光通信持续高景气,为AI算力互联铺路

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 投资摘要 AI军备竞赛进入2.0时代，智算中心互联技术发展快速迭代。自2023年，ChatGPT3.5点燃“大模型革命”起，AI发展万众瞩目，各大科技公司纷纷投入大模型研发并加大智算中心建设。根据CSP厂商的Capex指引，预计2025年，海外亚马逊、谷歌、微软、Meta四家厂商合计Capex增至3610亿美元，同比增幅超58%；国内字节、腾讯、阿里Capex有望超过3600亿元。本轮AI浪潮前期，英伟达作为AI芯片领军企业，其AI芯片供不应求；随着CSP云厂持续加大智算中心投入，具备更高性价比的自研ASIC算力芯片成为AI军备竞赛新一轮发展的核心，AI芯片集群的互联网技术也随之加速迭代升级。本文主要对智算中心网络架构发展及未来新技术进行探讨。 CSP互联网云厂自研ASIC芯片和算力集群，探索适应自身AI发展之路。（1）Google谷歌自研ASIC芯片TPU早自2015年，目前已经在规划其TPU第七代芯片，自TPU V4开始独创OCS全光交换架构，自TPU V6开始使用1.6T光模块传输。（2）AWS亚马逊自研的Trainium芯片规划到第三代，去年底Trainium2集群内互联使用AEC铜缆连接备受瞩目，而明年规划的Trainium3集群架构开始使用铜背板连接。（3）META自研MTIA芯片初出牛犊，但META已深度设计数据中心架构很多年，早期较出名的CLOS架构就出自META，META也专门为英伟达和AMD芯片设计了独有的机柜。（4）博通、Marvell等厂商积极参与支持全球CSP云厂的数据中心建设。（5）国内CSP云厂，腾讯(ETH-X)/阿里(ALS)/字节等，均在根据自身需求设计数据中心架构；立讯等厂商积极参与互联方案设计。 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。 光通信市场快速增长，CPO/铜背板/Swith(PCIe)/OCS/OIO/DCI等新技术未来可期。ASIC芯片出货量持续加大，我们测算明年全球800G光模块有望达4000万只，1.6T光模块有望超过700万只。2029年，CPO渗透率有望达到50%(Lightcounting预测)，OCS市场规模有望超过16亿美元（CignalAI预测），PCIe Switch市场规模有望达50亿美元(ABI预测)，DCI市场规模有望达284亿美元(Mordor intelligence预测)。 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。 目录 AI数据中心互联发展趋势01光 通 信 前 沿 技 术 发 展03光 模 块/硅 光 模 块 的 发 展02 各大科技公司发展AI竞争激励，Tokens调用消耗量日益增长 ◆爆发起点：2023年，ChatGPT3.5点燃“大模型革命”，海外巨头率先发力。 ◆万模大战：2024年，ChatGPT4-o1模型能力进入60指数，其他模型能力进入“平台期”。 ◆竞争白日化：2025年，各大科技公司持续迭代大模型，中国DS异军突起，行业竞争白日化。 大模型未来发展有可能再分化：复杂任务解决能力、多模态、解决模型幻觉等，或持续提升算力需求。 资料来源：artificialanalysis，国信证券经济研究所整理 AI推理的token量出现爆发式增长。 （1）AI agent：Token消耗从“单次交互”转向“任务链条式累积”，token用量也呈现爆发式增长。（2）多模态模型：图像、视频、音频转换为模型可理解的Token，会产生海量Token。（3）AI的渗透和生态发展：例如，Google的token用量从5月的月均480e增加到7月980e，Gemini app月活超过4.5亿，GoogleCloud新增客户量环比+28%。 互联网云厂进入AI军备竞赛状态，持续加大AI投入 海外CSP云厂的资本开支持续增加，景气度持续。 ◆Google:2025年 全 年capex从750亿 美 元 上 调 至850亿 美 元。月 均Tokens达 到980万e，AIOverviews20+亿的月度用户，Geminiapp月活4.5+eGoogleCloud新增客户量环比+28%。◆Meta:25年全年capex上调至660-720亿美元。宣布启动Prometheus与Hyperion集群项目，重金组建44人超级智能实验室，.FamilyofApps生态月活34.8亿，MetaAI月活超10亿.◆微软：FY2025全年资本开支800亿美元，预计FY26Q1资本支出超300亿。过去一年数据中心新增超2吉瓦容量，数据中心数量超400个。◆AWS:预计25年全年capex1000亿美元。Alexa+用户数超过10万。 资料来源：Appeconomicinsights，国信证券经济研究所整理图：海外头部互联网厂商资本开支（亿美元） 资料来源：各公司公告，国信证券经济研究所整理 这轮AI，英伟达为首拉动了数据中心网络架构快速升级 数据中心内网络Scale-up/Scale-out对光模块需求量越来越大。Scale Up扩展算力的C2C互联技术，Scale Out做面向AI集群扩展AI芯片升级拉动互联传输带宽升级速率，光模传输端口速率快速提升。