电子行业研究：大规模AI集群带动CPO加速，看好产业链公司

投资逻辑： AI发展带动训练集群规模扩大，推理端token消耗算力持续增长，带动算力和网络需求。我们认为，CPO可以有效帮助大规模集群降低功耗、提升互联密度、提升高速率下的传输稳定性。当前AI发展对CPO需求迫切，CPO供给端也逐渐成熟，CPO有望迎来加速渗透。1）需求端：AI集群规模扩大带动的网络互联规模、密度、速率的提升，显著催化CPO需求。根据Semianalysis测算，大规模组网当中，CPO的功耗节约也较显著，在3层网络的集群当中，虽然交换芯片因为使用CPO集成了光引擎等光学部件功耗提升，但光模块所产生的功耗大幅下降，总的网络功耗可以降低23%；对于3层网络的GB300 NVL72机柜，采用3层网络的CPO方案后，可以相比传统DSP光模块方案降低21%的网络成本，总成本可以降低3%；而如果将网络压缩至两层CPO方案，则可以降低46%的网络成本，总成本可以价格低7%。另外在高速信号传输时，CPO方案可以相比传统方案降低传输距离，减少信号损失。2）供给端：我们认为CPO供给目前也逐渐成熟，博通、英伟达等主要交换芯片厂商已经推出CPO交换芯片。CPO的稳定性也达到了较高水平。我们认为当前CPO的供给端也可以满足较大出货，加速渗透率提升的时间点。 我们认为CPO核心供应链公司有望持续受益CPO加速渗透趋势。我们将CPO核心供应链公司分为：1）核心光器件公司；2）CPO制造；3）CPO解决方案。CPO核心光器件包括激光器、光引擎、FAU、Shuffle Box、MPO等。CPO光源主要采用CW激光器，受益于光通信需求持续增长，主要激光器厂商如Lumentum、Coherent、住友加速扩产。Lumentum、Coherent有望持续受益。国产厂商如源杰科技进展积极，东山精密也具备较强光芯片生产能力。当前激光器衬底主要采用磷化铟材料，磷化铟衬底主要厂商为AXTI等。FAU主要用于将光信号导入与导出光引擎，目前天孚科技已经完成1.6T光引擎规模量产和CPO配套光器件研发。CPO需要高精度微透镜阵列，传统光学企业如蓝特光学有望切入CPO。MPO用于将光纤连接到外部端口，将交换机与其他交换机或远端网卡连接，太辰光是MPO连接器供应商，通过康宁间接供应终端客户。Shuffle Box专为管理复杂的光纤互连而设计。 CPO制造端主要受益方向包括晶圆制造、委外封装测试、CPO测试厂商等。晶圆制造端，CPO光引擎中EIC需要采用较先进制程，台积电在先进制程具有显著优势。在光引擎PIC、EIC的连接上，英伟达、博通开始采用台积电COUPE技术。我们认为台积电COUPE技术有望巩固台积电在硅光子世代行业地位。传统封测厂如日月光、Amkor布局光引擎封装测试，天孚通信也积极布局先进封装有望受益。CPO光引擎集成入交换机后，缺陷将导致整个模组报废，CPO测试重要性和复杂度大幅提高。我们认为，CPO测试设备有望充分受益，包括复杂度较高的光路对准的厂商、受益于更多光通道数和带宽数的厂商。而平台型测试企业有望受益CPO带来的芯片测试复杂度提升的行业beta。 CPO解决方案端，英伟达采用更为激进的MRM调制器，具有低功耗、占用空间小的优势，博通采用MZM调制器，制造上更为成熟。未来调制器有望转向薄膜铌酸锂方案。我们认为英伟达的方案有望较博通产生差异化竞争优势，带动英伟达网络收入继续增长。我们认为交换机行业有望受益CPO更高集成度带来的收入增长。 投资建议与估值 我们认为AI集群规模扩大，信号传输速率提升，CPO功耗、成本、低损耗优势明显，需求明确。供给端CPO供应链逐渐成熟。CPO有望迎来加速渗透，CPO核心供应链企业有望充分受益。我们建议关注CPO核心光器件公司、CPO制造公司、CPO解决方案公司。我们看好：天孚通信、台积电、博通等。 风险提示 CPO技术发展不及预期；AI模型迭代停滞；美国宏观经济承压；AI硬件发展及良率不及预期；中美科技领域政策恶化。 内容目录 一、网络互联规模、密度、速率提升，CPO交换芯片推出，CPO渗透率提升已具条件......................41.1 CPO需求端：网络互联规模、密度、速率持续提升，催化CPO需求.............................41.2 CPO供给端：博通、英伟达、Marvell加速推出CPO交换芯片，CPO稳定性明显提升...............8二、光器件、晶圆代工/封测、CPO解决方案厂商有望受益............................................92.1 CPO产业链主要包括核心光器件、制造、CPO解决方案，以英伟达CPO方案为例分析..............92.2核心光器件厂商有望受益，Lumentum等厂商展望积极........................................122.3台积电COUPE技术有望巩固台积电行业地位，光引擎封装、CPO测试厂商有望受益...............172.4英伟达CPO方案技术激进，交换机厂商有望受益CPO带来的收入增长..........................21三、投资建议..................................................................................22四、风险提示..................................................................................23 图表目录 图表1：大模型训练所消耗的算力已经达到10^25 