AI算力的基石：光模块--行业解析（附细分标的）

最近，英伟达CEO黄仁勋宣称，预计未来两年欧洲的人工智能算力将增长十倍，有超过20个AI工厂在推进中；而英伟达硅光子共封装光学CPO技术正推动AI数据中心的变革。

斯克于2025年6月初在X上宣布xAI 10万卡集群已经落成并开始投入训练，同时他还表示未来可能要投入建设30万块B200的算力集群。

而博通新一代Tomahawk 6交换芯片，吞吐量为前代的6倍，其批量交付有望推动1.6T光模块需求。

当前， 光模块行业正处于 “400G 向 800G 迭代、1.6T 技术储备” 的关键阶段。受 AI 大模型训练需求驱动，800G 光模块成为市场主力，国内外各大厂都在纷纷发力布局。

今天我们来好好研究光模块。下文从：① 光模块基础知识扫盲；② LPO、CPO和硅光三大技术剖析；③发展历程； ④ 市场空间&趋势；⑤ 产业链；⑥ 细分标的，六大维度，详细解析这一AI算力的基石。

一、光模块基础知识扫盲

1、定义

光模块，Optical Module，将光源（部分异质集成在硅光芯片上）、硅光芯片，DSP（数字信号处理）、TIA（跨阻放大器）、CDR（时钟数据恢复芯片）、驱动器等电芯片集成到一个PCB 板上并通过金属外壳封装。

光纤通信中的重要组成部分，是实现光信号传输过程中，光电互相转换功能的光电子器件。

2、工作原理

光模块的工作原理涉及到光电转换和电光转换的过程，需要考虑到多种因素有：传输速率、波长、传输距离等因素，包含发射端和接收端。

1). 发射端（TX：电信号→光信号）

1. 输入电信号经过驱动芯片处理
2. 激光器（如VCSEL/DFB）将电信号转换为特定波长的光信号
3. 光信号通过光纤发射

2). 接收端（RX：光信号→电信号）

1. 光纤中的光信号输入光模块
2. 光电探测器（如PIN/APD）将光信号转换为微弱电流
3. 跨阻放大器（TIA）将电流信号放大并还原为电信号

（1）TIA：Trans-Impedance Amplifier，跨阻放大器，可理解为一个大电阻；“跨阻”：电流转换为电压；“放大”:小电流输入，大电压输出。（根据欧姆定律，U=IR，即U表示电压， I表示电流，R表示电阻，通过一个电阻，电流就可以换算成电压。TIA把探测器的光生电流，转换为电压的，这个功能，就是一个电阻的特性。所以叫跨电压、电流阻）。

（2）LA：Limiting Amplifier，限幅放大器，将跨阻放大器的信号限制成等幅的电信号，给 CDR 和判决电路提供稳定的电压信号。高速模块中，LA 通常和TIA 或CDR 集成在一起。

（3）CDR ：Clock and Data Recovery，时钟数据恢复。为什么要恢复时钟，恢复数据？ 原因是一般发送出来的数字比特信号，很整齐，但经过一段传输后，各种衰减，劣化..., 就变得很难认出。CDR的功能，就是对信号进行retimer，再定时：之间跑的慢的bit，给它分配的传输线，就短一点；跑的快的bit，就分配传输线长一点。等出来之后，数据就又排整齐了。

（4）LDD：Laser Diode Driver，激光二极管驱动芯片，将 CDR 的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的 LDD 芯片。在短距的多模光模块中（例如 100G SR4 ），一般来说 CDR 和 LDD 是集成在同一个芯片上的。

3、组成--三兄弟

光模块主要由光学器件和辅料（外壳、插针、光纤接口、PCB与控制芯片）构成。其中，光器件是光模块实现光电转换的核心组件，由发射和接受两个部分组成，常见的光器件有TOSA，ROSA和BOSA。

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、光纤接口、主控电路板PCBA与电路芯片等）占光模块总成本近30%。

（1）光发射组件TOSA

TOSA，Transmitter Optical Sub Assembly的缩写，中文为光发射次模块，主要作用是将电信号转换为光信号，即实现电-光（E/O）转换，是光通信系统中光模块实现光电转换的核心组件之一。

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。

（2）光接收组件ROSA

ROSA，Receiver Optical Subassembly，是光接收组件的英文简称。主要的作用是将光信号转换为电信号（O/E转换），由探测器和适配器组成。