速率在B系列已经升级为1.6Tbps。 资料来源：英伟达，国信证券经济研究所整理 资料来源：英伟达，国信证券经济研究所整理 这轮AI，英伟达为首拉动了数据中心网络架构快速升级 DGX A100 SuperPOD：第一层铜缆，GPU:光模块=1:4；若采用全光网络，GPU:光模块=1:6。 GB200集群(576GPU)：2层架构8Rack，GPU:800G=1:1.5~2.5；GB300集群：GPU:1.6T=1:1.5~2.5DGX-B300集群(4096GPU)：GPU:800G=1:4~4.5 资料来源：英伟达，国信证券经济研究所整理 GB200集群：GH200集群内，GPU:光模块=1:9；GH200互联，3层网，GPU:800G光模块需求=1:2.5 资料来源：英伟达，国信证券经济研究所整理 资料来源：英伟达，国信证券经济研究所整理 CSP云厂加速推动自研ASIC拉动数通需求，投入景气度已经显现 CSP加速了ASIC研发，每家都有自研AISC芯片并发展数据中心，数通行业持续受益。AWS目前以与Marvell协同设计Trainiumv2为主力，其主要支持生成式AI与大型语言模型训练应用，AWS也和Alchip合作Trainiumv3开发。Google已于2024年底推出TPU v6 Trillium，主打能效比和针对AI大型模型的最佳化，官方称相比上一代训练能力提升4X，推理吞吐量提升3X。Meta已部署首款自研AI加速器MTIA后，正与Broadcom共同开发下一代MTIA v2。 台企AI ODM服务器工厂主要为META/MSFT/AWS/GOOGLE/NV等代工服务器，这个季度营收数据景气度极强反应了CSP投入AI的景气度。台企AIODM厂商Q2势头良好，多家ODM厂商6月营收同环比增长。六家ODM厂商2025年6月营收合计为5823亿新台币，同比增长88%，环比增长5%。 资料来源：chips&wafers，国信证券经济研究所整理 CSP云厂拉动数通业务，对应光模块景气度快速提升 ◆META适配博通芯片部署DSF方案（256颗MTIA）：两层网络，MTIA:800G光模块=1:8。如果三层就是1:12。 ◆Google 3D-Torus集群（4096颗TPU）：对应TPU5:800光模块=1:1.5，对应TPU7:1.6T光模块=1:1.5。 ◆AWS Tran2集群方 案（256颗Trainium）：tran2：400G光 模块=1:2；未来Trainium3预计tran3：800G光模=1:2。 资料来源：Substack，国信证券经济研究所整理 资料来源：Google，国信证券经济研究所整理 资料来源：Semianalysi，国信证券经济研究所整理 国内智算中心互联解决方案“层出不穷” 资料来源：OCP，国信证券经济研究所整理 资料来源：ODCC，国信证券经济研究所整理 资料来源：ODCC，国信证券经济研究所整理 目录 AI数据中心互联发展趋势01光 通 信 前 沿 技 术 发 展03光 模 块/硅 光 模 块 的 发 展02 图解光模块/光器件/光芯片 光模块主要应用在数据中心通信和电信网络通信 应用趋势：随着移动互联网和云计算的发展，数据中心的计算能力和数据交换能力呈指数级增长，光通信的应用主体从运营商网络转向数据中心。硅光模块应用场景与光通信应用场景基本相同。Lightcounting预测，硅光模块在光模块中的整体份额将从2023年的34%提升至2029年的52%。 电信网络的光通信应用：1980年代光纤诞生以来，光通信应用从骨干网到城域网、接入网、基站。目前国内传输网络基本完成光纤化，但数据在进出网络时仍需要进行光电转换；未来向全光网演进。硅光模块在骨干网、城域网等长距离传输场景中发挥重要作用。 数据中心的光通信应用：1990年代开始，光通信应用从中短距离的园区、企业网络延伸到大型数据中心的系统机架间、板卡间、模块间、芯片间应用。近两年AIGC革命拉动新一轮数据中心网络发展，对光模块带宽及速率提出更高要求。硅光模块凭借高集成度、低功耗、低成本等技术优势，已成为数据中心通信领域的核心解决方案，主要应用于数据中心内部服务器间、机柜间及数据中心互联的短距传输场景。 资料来源：Lightcounting，国信证券经济研究所整理 资料来源：光迅科技官网，国信证券经济研究所整理 光模块是各类光器件的集成品 光模块主要由光学器件和辅料（外壳、插针、PCB与控制芯片）构成。光学器件（包括光芯片和光学元件组件）约占光模块成本70%以上，辅料（外壳、插针、PCB与电路芯片等）占光模块总成本近30%。 光发射组件TOSA一般包含激光二极管、背光监测二极管、耦合部件、TEC以及热敏电阻等元件。一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。光接收组件ROSA一般包含光电探测器、跨阻放大器、耦合部件等元件。一定速率的光信号输入模块后由光探测器转（PD/APD）换为电信号，经前置放大器（TIA)放到后输出相应速率的电信号。 资料来源：讯石光通讯，国信证券经济研究所整理 资料来源：头豹研究院，国信证券经济研究所整理 硅光模块：下一代高集成光传输模块（从分立器件向硅光技术发展） 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