Finisar专家纪要-调研纪要

[专家发言] 1.硅光技术简介：硅光旨在利用CMOS工艺线，基于硅基集成的方式生产集成多个光电器件的硅芯片，进而简化封装、降低成本。硅光在高速、高集成、低功耗三方面具有理论上的巨大优势，然后当前也存在一些技术缺陷，有赖于技术的进一步突破。 2.硅光的发展历程？硅光在过去处在学术界的研究阶段，从70-80年代提出硅光概念，到现在有40-50年的停留在学术界的研究阶段，一直没有真正的产业化。英特尔在硅光技术有超过20年的布局，从2000年开始就在硅光领域开始做一些研发工作，2016年英特尔把自己所有有关硅光的研发成果集成在落地的100G的光模块产品中，实现了硅光技术在工业界的100G光模块产品，这是硅光产业的重大突破，从学术界转到了产业界。 3.硅光的应用场景？不仅用于光模块，也可以用在传感、消费电子，甚至光计算领域，未来5-7年内主力市场还是通讯市场。在光模块领域，硅光目前以短距为主，进一步拓展到CPO封装、相干硅光，中长距光模块市场或较难取代。 硅光在传感的应用：有2个，消费电子和激光雷达。1）消费电子：将来可穿戴设备中需要集成血糖检测功能，消费电子要求要低功耗、小尺寸，将来要做无损的血糖监测，无损的探测都是基于光的方式。比如苹果和洛克利合作的硅光的血糖检测，就是基于硅光芯片上的光源发射短波长的光，照射血管物质，同时用光谱接收仪接收光源，通过发射光和接收光的对比，根据光谱推测血糖浓度变化。这个市场苹果预言了7、8年了，今年年初有消息称苹果有突破性进展，可能会在下一代iwatch里集成硅光的血糖检测功能。2）激光雷达：像EVA这样一些海外代表性的公司，已经有这种开发了两代的一些硅光的激光雷达产品，也是基于硅光芯片，它的特点就是做到全固态、低成本。 4.光模块领域，硅光相较传统方案的优势？100G硅光方案较成功，200、400、800G市占率低，1.6T硅光方案的占比将大幅提升。 因为1. 6T这么高的速度下，传统方案的功耗、尺寸、成本非常难平衡。而硅光根本不惧这种高速率、多通道，因为硅光可以通过在硅上去大规模集成的方式，让成本不会随着通道数的增加、传输速率的增加，而呈现同样的程度的增加。 1）硅光方案：通道数越多，不仅仅是光源的增多，包括探测器、调制器、隔离器，波分复用器等全部都得增多，而对于硅光来说，通道数量的增多，器件的增多，对它来说影响可控。因为它基于硅光上去流片，器件数变多了，无非就是集成度变大，它总体的加工流程是一样的，成本不会等比例提升。硅光基于半导体的工艺，它的精度决定了它可以满足高精度稳定的良率要求。 2）传统方案：传统方案随着器件越来越多，它组装就越来越复杂，用料的成本也越来越高，整个系统的良率水平，因为需要耦合，要对准，通道数越多，良率会指数级的下降。 同时，硅光领域大家也有不同的光源的方案，有一种方案叫CW连续激光器，就用一个激光光源，有个大功率连续激光光源去耦合到硅光芯片里面，经过分路去支持多通道。将来的硅光光模块有一种技术路线，还可以节省光源芯片。就不是说有16路通道就一定要16个光源，可能两个光源就可以实现16 个通道的驱动，所以在BOM成本上，硅光将来也是有比较大的优势的，它节省的不仅仅是硅光芯片上的一些无源器件，它甚至可以节省光源的成本。 所以硅光方案可以在性能不断提升的情况下，成本不会有太大的增长，这就是大家看好硅光这个产业背后的逻辑，就是它可以参照摩尔定律的发展轨迹，将来可以实现更高速率，但是成本又可控。 5.为什么硅光技术之前没有产业化？因为相关的原理和工艺非常新，产业化需要考虑成本、效率、可靠性等，硅光技术在这些方面还没有达到产业化要求，所以硅光技术之前没有产业化。 过去制约硅光方案发展的4点重要因素。 1）硅本身不发光，仍需要使用三五族半导体作为光源。因为硅是半导体材料，不能直接发光。英特尔研究多年，基于双光子效应等想在硅上直接发光，但发光效率极低，无法达到产业界的需求。