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。

（3）单纤双向光器件BOSA

BOSA主要的作用是将电信号和光信号相互转换。随着工艺水平技术的发展，可以将TOSA和ROSA通过同轴耦合过程集成光源的收发（LD和PIN/APD），再加上分离器，光纤和其他组件，就叫BOSA（Bi-Directional Optical Sub-Assembly,光发射接收组件）。

由发射激光器、接收探测器、适配器、滤波片、基座、隔离器和管芯套组成。比如，光猫(ONU)使用的是BOSA光电器件，可以完成光电信号的相互转换。

4、光模块的种类

光模块根据不同分类方式，常见的种类如下：

（1）按封装类型划分：

从传输速率来看，早期的 90 年千兆时代的 GBIC，到支持 10G 的 SFP，再逐步进化为 SFP+、QSFP+、QSFP28，到现在的 800G OSFP，光模块传输速率得到了数量级的提升。

① SFP（Small Form-factor Pluggable）光模块：小型可插拔。SFP光模块支持LC光纤连接器。

② SFP+（Small Form-factor Pluggable Plus）光模块：指速率提升的SFP模块，因为速率提升，所以对EMI敏感，壳子上面的裙片做的多了，配对的笼子也相对缩紧了。

③ XFP（10GB Small Form-factor Pluggable）光模块：“X”是罗马数字10的缩写，所有的XFP模块都是10GE光模块。XFP光模块支持LC光纤连接器。相比SFP+光模块，XFP光模块尺寸更宽更长。

④ SFP28（Small Form-factor Pluggable 28）光模块：接口封装大小与SFP+相同，支持速率为25G的SFP28光模块和10G的SFP+光模块。

⑤ QSFP+（Quad Small Form-factor Pluggable）光模块：四通道小型可热插拔光模块。QSFP+光模块支持MPO光纤连接器，相比SFP+光模块尺寸更大。

⑥CXP（120 Gb/s eXtended-capability Form Factor Pluggable Module）光模块：是一种可热插拔的高密并行光模块标准，在发送和接收（Tx/Rx）方向各提供12个通道，仅适用于短距离多模链路。

（2）按速率划分：

10Mbps、100Mbps、1.25Gbps、40Gbps、100Gbps、200Gbps、10Gbps、25Gbps、400Gbps、800Gbps。

（3）按传输距离划分：

100m、300m、550m、10km、＞20km等，短距（SR，即Short Reach,100-550米）、中距（MR，Medium Reach，300-10km）、长距（LR，10km）。

（4）按激光器类型划分

光模块的光芯片包括激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片包括面发射的 VCSEL 芯片，以及边发射的芯片FP、DFB 和 EML 芯片等；探测器芯片用于接收信号，主要有 PIN 和 APD 两类。

二、LPO、CPO、硅光三大技术剖析：

LPO（线性直驱光模块）、CPO（共封装光学）和硅光技术是当前光通信领域的三大核心方向，分别从封装架构、集成方式和材料体系角度推动光模块向更高性能演进。

（一）概念

LPO，Linear-drive Pluggable Optics，即线性驱动可插拔光模块，在数据链路中只使用线性模拟元件，无需DSP或者CDR芯片。

CPO：Co-Packaged Optics）即光电共封装，是一种新型的光电子集成技术，是指把光模块和交换芯片共同封装在一起的光电共封装，缩短了光引擎和交换芯片间的距离，有效减少尺寸，降低功耗，提高效率。

硅光：硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOl等)，利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成至一个独立的微芯片中。其核心理念是“以光代电”，即采用激光東代替电子信号传输数据，（而传统光模块是“电互联”）

（二）技术&特点对比

1. LPO：简化封装，去DSP化

（1） 核心逻辑：取消光模块内部的DSP（数字信号处理器），将均衡、纠错等功能转移至交换机ASIC芯片，仅保留线性驱动芯片（Driver）和跨阻放大器（TIA）。

