【国新基金年度优秀行研报告暨央企战新产业研究报告之五】高速光模块电芯片:与5G双轮驱动增长|新 · 创见

光模块是光纤通信系统中的核心器件，是实现光信号传输过程中光-电信号和电-光信号转换功能的光电子器件，在光通信设备中承担了关键的光电信号转化功能。

光模块的核心组成部分为电芯片，电芯片通常指针对电信号进行识别处理、放大传输使用到的元件，包括放大器、恢复电路、驱动芯片等。其他组成部分还包括光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、光（电）接口、导热架、金属外壳等。

资料来源：行研小组整理

光模块可按多种维度分类，其中最核心的分类依据为传输速率和封装形式。传输速率越高，代表的技术难度越高。不同封装形式适配不同尺寸、功耗和速率需求，目前光模块的封装以可插拔形式为主，具备小尺寸、低功耗的优势，部分长距高速相干领域追求高性能，仍采用不可插拔形式。

根据LightCounting预测，光模块的全球市场规模在2023-2027年或将以CAGR 11%保持增长，2027年有望突破200亿美元；此外，中国市场2023年规模26.5亿美元，有望在2029年达65亿美元。

资料来源：LightCounting

政策与行业双轮驱动给公司带来发展机遇。一方面，国家近年来出台了一系列政策鼓励光模块产业发展；另一方面，光模块行业的发展驱动因素也非常多元。

光模块行业的发展驱动因素

■ AI大模型建设浪潮

AI算力建设浪潮下，国内外大厂持续投入，驱动云资本开支继续上行。展望后市，云厂商资本开支坚定投向AI的决心不减，预计2025年资本开支将继续大幅增长。云厂商有望持续推动大模型能力迭代，同时深化探索应用变现，AI技术赋能新老业务的商业化空间广阔。

■ 新一代计算集群变化趋势

AI发展浪潮下，新一代计算集群呈现两个趋势变化：

① 网络流量高速增长、东西向流量为主。南北向指的是数据中心外的客户端与数据中心内服务器之间通信的流量；东西向指的是数据中心内不同服务器之间通信的流量。随着数据中心东西流量占比逐年升高，东西流量的增长直接带动更多更高速率光模块的需求。

② 典型网络架构从传统三层树型架构向以脊叶架构为代表的多核心架构转变。由于智能计算对通信性能需求的提升，AI云端训练及推理需求驱动数据中心网络架构逐渐走向多层不汇聚、少收敛、更具可扩展性的形态。这也带来了云数据中心中光模块需求量的显著提升。

资料来源：中金公司，《叶脊架构在数据中心的应用》

■ 光模块需求高增、技术迭代加速

光模块在AI数据中心内发挥光电转换的关键作用，对大模型的训练和推理效率起到重要的支撑，并受益于AI大模型流量需求爆发与网络架构升级，数据中心市场的高端光模块用量将加速增长。

当前行业呈现两大趋势：一是速率升级加速，800G产品自2022年年底起进入放量周期，预计2025年全球需求量将突破1700万只；1.6T光模块预计2025年需求量或达400万只，主要需求方将集中在英伟达、谷歌及北美四大云厂商。二是能效革命迫在眉睫，因AI集群网络带宽需提升32倍，传统可插拔光模块面临功耗激增25%的瓶颈，推动LPO、CPO/硅光等新技术加速落地。

市场格局呈现分层特征：北美主导800G+高端市场，国内因AI建设提速催生400G需求，同时存在400G向800G迭代趋势。技术研发方面，旭创、光迅科技等头部厂商已完成800G产品布局，1.6T研发已进入攻坚阶段。随着超大规模云厂商持续加码AI基建，2025年高速光模块市场将维持高增长，技术演进与能耗优化的双重驱动将成为行业发展主线。

光模块根据使用场景可分为电信和数据中心两大市场。其中电信市场需求来自4G向5G技术迭代，对传输设备需求量和性能要求提升均会推动高端光模块使用量。

光模块未来趋势

■ LPO（Linear-drive Pluggable Optics）

LPO即线性驱动可插拔光模块。与传统方案相比，LPO方案功耗大幅下降约50%，总成本也有所降低。

各光模块厂商积极推出LPO产品，如中际旭创、新易盛、Macom等厂商。下游客户中，英伟达对LPO方案的态度较为积极，字节、Meta等云厂商亦对LPO方案给予了一定关注。

