v5p 及前代芯片性能对比 图2：谷歌 AI HPC 技术架构 数据来源：谷歌云，东吴证券研究所 数据来源：谷歌云，东吴证券研究所 图3：芯片构成 4×4×4 立方体（拓扑结构图） 图4：芯片机柜与 OCS 连接 数据来源：谷歌团队论文，东吴证券研究所 数据来源：谷歌团队论文，东吴证券研究所 表 1：重点公司估值 代码 公司 总市值（亿元） 收盘价（元） EPS PE 投资评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 300308 中际旭创 943.32 117.50 1.54 2.55 5.85 76.30 46.08 20.09 买入 300394 天孚通信 387.58 98.15 1.03 1.62 2.55 95.40 60.59 38.49 买入 数据来源：Wind，东吴证券研究所 注：盈利预测来自东吴证券研究所预期；数据更新至 2023 年 12 月 11 日收盘 请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业点评报告 东吴证券研究所 3 / 5 图5：3D 环形拓扑图及示意图 数据来源：Semi analysis，东吴证券研究所 图6：2D MEMS OCS 内部实物图 图7：2D MEMS OCS 光路原理图 数据来源：谷歌团队论文，东吴证券研究所 数据来源：谷歌团队论文，东吴证券研究所 图8：3D MEMS OCS 结构图 数据来源：《128×128 3D-MEMS optical switch module with simultaneous optical paths connection for optical cross-connect systems》，东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 行业点评报告 东吴证券研究所 4 / 5 图9：环行器在光模块中的结构图及原理示意图 数据来源：谷歌团队论文，东吴证券研究所 免责及评级说明部分 免责声明 东吴证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准，已具备证券投资咨询业务资格。 本研究报告仅供东吴证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议，本公司及作者不对任何人因使用本报告中的内容所导致的任何后果负任何责任。任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。 在法律许可的情况下，东吴证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易，还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。 市场有风险，投资需谨慎。本报告是基于本公司分析师认为可靠且已公开的信息，本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性，也不保证文中观点或陈述不会发生任何变更，在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。 本报告的版权归本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。经授权刊载、转发本报告或者摘要的，应当注明出处为东吴证券研究所，并注明本报告发布人和发布日期，提示使用本报告的风险，且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。未经授权或未按要求刊载、转发本报告的，应当承担相应的法律责任。本公司将保留向其追究法律责任的权利。 东吴证券投资评级标准 投资评级基于分析师对报告发布日