（2）关键创新--线性驱动技术：通过高线性度Driver直接调制激光器，减少信号失真，降低功耗50%以上。

（3）技术局限：传输距离受限（目前<100米，未来有望扩展至500米），需依赖高速SerDes（如224G PAM4）提升带宽。

2. CPO：异构集成，极致短距

（1）核心逻辑：将光引擎（激光器、调制器、探测器）与交换芯片封装在同一基板或封装体内，缩短电互连距离至毫米级，减少信号损耗和功耗。

（2）关键创新--先进封装技术：采用台积电CoWoS、Intel Foveros等3D封装工艺，实现光引擎与ASIC的垂直互连（TSV）和水平布线（RDL）。

（3）技术挑战：设计复杂度高，需解决光电协同散热、电磁干扰（EMI）等问题，初期成本约为可插拔模块的3倍。

3. 硅光：材料革命，光电集成

（1）核心逻辑：利用硅基CMOS工艺制造光电子器件（如调制器、探测器），实现光芯片与电芯片的单片集成，降低成本和体积。

（2）关键创新--材料体系：硅光调制器（如微环谐振器）采用硅-氮化硅混合波导，支持56G/112G PAM4速率，而薄膜铌酸锂调制器（TFLN）带宽更高（220GHz），适用于超高速场景。从混合集成（硅基+III-V族材料）向单片集成过渡。

（3）技术局限：硅基调制器驱动电压较高（2.5-3V），长距传输性能弱于薄膜铌酸锂。

三、发展历程

光模块的发展历程是一部不断追求更高速率、远距离、更低功耗和更小体积、低成本、小型化以及可热插拔的方向去发展。其技术迭代也推动了单位比特成本与能耗的不断下降，平均每四年下降一半。具体拆解如下：

1、早期探索与低速模块（1999年-2000年代初）

1） 起源与基础：光模块最早出现于1999年，采用1X9封装形式，直接固化在通信设备电路板上使用。这一阶段的模块传输速率较低，如OC-3（155Mbps）和OC-12（622Mbps），主要应用于电信骨干网。

2） 可插拔技术萌芽：2000年后，GBIC（千兆位接口转换器）和SFP（小型可插拔）模块相继出现，推动光模块向小型化、可热插拔方向发展，大幅提升了部署灵活性。

2、高速率模块崛起（2000年代-2010年代）

1） 10G时代：2001年起，10G模块经历了XENPAK、X2至XFP的演进，最终SFP+技术实现了仅以SFP尺寸传输10G信号，成为主流。此时硅光技术开始萌芽，Intel在2004年研发出首个基于MOS电容的硅基调制器，带宽突破1GHz。

2）40G与100G突破：2010年后，数据中心需求推动40G QSFP模块（四通道10G）和100G CFP模块的发展。CFP系列封装（如CFP、CFP2、CFP4）通过优化电接口速率（从10G到28G波特率）和功耗，成为100G市场的核心选择。2014年，Finisar推出首款100GE-SR4 CFP4模块，标志着CFP4技术成熟。

3、硅光与高密度集成（2010年代-2020年代初）

1） 硅光技术商用化：2010年，Luxtera（现Cisco）推出首款商用硅光模块，在数据中心实现40Gbps传输，硅光技术从实验室走向市场。2010年代中期，硅光模块在850nm短距传输场景的渗透率突破30%。

2） 400G与封装创新：随着交换芯片速率提升（如博通 Tomahawk 5的51.2Tbps），400G模块（如QSFP-DD、OSFP）成为主流。QSFP-DD通过复用8个50G通道实现400G速率，而OSFP则支持更高密度的散热设计。2017年，IEEE 802.3bs标准发布，正式确立400G以太网规范。

4、超高速率与技术革新（2020年代至今）

1） 800G规模化部署：2021年，800G模块开始小批量出货，2024年进入规模化应用阶段。其技术方案从8光8电升级至4光4电，单通道速率提升至100G PAM4，功耗降低50%。英伟达、谷歌等厂商成为主要需求方，国内中际旭创占据全球800G市场超50%份额。

2）1.6T商用倒计时：1.6T模块预计2025年商用，采用单波200G PAM4或硅光技术，功耗进一步优化。中际旭创、新易盛等厂商已通过英伟达认证，计划2025年量产。

3） 新材料与封装革命：

① 薄膜铌酸锂：国产110GHz电光调制器于2023年研制成功，中兴通讯联合宁波环球广电推出基于该技术的800G模块，传输距离达2km，功耗低于16W。

② CPO技术：共封装光学（CPO）将光引擎与交换芯片集成，缩短电互连距离，功耗降低30%-50%。博通已推出51.2Tbps CPO交换机，预计2026年规模化应用。

四、市场空间&趋势

1、市场空间

（1）全球市场：

据和弦产业研究，2024年全球光收发模块市场规模达144亿美元，同比增长52%。到2028年，全球光模块市场规模有望达到240亿至280亿美元，在2023-2028年间将保持12%-14.9%的复合增长率。