■ CPO（Co-packaged Optics）

CPO即共封装光学技术。该方案能够大幅缩短交换芯片和光引擎间的布线距离，进而降低电信号驱动功耗。短期内，CPO也有许多亟待解决的关键技术。

硅光芯片作为CPO高集成度芯片首选方案有望在数据中心应用场景中普及。随着AI的快速发展，硅光子技术从通信逐步拓展到算力基础设施及下游应用领域，包括板间芯片光互连、芯片内互连、光计算和激光雷达等领域。海外巨头厂商纷纷布局硅光子技术，有望实现快速发展。

■ MPO（Multi-fiber Push-On）

MPO是一种高密度光纤连接器，广泛应用于光通信系统中。随着数据中心和云计算的快速发展，MPO连接器逐渐成为光通信领域的标准配置。近年来，随着大模型对大型算力集群的需求，以及800G和1.6T光模块的普及，MPO技术的应用范围和市场需求进一步扩大。

MPO的使用场景包括：①数据中心内部互联；②服务器集群互联；③存储网络。在高性能计算环境中，MPO连接器通常用于光模块与光纤之间的连接。

电芯片是光模块的核心部件，光模块中电芯片价值约占总模块成本的18%，信号传输需经过核心部件处理调制，顺序为光接收组件（ROSA，含探测器）、放大器（TIA/LA）、信号恢复电芯片（CDR/DSP）、驱动芯片（Driver）和光发射组件（TOSA，含激光器）等，其中TIA、Driver和CDR/DSP均属于电芯片，对过程中的电信号进行处理和传输。

光模块中，电芯片厂家按产品应用场景不同和技术栈差异导致的能力差异，可分为以DSP芯片为主要产品的厂家和以纯TIA/Driver芯片为主要产品的厂家。TIA/Driver是所有光模块中必不可少的组成部分；CDR/DSP则根据使用光模块速率、信号制式不同而可选或不选用。

电芯片核心应用于电信（含无线传输、接入网）和数通两大场景，全球与中国市场呈现差异化增长特征，整体随高速光模块渗透持续扩容。

市场规模方面，数通侧因AI算力中心扩张成为核心增长引擎，400G/800G及以上高速产品需求占比持续提升，其中数通侧TIA芯片市场2024-2028年复合增长率达33%，Driver芯片达34%，显著高于电信侧的24%-26%。电信侧受益于5G基站升级和接入网速率提升，全球电信侧TIA芯片同期复合增长率26%，Driver芯片24%，2028年TIA/Driver规模合计超450亿元。

■ 电信场景

无线传输：中国市场因前传50G、中传100G/200G、回传200G光模块占比提升，2024-2028年TIA/Driver需求量复合增长率28%，对应市场规模TIA达42%、Driver达37%；海外市场增速平缓，需求量复合增长率仅2%。

接入网：中国光纤入户覆盖率超95%，需求依赖1G向2.5G迁移，2024-2028年TIA/Driver需求量复合增长率4%，市场规模TIA达18%、Driver达17%；海外市场受100G+光模块需求带动，需求量复合增长率10%，市场规模增速显著高于国内。

■ 数通市场

全球市场：数据中心架构升级推动高速TIA/Driver需求，2024-2028年TIA和Driver市场规模复合增长率均超30%；LPO方案2025年Q1商用量产，2025-2027年渗透率30%-70%，CPO方案2027-2028年小规模量产或导致公开流通市场萎缩5-10%。

中国市场：IDC架构向100G/400G/800G切换，400G光模块需求突出，2024-2028年TIA市场规模复合增长率26%，Driver达27%，受H100禁售影响，2028年前难向1.6T迁移；海外市场推进400G/800G/1.6T交换机，增速与全球水平基本持平。

电芯片的产业环境

■高速电芯片长期被国外龙头厂商垄断，国产化率较低

电芯片长期被国外Inphi、Macom、Semtech等龙头厂商垄断，高速电芯片国产化率远低于5%。我国25G/100G多模光模块配套IC基本实现替代能力，但产能远远不足，25G/100G单模和更高速率自给率仅有1%，高速TIA、CDR、DSP等基本和国外存在1-2代的技术差距。目前国内电芯片厂商大多聚焦于25G电芯片，25G及以上光芯片和电芯片除了海思自研几乎没有国产替代方案。