所以光源还是需要基于砷化镓、磷化铟等三五族材料来做。 2）硅芯片耦合工艺难度大，良率是瓶颈（传统方案可以做到95%甚至更高）。硅需要使用三五族半导体作为光源，这样就必须得考虑光源和硅如何集成的问题，所以自然涉及到硅光芯片和光源的耦合。耦合指发光的光源以什么样的对准方式进入到硅光芯片里。过去耦合在设备端，包括在工艺端都有很大的瓶颈。 3）硅损耗大，400G时代PAM4调制额外需要5dB光功率裕量，尤为凸显。过去的200G、400G相比100G，增加了PAM4的调制，PAM4指的是用4个电平脉冲去替代过去的两个电平的脉冲，这样可以实现传输速率的加倍，但是它需要光源有更大的光功率和更高的信噪比。而这对硅光来说是非常有挑战的，因为硅光本身不发光，而且耦合难度也很大，耦合效率比较低，所以硅光光模块的光功率自然是比传统光模块要弱的。 4）用硅光做合分波器件还存在温漂问题。过去的云计算领域中，设备和设备互联的距离普遍较远，70%的光模块都是基于波分复用的方式来做数据传输，而硅光的波分复用的器件会存在很大的温漂，因为硅材料本身对温度相对比较敏感。 6.为什么现在硅光技术进入了产业化拐点？随着AI产业的发展，随着上游的设备工艺的一些发展，硅光光模块的一些应用场景，包括技术的成熟度是极大程度的提升了，这就会带来硅光光模块在接下来会加速抢占市场份额。 1）上游材料、设备、工艺到达突破瓶颈的临界点。设备端的一些瓶颈解决之后，对硅光的产业化，包括低成本、高良率的生产是有很大助力的。 2）AI时代光模块传输距离变短，波分复用器件需求下降。目前AI的算力更加集中，对光模块或者数据传输的距离要求更加短一些，更短的距离实际上就不需要用波分复用的结构，因为波分复用的好处就是省光纤，比较适合长距离的传输。这样的话对硅光来说刚好也是扬长避短。过去硅光比较难做波分复用的一些器件，现在这些器件基本上需求不大，特别适合AI。 7.硅光市场空间？硅光市场规模仍有分歧，乐观预计目前有20亿美金，客观预计目前有5-10亿美金。2025年后规模20-50亿美金。量：目前有400多万只发货，传统光模块有2000-3000万只发货，接下来硅光光模块有很大增长空间。 8.硅光的市场份额？硅光光模块在100G时代较为成功（因为100G基于0101的调制，通道数较少），但是随着光模块从100G到200G、400G、800G不断升级，硅光方案在200G之后占比均较少。硅光方案在200/400/800G时代，市场份额低于10%。 但是未来，按照lightcounting的预测，目前硅光在整个市场不到20%的份额，在2027年左右就会有40%以上的份额。这个只是份额翻倍，但其实四年后整个市场规模也至少会翻个两三倍，所以两三倍的市场总量的增长再乘以份额的一个两三倍的一个增长，实际上这个四年之后硅光产业有可能就会有4到8倍的高速增长。对硅光这个产业来说确实进入到高速发展的爆发期的前期了。 9.硅光行业的竞争格局？海外厂商主导，英特尔占53%，Cisco占28%，Inphi占11%，Sicoya占2%，Acacia占1%，其他占4%。国内是Sicoya，在张家港这边也有建光引擎，包括硅光流片的一些厂房，它背后的话有华为等公司的一些投资，所以它是作为国内硅光技术的代表方，将来也是有比较好的发展的。但目前来看的话，整个硅光还是以海外厂商主导。 10.产业界对硅光技术的认可度？Luxtera和Acacia已经被Cisco收购了，而且这两家其实营收规模并不大，但是是高价被Cisco收购的。Acacia整个营收规模就不到1亿美金，但是它被Cisco两次加价，一开始20多亿美金，后来是40多亿美金收购的，足以看出像Cisco等大厂对硅光技术未来前景的乐观程度。在光模块行业，即使是Coherent做到跟中际旭创同样的营收规模，市场估值也只有40-50亿美金，所以Acacia代表的硅光的技术潜力得到了产业界的充分认可。 11.各公司的布局？ 