硅光模块行业深度报告：AI驱动高成长，从物理结构和产业链视角拆解硅光投资机会

西部证券研发中心2025年12月3日分析师|陈彤S0800522100004 chentong@research.xbmail.com.cn分析师|张璟S0800525040005 zhangjing@research.xbmail.com.cn 核心结论核心结论 引言：2025年以来，受益于AI算力需求持续增长，光模块行业维持高景气。一方面，硅光光模块凭借高集成度、低能耗、低成本的优点，逐渐受到终端客户认可，另一方面，在EML方案原材料短缺下，硅光方案成为重点产能供给补充。本篇报告是我们光模块系列报告第一篇，从硅光技术视角，重新梳理光模块结构件及产业链核心环节，拆解硅光投资机会。 硅光技术概况、产业节奏及发展趋势：硅光集成技术是以硅基衬底材料作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光计算等领域的实际应用。当前硅光技术处于发集成与应用阶段，更高速率、更高集成度、先进封装及更广阔的应用领域是未来发展趋势。 硅光原理及结构件拆解（物理结构视角）：1）激光器：负责将电信号转化成光信号，外置CW光源为主流方案，未来异质键合技术将成为片上激光器主流方案。2）调制器：当前硅基衬底为主，MZM为主流方案，薄膜铌酸锂调制器在3.2T时代有望大规模应用。3）探测器：硅基锗探测器为主流方案。4）其他无源器件：如（解）复用器、谐振腔等。5）电芯片：如DSP、TIA、Driver等。 硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）：上游为核心物料，具体看：1）硅光芯片：设计与代工分离，设计由北美厂商主导，第三方（如Sicoya、Acasia）和光模块厂商（如中际旭创）亦有自研；晶圆代工环节工艺壁垒高、国内自主性较差，产能集中在Tower Semi、GF和台积电。2）CW光源：主要材料为InP，InP主要供应商为住友电工和AXT，国内CW光源供应商主要为源杰科技（绑定旭创）、仕佳光子，部分EML企业亦有布局。3）DSP：主要由博通、Marvell设计，台积电负责代工。中游为光模块封装，代表企业如中际旭创、新易盛，中游偏制造业逻辑，优质企业在订单侧和客户合作紧密、份额占比高，在产能侧产能规模领先，且在规模化的同时能保持较好的良率和较稳定的产品性能。下游为系统集成商或终端客户。 投资建议：技术升级上，率先进入硅光光模块大批量量产的公司有望享受行业加速期的高毛利，以及受益于行业份额的巩固和聚拢。供需关系上，头部硅光模块厂商有望得到供应链端的供应优先保障，核心物料如硅光芯片、CW光源等环节的厂商有望加速国产替代，实现份额突破。各环节核心关注：1）硅光芯片设计：关注光模块厂商对硅光芯片设计环节的布局和进一步参与，建议关注：中际旭创（已覆盖）、新易盛。2）衬底与外延：关注异质集成（包括材料、技术、应用等）和磷化铟材料供应商，建议关注：住友电工、AXT。3）硅光晶圆代工：关注产能规模与扩张、产能分配，以及国产替代的可能性，建议关注：TowerSemi、GlobalFoundries、台积电、中芯国际。4）CW光源：关注行业供需错配下的投资机会、产能扩张及释放节奏，建议关注：源杰科技（已覆盖）、仕佳光子。5）硅光光模块：关注率先规模化和技术领先的公司，或带来相关公司的盈利能力明显提升，建议关注：中际旭创（已覆盖）、新易盛、剑桥科技、天孚通信（已覆盖）、光迅科技等。 风险提示：光模块需求不及预期；光模块产能扩张不及预期；原材料供应风险；国际政治摩擦风险；技术发展不及预期。 01硅光技术概况、产业节奏及发展趋势 硅光原理及结构拆解（物理结构视角）02 CONTENTS目录CONTENTS目录 硅光光模块产业链分环节分析（产业链分工视角）03 04 什么是硅光技术什么是硅光技术？？ CMOS工艺：CMOS（ComplementaryMetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺的本质是n沟道MOS管和p沟道MOS管组合一起使用，并且彼此称为对方的负载电阻，从而在工作时实现省电的目的。它是当今集成电路制造的主流技术，大部分IC芯片，包括大多数数字、模拟和混合信号IC，都是使用CMOS技术制造的。CMOS工艺技术自1963年由Wanlass和Sah提出以来，已发展成为半导体制造的主流工艺技术。随着硅的局部氧化工艺、离子注入技术、光刻技术等关键技术的不断发展和改进，CMOS工艺得以广泛应用，并遵循摩尔定律，持续缩小特征尺寸，提高集成度。 硅光集成技术：硅光集成技术是以硅基衬底材料作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光计算等领域的实际应用。 传统光模块发展瓶颈传统光模块发展瓶颈 •空间与集成度限制：在高密度部署场景下，传统光模块的尺寸限制了其在数据中心的扩展能力。例如，QSFP+等紧凑型封装在高带宽需求下难以满足空间要求，限制了单机架交换容量的提升。 •带宽瓶颈及“功耗墙”痛点：随着数据速率从400G向800G、1.6T迈进，传统光模块需要并行的激光器和探测器数量增加，导致功耗和体积线性增长。电互联的损耗和串扰也变得越来越严重，形成带宽瓶颈和“功耗墙”。 •成本与制造复杂性：传统光模块的制造涉及多个分立器件的组装与测试，工艺复杂且成本较高。随着速率的提升，传统方案的制造成本难以有效控制，限制了其在大规模部署中的应用。 •供应链瓶颈：传统光模块光芯片等核心器件依赖进口，国产化率较低，导致供应不稳定，影响量产。 硅光方案优势：高效能硅光方案优势：高效能、、低成本低成本，，有望成为高速光模块发展方向有望成为高速光模块发展方向 硅光方案相较于传统EML方案，在功耗、集成度和成本上具有显著优势。同时，硅光技术通过片上集成波导和光耦合结构，简化了多通道数据传输的物理架构，适用于数据中心短距传输和高密度部署场景。 •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。•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（集成度高，需使用的CW光源数量小于EML数量）。 •低功耗：高密度集成减少了分立器件之间连接的损耗；且不需要TEC来管理温度和性能、降低功耗。 光方案作为重点产能供给补充 需求侧来看，一方面AI发展拉动光模块整体需求提升，一方面下游客户因硅光方案综合性价比（性能、价格、产能供应）较优，对其接受度提升。供给侧来看， •EML原材料供应短缺。EML的核心是在磷化铟衬底上，通过复杂的外延生长，一次性集成激光器（DFB）和电吸收调制器（EAM）。高纯度、低缺陷的单晶InP锭制备难度极大，需要高压液封直拉（LEC）法等特殊工艺，良率控制难度和成本远高于硅晶圆，供给相对紧缺。衬底环节，全球仅少数几家公司（日本住友电工、美国AXT（中国子公司：北京通美晶体）、美国American Elements等）能稳定提供通信级高品质InP衬底，形成了天然寡头垄断格局。外延片环节，技术壁垒较高，需要在InP衬底上精确生长出数十层、每层仅几纳米厚的不同材料（如InGaAsP/InGaAlAs）量子阱结构，Coherent、Lumentum和日本三菱电机垄断。 •国内厂商纷纷推出硅光解决方案。中际旭创2025Q3实现归母净利润31.37亿元，同比增长124.98%，其1.6T光模块通过英伟达认证，出货量有望持续增长；新易盛同期归母净利润达23.85亿元，同比增长205.38%，通过收购Alpine强化硅光芯片自研能力，1.6T产品在25Q4至2026年将处于持续放量的阶段。 产业节奏：硅光技术的发展可以分为4个阶段，当前处于第2阶段。 ➢第1阶段，硅基器件逐步取代分立元器件，即将硅作为光通信底层器件，并达到工艺的标准化水平。 ➢第2阶段，集成技术从耦合集成向单片集成演进，实现部分集成，再通过不同器件的组合，把这些器件集成不同的芯片。➢第3阶段，光电一体技术融合，实现光电全集成化。把光和电都集成起来，可实现更加复杂的功能。➢第4阶段，硅光技术实现可编程芯片。这一阶段器件能够分解为多个硅单元排列组合，矩阵化表征类。该种通过编程来改变内部结构的芯片，可自定义全功能。 未来趋势：更高速率未来趋势：更高速率、、更高集成度更高集成度、、先进封装及更广阔的应用领域先进封装及更广阔的应用领域 我们认为速率、功耗、成本仍将驱动光模块行业迭代发展，未来硅光技术主要有四大发展趋势： 1）更高速率：当前业内400G方案已基本成熟，800G已批量出货，1.6T已量产，3.2T已有产品问世，未来硅光技术将继续向高速率迭代。2）更高集成度：当前混合集成为主流方案，未来单片集成有望商用。3）光电共封装：2025年3月，NV推出全球首个1.6T共封装光学系统，采用新型微环调制器；目前业内对CPO方案认可度较高，未来CPO有望拉动硅光渗透率提高。4）更广阔的应用领域：除最主要、最直接的数通市场外，硅光有望在光计算、光存储、电信市场发挥重要作用，同时，硅光亦为医疗诊断、汽车、航空及工业领域传感应用的理想选择。 主流光子集成材料：主流光子集成材料：SOISOI、、InPInP、、SiNSiN、、LNLNOIOI •硅光子学（SiPh）：硅是光子集成中最广泛使用的材料之一，尤其适用于数据中心和电信应用。虽然硅本身发光效率低，但其在调制和探测等功能的集成上具备优势。硅光子学常与III-V族材料结合，用于混合或异质集成光源。常用的衬底为SOI（绝缘体上硅），一般分衬底硅、氧化硅和顶层硅三层；氮化硅以及氧化硅也是常见的波导材料：氮化硅有更宽的光学带隙（通过改变N/Si比例，带隙在2.7-5eV），其传输波长在400nm-中红外，且具有低损耗波导特性，常用于传感、量子计算及其他光学损耗敏感的特殊应用。在部分混合设计中，氮化硅亦可与硅光子学共同集成；氧化硅工作在可见光-中红外波段，常用于制备低损耗的波导器件，其与光纤耦合损耗也较低。•磷化铟（InP）：磷化铟是制备有源光子器件（尤其是激光器和放大器）的首选材料，因其支持直接发光。它允许在单一芯片上单片集成激光 器、调制器和探测器等元件，减少复杂组装工序。基于磷化铟的PICs因长波长（1.3至1.55微米）操作下的高效性能，广泛应用于电信和高性能数据通信领域。•绝缘体上铌酸锂（LNOI）：铌酸锂因其优异的电光特性长期用于通信调制器。LNOI作为一种新型平台，通过将铌酸锂置于绝缘基底上，实现 了性能优于硅调制器的紧凑型高速调制器。该材料正在高级数据通信和微波光子学领域探索应用。 硅光集成：混合集成为当前主流硅光集成：混合集成为当前主流，，单片集成是未来趋势单片集成是未来趋势 从工艺角度来看，硅光可以分成单片集成和混合集成。目前混合集成使用较广，但是单片集成性能更优，是未来发展趋势。 ➢单片集成：将光子学组件直接集成到同一块硅芯片上，包括光源、光调制器、波导、耦合器等光学元件，从而形成一个紧凑的光学电路。单片集成方式的优势在于可以减小尺寸，提高集成度，降低制造成本。 ➢混合集成：将硅芯片与其他材料的光学组件结合在一起，即将电子器件（硅锗、CMOS、射频等）、光子器件（激光/探测器、光开关、调制解调器等）、光波导回路集成在一个硅芯片上。其中，硅芯片主要负责电子部分的处理，而其他材料的光学元件则负责光的生成和调制。混合集成的优势在于可以利用硅芯片的电子器件和其他材料的优异光学特性，实现更高效的光通信和传感应用。 目前来看，光器件如波分复用器、变换调谐器等已经可以实现单芯片集成，而光模块尚需要混合集成。 硅光应用：当前主要应用于通信领域硅光应用：当前主要应用于通信领域