基于硅光和CPO技术的光模块市场预测

行业事件: 2022年6月1日，光通信市场调研机构LightCounting发布最新的调研报告《SILICON PHOTONICS ANDCO-PACKAGED OPTICS》，分析硅光、CPO、薄膜铌酸锂技术对光模块市场的影响，并对全球光模块技术细分市场进行预测。 2018-2021年硅光光模块市场规模增长超预期 LightCounting提出从2018年开始，硅光光模块市场规模开始明显高于其2017年发布的预测数据，2021年已经大于预测数据的2倍。硅光光模块市场规模超预期的首要原因是英特尔2018年开始积极推广基于硅光的100G CWDM4光模块，通过低价格获得了可观的市场份额。同时Cisco和华为等设备厂商也开始大量采用自产的硅光相干光模块。 首选应用于可插拔光模块，硅光市场规模有望持续增长 LightCounting认为客户用近十年的时间才熟悉硅光技术，并认识到磷化铟和砷化镓光学器件在速度、可靠性和与CMOS电子器件集成方面的局限性。 易于与CMOS电子器件集成是硅光技术的关键优势，这对于CPO器件来说显而易见，对于带有PAM4或相干DSP芯片的可插拔光模块也是同样重要。Acacia和Cisco均发布了集成CMOSDSP和硅光PIC技术的可插拔光模块。 薄膜铌酸锂调制器有望在800ZR市场进入收获期 LightCounting的市场预测还包括使用铌酸锂调制器的光模块。2017-2021年，基于铌酸锂的传统光模块的销售额急剧下降，但基于新型薄膜铌酸锂调制器的产品有可能在未来5年内获得市场认可，从而在2024-2027年维持基于该技术的光模块的销售额。新型薄膜铌酸锂技术提供更低的光损耗和更高的最大调制频率，有望提供超过300Gbaud的最大数据速率。薄膜铌酸锂进入400ZR/ZR+市场为时已晚，但有望在800ZR市场进入收获期。 CPO市场规模将在未来五年稳定增长 从可插拔光模块到CPO器件的转换是一个巨大的挑战，会颠覆现有的IDC网络建设运维规则。Meta和Microsoft主张围绕CPO创建一个新的生态系统，这会推迟CPO技术的推广。LightCounting认为未来5年出货的大部分CPO端口将部署在HPC和AI集群中，而不是大型数据中心的计算节点中。可插拔光模块将在未来5年内继续主导市场，但是CPO器件使用率会稳定增长，到2027年CPO端口将占800G和1.6T端口总数的近30%。 建议关注 建议关注国内光模块行业领先企业：中际旭创、新易盛、华工科技、光库科技、光迅科技、博创科技、天孚通信、剑桥科技等。 风险提示 系统性风险、市场不及预期风险、技术变革带来的产业格局变化风险、市场竞争加剧风险。 2018-2021年硅光光模块市场规模增长超预期 图表1展示了LightCounting统计的2016-2021年光模块销售数据（按技术区分）与其2017年发布的市场预测数据对比。可以发现从2018年开始，基于硅光（Silicon Photonics，SiP）技术的光模块市场规模开始明显高于预测数据，2021年已经大于预测数据的2倍。 硅光光模块市场规模超预期的首要原因是英特尔2018年开始积极推广基于硅光的100G CWDM4光模块，通过低价格获得了可观的市场份额。 其次是LightCounting统计方式的变化。在LightCounting 2021年5月的报告中，排除了设备供应商制造的模块。考虑Acacia被思科收购、华为开始出货基于SiP的相干DWDM光模块，LightCounting本次的报告中包含了设备供应商制造的模块，这提高了过去2-3年硅光产品统计数据。 图表1：按技术划分的光模块、AOC、EOM和CPO全球市场规模 首选应用于可插拔光模块，硅光市场规模有望持续增长 LightCounting预计硅光技术将在2022-2027年继续获得市场份额。大多数客户花了将近十年的时间才开始熟悉硅光技术并认识到磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)光学器件在速度、可靠性和与CMOS电子器件集成方面的局限性。 易于与CMOS电子器件集成是硅光技术的关键优势，这对于CPO（co-packaged optics，共封装光学）器件来说显而易见，对于带有PAM4或相干DSP芯片的可插拔光模块也是一个优势。Acacia最新版本的高速相干DWDM光模块将基于SiP的光子集成电路（PIC）与基于CMOS的DSP结合到单个3D堆叠组件中，该组件还包括调制器驱动器和TIA芯片。这些芯片通过垂直铜柱相互连接，以减少射频连接器的功率损耗并提高速度。 Broadcom于2021年1月宣布其配备CPO器件的ASIC产品：“Humboldt”和“Bailly”），同时展示了集成了CMOS DSP和硅光PIC的800G可插拔光模块。 CPO器件可能需要一段时间才能进入市场，硅光技术会在可插拔光模块中得到应用，从而不断提升硅光光模块市场份额。 图表2：按技术划分的光模块市场预测 薄膜铌酸锂调制器有望在800ZR市场进入收获期 LightCounting最新的市场预测还包括使用铌酸锂(LiNbO3)调制器的光模块。 2017-2021年，基于LiNbO3的传统光模块的销售额急剧下降，但基于新型薄膜铌酸锂调制器的产品很有可能在未来5年内获得市场认可，从而在2024-2027年维持基于该技术的光模块的销售额。 与硅光一样，薄膜铌酸锂器件是在硅晶片上制造的。然而，与CMOS不同，LiNbO3的图案化是一个相对较新的工艺。这项新技术至少需要2-3年才能为大批量制造做好准备，但它确实提供了对高速调制器至关重要的优势：更低的光损耗和更高的最大调制频率 ， 从而定义了最大数据速率 。 基于SiP的调制器将达到130-150Gbaud的极限，磷化铟（InP）可能达到200-250Gbaud，但LiNbO3可能会超过300Gbaud。 现在出货的大多数相干DWDM 400ZR和ZR+光模块都基于SiP，但II-VI和NeoPhotonics提供基于InP调制器的400ZR+，具有更高的输出功率。薄膜铌酸锂进入400ZR/ZR+市场为时已晚，但有望在800ZR市场进入收获期。 CPO市场规模将在未来五年稳定增长 从可插拔光模块到CPO器件的转换是一个巨大的挑战，会颠覆现有的IDC网络建设运维规则。数据中心客户需要对采用CPO设定现实的期望，并接受CPO作为实现低功耗和持续降低成本的可行方法。Meta和Microsoft主张围绕CPO创建一个新的生态系统，这会推迟CPO技术的推广。 LightCounting认为未来5年出货的大部分CPO端口将部署在HPC（High Performance Computing，高性能计算）和AI集群中，而不是大型数据中心的计算节点中。 图表3展示了LightCounting对可插拔以太网光模块、AOC和CPO光引擎出货量的预测。可插拔设备将在未来5年内继续主导市场，而且可能会更长。但是CPO器件使用率会稳定增长，到2027年CPO端口将占800G和1.6T端口总数的近30%。 图表3：800G-1.6T以太网光模块、AOC、CPO出货量预测 并不是所有CPO解决方案都基于SiP，IBM正在开发基于VCSEL的CPO系统。 初创公司Avicena正在开发氮化镓基Micro-LED芯片，以实现极低功率、短距离（ <10m ）连接。还有更多的初创公司在尝试使用不同的技术方案进入CPO领域。