FLOP量级.........................................4图表2：集群规模越大，网络硬件成本与功耗占比越大..............................................5图表3：单个CPO较可插拔光模块可以降低65%的功耗...............................................6图表4：在三层网络的集群当中，CPO方案可以大幅度降低功耗（单位：W/单个GB300 NVL72机柜）.......6图表5：CPO相比传统方案可以有效降低成本.......................................................6图表6：单个CPO较可插拔光模块可以降低65%的功耗...............................................7图表7：在三层网络的集群当中，CPO方案可以大幅度降低功耗.......................................7图表8：AI芯片单机柜互联带宽快速增长（单位：GB/s）............................................7图表9：NVLink带宽快速增长（单位：GB/s）......................................................7图表10：CPO可以减少电信号传输距离，有效降低高速信号传输的损失，图中红色标记为电信号传输通道..8图表11：博通22年推出第一代CPO交换芯片Humbolt，26年已经推出102.4T CPO交换芯片..............8图表12：英伟达已经推出Infiniband协议的CPO交换芯片，未来将扩展到以太网协议...................8图表13：CPO产业链梳理........................................................................9图表14：典型的CPO交换机当中核心包括交换芯片、光引擎、外部光源等............................10图表15：单个Quantum-X CPO模块当中有六个光学子模块，共18个光引擎............................10图表16：单个Quantum-X CPO模块当中具有36个激光输入通道，288个数据通道......................10图表17：单个光引擎带宽为1.6Tbps，通过光纤对外连接...........................................11图表18：光引擎当中包括光纤阵列连接器、3D堆叠的PIC与EIC等..................................11图表19：EIC采用台积电N6制程，PIC与EIC采用COUPE技术封装..................................11图表20：CPO模块通过外部光源与外部进行光信号互联.............................................11图表21：单个Quantum-X CPO交换机有18个外部光源、144个MPO，总带宽155Tbps...................11 图表22：CPO通常采用CW激光器作为外部光源....................................................12图表23：Lumentum预计其25~30年高功率激光器产能CAGR超200%..................................13图表24：Coherent预计其磷化铟产能26年底较25年底提升一倍，27年底较26年底提升一倍以上.......13图表25：2028年CW需求将超过EML需求.........................................................13图表26：住友光学器件产能快速增长............................................................13图表27：Lumentum器件营收持续环比增长........................................................14图表28：Lumentum预计CPO、OCS等业务有望实现单季度20亿美元收入，并提升盈利能力..............14图表29：Coherent数据中心相关收入持续环比增长................................................14图表30：住友通信市场收入25H2环比增长.......................................................14图表31：博通第一代CPO方案中，EIC采用锗硅工艺，与PIC通过TSV连接...........................14图表32：博通第二代CPO方案中，EIC采用7nm CMOS工艺，与PIC通过FOWLP技术封装................14图表33：光引擎通过FAU光纤阵列单元与外部光源连接............................................15图表34：光学公司积极布局微棱镜..............................................................16图表35：英伟达Quantum X800-Q3450 CPO配备了144个MPO端口...................................16图表36：康宁光通信收入快速增长..............................................................17图表37：天孚通信营收快速增长.............................