国外：以半导体大厂，或者说像交换机通讯大厂来主导。 1）英特尔：硅光领域领头羊，英特尔在硅光领域有较大市场份额，100G硅光光模块的市占率达50%，100G PSM4发货量超过400万只。 包括Meta、微软、AWS他们的数据中心里面，过去都有采购100G硅光光模块，但是它在整个100G的采购量里面也只有20%不到的份额，就是对于这些大客户来说，目前始终还是把硅光作为一个补充，而不是一个主力采购。背后的原因是100G光模块生产成本高。英特尔虽然它在芯片这一块有一定的优势，但是它毕竟不是专门的光模块厂商，它之所以做光模块是因为可以最早落地它的硅光芯片的一些技术。但是做光模块本身并不是英特尔的擅长，英特尔以前都是通过一些光电代工厂去代工的，所以成本比较高。 近期合作，近期英特尔跟捷普这边签的合作方案，接下来凭借着捷普的大规模的量产能力和低成本生产能力，英特尔的硅光光模块成本有望大幅度下降，可能会在市场方面有一些突破，值得期待。最新的400G方面，英特尔在微软这边已经突破了，但是份额不高，因为传统的400G从2020年就开始发货，经过三四年的迭代，性价比已经非常高了，硅光在性价比这一块目前还没有体现出来。对于微软这样一些厂商也只是做补充采购。 2）Inphi：主要做硅光的长距应用，做一些相干光模块，也是在微软这边有一定的出货。 3）博通：博通在硅光方面砸下重金，重点应对于将来的CPO和光电共封装。因为博通基本上产业链上下游它都做，包括上游的交换机芯片、DSP芯片、激光器芯片、EML都做，所以它是整个光通讯领域中产品组合最全面的厂商。 目前它也是重点下注在CPO领域，CPO落地的产品其实就是交换机。去年25. 6TB/s的交换机已经发布，腾讯现在正在导入。今年的3月份OFC会议上，博通已经发布了51. 2TB/s的CPO交换机，明年会正式的对市场推出。这种CPO封装的产品基本上都是基于硅光子、硅光引擎的技术，这里面核心的硅光芯片是博通自己开发的，所以对于下一代的产品，博通是比较领先的。应该说它是行业里面最早会上市CPO的交换机。 4）英伟达：它做光通讯的话是以Mellanox为主体，是两三年前收购的一家以色列的通讯厂商，包括CPO交换机，英伟达也正在开发。 ①未来更高算力GPU会基于光的方式做数据交互。英伟将来重点是在AI这一块（GPU）。现在的GPU比如一个服务器里面有8张GPU是，走电路板上的，包括Pcie通道，或者说英伟达独特的Nvlink的一些电互联通道去实现数据交互的。下一代的产品，也就是将来更高算力的GPU，会基于光的方式来做数据交互，把GPU上的高速信号转化为光，然后通过光纤来进行对外的交互，是应对下一代数据传输速率越来越高的需求。未来能不走电的，都用光来代替。随着数据速率越来越高，用光来做就可以实现大带宽、低功耗、高速率，所以这一定是一个趋势。只是说这一块的技术门槛非常高，所以即使是英伟达目前也是跟台积电在合作光学封装，光引擎的封装，将来就会实际的在它下一代的一些GPU产品上去实现。 ②英伟达投资硅光初创公司，坚定看好硅光技术路线。另外像海外的做硅光的初创公司叫Ayar Labs，英伟达也有投资，而且现在是跟它联合开发，也就是说将来高速的一些数据传输的场景，硅光是被认为是最有前景的一个技术路线，应该说是被这些大厂所坚定的看好的。 ③1.6T产品优先选择硅光方案。同时英伟达也与中际旭创、Coherent正在合作做1. 6T的产品。目前800G英伟达发货的都是传统方案，还不是硅光的，但是到1. 6T的话都是优先推1. 6T的硅光方案，因为1. 6T这么高的速度下，传统方案的功耗、尺寸、成本非常难平衡。而硅光根本不惧这种高速率、多通道，因为硅光可以通过在硅上去大规模集成的方式，让成本不会随着通道数的增加、传输速率的增加，而呈现同样的程度的增加。它可以在性能不断提升的情况下，成本不会有太大的增长，这就是大家看好硅光这个产业背后的逻辑，就是它可以参照摩尔定律的发展轨迹，将来可以实现更高