电芯片技术壁垒较高，技术迭代需要产业链配套发展。另外，光模块电芯片属专用芯片市场，市场相对较小，需要光模块厂商的长期配套扶持。

■ AI促进数据中心向算力中心演进，下游市场具备长期高景气度

光模块作为实现数据中心内部及数据中心间高速光互联的关键载体，其性能优劣在一定程度上直接决定了AI大模型密集训练的效率。LightCounting预计，人工智能系统中使用的光模块的需求非常强劲，未来5年，用于人工智能集群的光模块销售总额将达到176亿美元。

■ LPO技术发展有望摆脱DSP限制，成为低功耗的高速解决方案

近年来，AI算力的发展导致高性能交换芯片、高速率SerDes及光模块的渗透率加速提升，带来数据中心网络设备的功耗大幅提升。

LPO是对含有DSP设计的高速热插拔以太网模块的优化和改进，适用于AI和超级计算场景。缺点主要体现在系统误码率和传输距离方面的牺牲。

LPO的主要壁垒在于电芯片，同时，该方案要求使用更高线性度的TIA/Driver，提升信号整形能力。而且，由于LPO方案将DSP集成至交换芯片侧，因此也需要下游交换机制造厂商的配合。

电芯片厂商中，国外龙头Macom、Semtech、Maxim均积极布局LPO产品。国内厂商方面，目前只有玏芯推出实际LPO产品，并可直接连接在交换机上测试。国内布局LPO的光模块厂商主要为剑桥科技和新易盛，其中剑桥科技与Macom建立了供应链合作关系，新易盛和玏芯签订独家协议。

电芯片产业链全景图

电芯片厂商位于光模块产业链的元器件环节。电芯片制造商主要以海外龙头Inphi、Macom、Semtech等为代表，国内头部企业包括玏芯科技、傲科光电等。电芯片在光模块成本中的占比约为18%左右，国产化率较低，25G以上电芯片整体自给率仅有5%左右。

电芯片厂商的上游主要为EDA软件、相关设备、材料及其他。

电芯片厂商的下游为光模块制造企业，主要以旭创科技、光迅科技和海信宽带为代表。全球光模块前10中，有7家是国内企业。

电芯片终端客户是通信设备商与运营商。数通市场是增速最快的市场，已超越电信市场成为主要增长点。电信市场是电芯片最早应用的领域，随着5G建设的推进，其对传输设备需求量和性能要求提升均会推动使用量。新兴市场包括消费电子和工业自动化等领域，具有巨大的发展潜力。

目前，25G以上速率的高速电芯片领域主要被海外Inphi、Semtech、Macom几家厂商垄断。 

电芯片行业壁垒极高，技术上依赖多学科交叉研发与长期经验积累，下游客户认证周期长达6-12个月，且研发投入大、回报周期长。再加上国产芯片品牌力和产品矩阵还需强化，以及地缘政治及供应链制约等原因，电芯片国产化进程仍较为落后。大部分厂商电芯片产品和国外存在1-2代的技术差距，25G及以上光芯片和电芯片除了海思自研几乎没有国产替代方案。国内厂商如傲科、飞昂、光梓等主要生产25G以下的低速电芯片，高速电芯片层面研发进度较慢，尚未实现批量出货。

国内电芯片重点企业

■ 傲科光电：产品主要应用于长途核心网络、数据中心光互连（DCI）、5G汇聚与接入、光纤入户等光通信和光互连的核心领域，提供一系列高速光互连通信芯片产品。

■ 玏芯科技：聚焦于电芯片的研发和销售，重点瞄准国产高速芯片替代及领先的定制芯片解决方案市场，在LPO、板级光互连等领域持续性引领全球创新。公司打破国外垄断，掌握了高性能光电传感器制备技术且性能指标达到国际先进水平，并在LPO、板级光互连等下一代技术领域具备稀缺的国产替代性。

