通信行业专题报告：数据中心互联技术专题三，AI变革推动硅光模块快速发展

请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容证券研究报告证券研究报告 | | 202025年5月1313日国信通信·行业专题报告数据中心互联技术专题三：AI变革推动硅光模块快速发展行业研究 · 行业专题通信投资评级：优于大市（维持评级）证券分析师：袁文翀021-60375411yuanwenchong@guosen.com.cnS0980523110003证券分析师：詹浏洋 010-88005307zhanliuyang@guosen.com.cn S0980524060001请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容硅光模块是基于硅光子技术的新一代光通信模块，低成本、低功耗、高集成度是其优势。（1）硅光模块以硅光技术为核心，将激光器、调制器、探测器、耦合器、光波导、复用/解复用器件等光子芯片都集成在硅光芯片上，再与DSP/TIA/DRIVER等电芯片一起封装，组成硅光模块。硅基材料的高集成度及兼容CMOS工艺赋予了硅光模块更低成本、更高集成度、更低功耗的特性。（2）硅光模块应用场景主要包括数据中心通信和电信网络通信，与传统光模块场景相似。近两年AIGC变革驱动数据中心互联对光通信提出更高性价比方案，硅光模块受益发展。未来硅光技术在数通领域将逐步演进向光电共封装（CPO/OIO）、光交换（OCS）等领域发展。根据Yole预测，硅光模块2029年市场规模将达到103亿美元，过去5年CAGR达45%；对应硅光模块销量近1800万只。硅是理想的光电子集成平台，硅基材料与化合物材料结合(如Photonics-SOI绝缘体上硅材料平台)有望充分发挥产品性能与平衡成本。（1）Ⅲ-Ⅴ族材料如磷化铟InP是高性能激光器的核心材料，因为这类材料是直接带隙材料，具备高发光效率。（2）锗Ge是光电探测器的首选材料，具备优异的光吸收特性，同时在硅基底上外延生长技术成熟。(3)铌酸锂调制器电光效应强(3dB带宽达108GHz)，优于传统的基于InP/GeSi的电吸收调制；薄膜铌酸锂体积更小，结合MRM微环调制更小的结构，适合集成在硅光平台SOI上，有望应用在3.2T速率时代。（4）氮化硅SiN适用于光波导、耦合器、分光器、复用/解复用器等，材料主要优势是超低的波导损耗和高功率耐受性。（5）未来硅光芯片异质集成可充分发挥硅基材料成熟的工艺及化合物材料优异的光学特性，远期硅光芯片PIC和电芯片EIC有望封装在一起。（6）硅光模块在性价比优势下渗透率有望提升，相关CW光源、薄膜铌酸锂调制器、硅光模块厂商有望受益行业发展。硅光模块使用CW光源替代传统光模块的EML等激光器、节省了温控器件TEC、优化了光模块结构件/PCB用料等，成本节省约20%，功耗优化近40%。硅光模块上游产业链包括芯片设计与代工、器件供应、模块制造等。硅光芯片方面Intel、Acacia、Luxtera、Coherent、Lumentum等是行业领军者，代工主要由Global Foundries、Tower Semiconductor等完成。我国也在硅光模块全产业链布局，芯片方面国产替代空间大。投资建议：近两年AIGC变革驱动AI基础设施景气度提升，同时对数据中心内外互联提出更高性价比要求，硅光模块在短期可以解决传统光模块缺芯问题；长期看来，其低成本、低功耗、高集成度优势有望显现，规模化效应凸显，渗透率逐步提升。推荐关注硅光模块产业链相关企业，模块【中际旭创】、【新易盛】、【光迅科技】、【华工科技】、【德科立】等，光器件/光芯片【天孚通信】、【源杰科技】、【仕佳光子】、【长光华芯】、【光库科技】等。风险提示：AI发展及投资不及预期，行业竞争加剧，全球地缘政治风险，新技术发展引起产业链变迁。请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容AI浪潮下硅光模块产业化进程加速01详解硅光模块，硅基材料与化合物结合的亮点02硅光模块产业链分析，国产替代的机遇03投资建议04请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容一、AI浪潮下硅光模块产业化进程加速请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容图：硅光模块应用及产品工艺概览资料来源：CIOE 2021、Soitec官网，国信证券经济研究所整理硅光模块是基于硅光子技术的新一代光通信器件，其应用场景跟传统光模块类似，高集成度及兼容CMOS工艺成为其核心优势。硅光模块以硅光技术为核心，将激光器、调制器、探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上，再与DSP/TIA/DRIVER等电芯片组成硅光模块；传统光模块中各器件分立，需要连接与封装。硅光技术以其材料特性以及CMOS工艺的先天优势，能够很好的满足数据中心对更低成本、更高集成、更低功耗、更高互联密度等要求，重要性将愈加凸显。Photonics-SOI（Photonics Silicon-On-Insulator）绝缘体上硅材料平台可以让标准CMOS晶圆厂实现了高速光发射器和接收器芯片的大批量生产晶圆，为数据中心内链路提供了高数据速率和高性价比的收发器解决方案。图：传统光模块（上图）对比硅光模块（下图）结构资料来源：Marvell官网，国信证券经济研究所整理请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容图：硅光芯片组成资料来源：intel官网，国信证券经济研究所整理图：硅光模块、芯片及器件结构资料来源：intel官网，SemiWiki官网，国信证券经济研究所整理硅光模块：将光源（部分异质集成在硅光芯片上）、硅光芯片，DSP、TIA、CDR、驱动器等电芯片集成到一个PCB 板上并通过金属外壳封装。硅光芯片：将调制器阵列、探测器阵列、耦合器、复用/解复用器件、光波导等细分光芯片集成在单个硅基芯片上。➢ 有源光芯片包括激光器、调制器、探测器等。激光器是将电信号转化为光信号的关键器件，采用III-V族化合物例如InP；调制器将输入的电信号通过物理效应转换为光信号，精确调控光波的强度、相位或频率等参数，以实现信息在光纤中的高效传输；探测器通过光电效应将接收到的光信号转换为电流信号。➢ 无源光芯片包括光波导、耦合器、复用/解复用器件等，分别用于光路由、光信号与硅光芯片的耦合以及波分复用/解复用。光信号输入光信号输出电信号输入电信号输出硅光芯片激光器光波导调制器耦合器探测器硅光模块硅光芯片集成DSP电芯片请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容图：传统光模块与硅光模块结构对比资料来源：ITRI官网，国信证券经济研究所整理图：传统光模块与硅光模块的器件数对比资料来源：CSDN，国信证券经济研究所整理图：硅光芯片图示资料来源：ITRI官网，国信证券经济研究所整理相较传统分立光模块，硅光模块具有高集成度、低成本、低功耗等优势。高集成度：基于硅基CMOS工艺，将激光器、调制器、波导、光电探测器等光电器件单片集成于单一硅芯片，组件数量大幅减少，体积缩小约30%。低成本：（1）相较于III-IV族材料，硅在自然界中丰度优势显著，成本远低于III-IV族材料；（2）通过集成化设计减少封装工序，组件与人工成本下降；（3）外置激光器方案具有成本优势。整体硅光模块相比传统光模块成本减少约20%。低功耗：（1）高密度集成减少了分立器件之间连接的损耗；（2）由于不需要TEC来管理温度和性能，功耗降低了近40%