■ 芯耘光电：目前主要从事光电器件、光电传感器产品的开发、生产、销售；面向数据感知、云计算、数据高速连接和5G网络建设等领域提供整套解决方案。

■ 厦门优迅：是中国首批专业从事光通信前端高速收发芯片的设计公司，多年来经过核心技术团队持续研发和攻关，在相关技术领域已达到国际先进、国内领先水平。

■ 上海光梓：是我国高速光电集成芯片领域的领军企业之一，是由国家领军的创新创业团队。致力于研发和产业化应用于高速数据中心，5G传输、3D传感和激光雷达等领域的光电子集成芯片与系统。公司利用具有完整自主知识产权的CMOS高速低功耗模拟光电子芯片设计和制造技术，联合世界领先水平的科研单位和行业内龙头企业，为快速增长的市场提供在性能、人眼安全、功耗和成本结构上都有极强竞争力的核心芯片及相关技术。

■ 米硅科技：提供用于光通信的多种电子芯片产品组合，包括云服务、数据中心网络、5G网络以及FTTx-固网接入网络，能有效解决光电转换之间的高性能模拟接口问题，并提供多元化解决方案以满足当今高速网络对尺寸、功耗和信号完整性的苛刻要求。

■ 英思嘉：是一家专注于10-800G速率光通信Driver、CDR、TIA和OSA产品的研发与生产的公司。目前已经开发出几十种高速光通信芯片及光组件产品，积累了多项相关专利技术。

央企布局分析

■ 光迅科技：隶属于中国信息通信科技集团有限公司，是由国务院国有资产监督管理委员会出资控制的央企。光迅科技作为光通信国家队，拥有从光芯片到光模块的完整研发生产体系，在国内光模块市场占据重要地位，其产品质量稳定，成本控制优势明显。2024年与华中科技大学等合作，全球首次实现千公里级单跨距传输，展现了其在高阶泵浦放大技术和创新级联RGU专利技术方面的卓越实力。其中，部分高端光芯片已实现国产化替代，技术路线侧重于自主研发核心光芯片以提升光模块的整体性能和成本优势。已量产多种速率的光模块，并广泛应用于电信和数据通信领域，800G光模块产品已实现少量出货。

■ 烽火通信：隶属于烽火科技集团，拥有从光纤、光缆、芯片到系统设备的完整产业链，掌握自主光纤预制棒及光纤生产核心工艺。目前已量产的光模块产品主要服务于其光通信系统解决方案，在高端光模块研发方面，已推出基于新型调制技术的100G光模块，并朝着400G及以上速率光模块推进研发工作。同时，烽火通信还在积极探索软件定义光网络（SDON）等新技术在光模块及光通信系统中的应用。

■ 华工科技：隶属于武汉东湖创新科技投资有限公司，是一家以激光技术及其应用为主业的高科技企业，在光通信、激光加工、传感器等领域均有布局和发展，业务涵盖了从光器件、光模块到光通信系统的研发、生产与销售。公司在高速光模块、硅光模块等领域具有一定的技术优势，积极探索和应用新的技术路线。已量产的光模块产品包括10G、25G、40G、100G、400G、800G等多种速率的光模块，广泛应用于数据中心、电信网络、5G基站等领域。

全球光模块TIA和Driver芯片市场由Inphi、MACOM和Semtech三家企业占据总体90%以上。单波25G及以下国产化率高，已有多家国内企业切入并占据国内市场，部分企业在芯片研发上取得了一定进展，但高端芯片仍大量依赖进口。

高速电芯片通常使用锗硅工艺，国内小批量流片水平良率差且供应排期不稳定。目前国内暂无光模块芯片厂商选择国内代工厂进行锗硅工艺代工，海外切换国内代工由于模块芯片业务体量小导致磨合周期长。

目前国内锗硅工艺由华虹半导体和中芯国际供应，其中华虹能力更为领先，已实现110nm制程的大规模量产。暂未发现有中小供应商将在更高制程中崛起，按目前工艺迭代速度，预计2年后华虹可具备90nm大规模量产和65nm小规模流片能力，对比国外流片成本约可降低50%以上。

此外，光模块生产所需的一些高端设备，如高精度光刻机、刻蚀机等，以及部分关键材料，如特种光纤、高性能陶瓷封装材料等方面，国内央企的自给率较低，依赖进口程度较高，在一定程度上制约了光模块产业的自主可控发展。

未来，高速光模块电芯片行业投资机遇集中在三大方向：高端电芯片与先进封装技术研发突破、产业链整合优质中小企业、5G与物联网新兴市场配套产品。

（一）高速电芯片市场增长趋势明确，国产市场空间较大

高速光模块市场规模将持续增长，2027年有望突破200亿美元，中国市场也将快速发展。光模块行业受AI、5G等新技术驱动，以及数据中心向算力中心演进的影响，对高速光模块的需求不断增加。随着数据传输速率的不断提高，400G、800G等高速光模块将逐渐成为市场的主流产品。然而，高速电芯片国产化率较低，国外企业如Inphi、Marvell、Semtech等在技术研发、产品质量和市场份额等方面具有较强的优势，长期占据着市场的主导地位。国产电芯片产业发展需要产业链上下游的紧密配合，包括芯片设计、晶圆制造、封装测试等环节，国内企业在这些环节上还存在一定的不足，需要进一步加强技术研发和产业协同。

（二）电芯片具备较高的护城河，技术、市场准入及资本门槛高

电芯片行业的技术壁垒和市场进入壁垒较高，其中TIA和Driver芯片属于模拟芯片，技术难度较高，核心能力在于设计人员的经验和技术积累，需要具备从概念设计到量产的全流程经验。高速电芯片研发周期长，流片投入高，以华为海思为例，其56G PAM4 DSP研发耗时7年，其间无商业化收入，多数企业无法仅以高速电芯片作为支撑。电芯片具备较高的护城河，作为光模块里的关键组成部分，未来将是光模块厂商的核心提升方向之一，长期依赖海外芯片大厂，有较大的技术迭代和供应链风险。

（三）技术发展和市场前景带来电芯片国产化及弯道超车机遇

在国内市场，政策支持力度不断加大，鼓励自主创新和国产化替代。通过与国内数据中心运营商云服务提供商、光模块厂建立紧密的合作关系，国产电芯片可实现产品的推广和应用。光模块技术不断发展，LPO、CPO/硅光等新技术迭代，呈现出DSP集成、CPO集成、硅光集成三类集成发展方向，LPO方案有望在短距离场景中逐渐普及，CPO方案有望在未来实现技术与商业落地，硅光技术在高速率、高带宽应用场景中有较大潜力，市场出现洗牌机会。此外国产电芯片新技术方向的关键技术指标上逐渐接近甚至超越国外同类产品，可实现弯道超车。

（四）布局全球化市场，建议投资已导入龙头客户并实现批产的高速电芯片团队

AI大模型训练与推理需求推动高速光模块（800G/1.6T）加速渗透。中国企业在硅光、LPO等技术领域全球领先，头部厂商如中际旭创、新易盛深度绑定英伟达、谷歌等客户，订单确定性高，随着国产芯片的差异化优势凸显，光模块企业未来会加速高速电芯片验证，填补国产空白。下游竞争格局清晰，龙头优势显著，因此可优先投资布局已绑定头部模块厂商的芯片公司、量产单模50G/100G以上高速芯片的厂商，同时关注薄膜铌酸锂等新材料技术突破。

■ 铜缆连接方案竞争的风险

英伟达GB200采用的铜缆连接方案在传输速率快、成本低等方面具有明显优势，在数据中心内部，铜缆主要用于短距离连接，而长距离和高带宽需求则转向光纤连接。两者将在不同的应用场景中并存。铜缆连接方案竞争可能导致光模块行业发展不及预期。

■ 国产替代不及预期的风险

高速电芯片领域长期被海外龙头企业垄断；同时，电芯片产业发展需要产业链上下游配合。国产电芯片市场推广可能受阻，存在国产替代进展不及预期风险。

■ 光电芯片技术更迭的风险

光模块光电芯片技术通常会涉及光学与光电子学、电子科学与技术、材料科学等多个技术领域，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术领域。随着摩尔定律逐渐逼近物理极限，电芯片的微缩变得越来越困难，电流传输速度和能耗问题也日益显现。随着CPO技术及硅光技术的发展，出现逐渐成熟的硅基芯片集成技术和封装技术，光电集成趋势明显。因此，光电芯片技术更迭可能带来光电替代风险，影响电芯片应用，导致电芯片行业发展不及预期。