（2）中国市场：

据中商产业网，2024年中国光模块市场体量为606亿元，同比增长12.2%；2025年中国光模块市场预计体量能够达到670亿元，同比增长10.6%。

2、竞争格局

光通信行业研究机构LightCounting公布了2024年度全球TOP10光模块供应商榜单，中国厂商占据7席，主导地位。如下图：

近15年来全球光模块供应商格局的深刻化，截至2020年，多数日本和美国厂商已退出该市场，而24年中国厂商的排名不断攀升：

第一名：旭创科技（Innolight），以33亿美元的营收规模蝉联榜首排第一。

第二名：Coherent，美国相干公司，激光器巨头，在光模块领域具有较高的知名度和市场份额，被II-VI在收购后更名为“Coherent”产品涵盖了多个领域，包括电信、数通等。

第三名：新易盛（Eoptolink），则12亿美元的营收规模，从2023年的第7位跃升至2024年的第3位。

第四名和其他：华为排名第4，光迅科技、海信宽带、华工正源分列第6至第9位，索尔思光电位居第10。这一格局充分展现了中国厂商在全球光模块市场的主导地位。

至于思科和Marvell等企业：思科通过收购Acacia和Luxtera进入榜单，Marvell则因微软对400ZR的强劲需求而排名上升。

3、光模块发展趋势：增强传输能力，提升器件集成化

1）更高速率与集成化：现有光模块带宽主要有40G、100G、200G、400G，目前正朝着800G、1.6T甚至更高的带宽发展。3.2T模块研发启动，单通道速率或达400G，同时硅光技术在1.6T模块中的渗透率预计2025年接近50%；集成化设计可以减小模块的尺寸，满足紧凑型设备和高密度布局的需求。

2）绿色算力需求：液冷光模块和LPO（线性直驱）方案成为热点，光迅科技已批量交付100G液冷产品，LPO方案通过英伟达验证，功耗降低50%。

3）技术融合与标准化：CPO+硅光：英伟达通过硅光集成偏振控制替代保偏光纤，封装成本大大降低。

五、产业链

光模块产业链涵盖了上游：原材料和元器件供应；中游：光模块的生产与封装；下游：广泛应用领域。

（一） 上游：原材料及元器件

1、光芯片：

光芯片是光模块的核心部件，分为激光器芯片（如EML芯片用于长距离传输，DFB芯片常用于中短距离传输）和探测器芯片（如PIN、APD芯片）。国际上，II−VI、住友电工等企业在高端光芯片领域占据重要地位；国内，长光华芯、源杰科技等企业也在不断发力。

2、光学组件：

提供光器件封装所需的各类组件，如TO管帽、透镜、准直器、隔离器、光滤波片等，这些组件对光信号的传输和处理起着关键作用。舜宇光学、永新光学等是这一领域的重要企业。

3、电芯片：

包括驱动芯片（驱动激光器发射光信号）和跨阻放大器（TIA）芯片。德州仪器、亚德诺等国际企业技术成熟，国内的国民技术、圣邦股份等也在逐步提升技术水平。

4、封装材料：

提供PCB印刷电路板等基础材料，深南电路、沪电股份等是国内知名的PCB头部供应商。

（二） 中游：光模块制造商

1、无源光模块：

主要生产基于传统光器件封装技术的光模块，如一些专注于特定细分市场的中小型企业，它们通过优化封装工艺，生产低成本、高可靠性的光模块，应用于接入网等领域。

2、有源光模块：

生产技术更复杂、集成度更高的有源光模块，如中际旭创、光迅科技、新易盛等国内龙头企业，以及国外的思科、诺基亚等。它们在光芯片集成、电路设计、散热技术等方面具有较强的研发和生产能力，产品广泛应用于数据中心、5G前传等高速传输场景。

3、光电共封模块：

随着技术的发展，光电共封（CPO）光模块成为新的研究和应用热点。一些大型的光模块制造商和科技巨头，如英特尔、博通等，正在积极探索和布局CPO技术，通过将光学元件与电子芯片集成在一个封装内，实现更高速、高效的光通信传输。

（三）下游应用领域

1、数据中心：

是光模块的主要应用领域之一，包括云服务提供商（如亚马逊、微软、阿里巴巴等）和互联网内容提供商（如谷歌、百度等）以及传统的数据中心运营商。

2、电信市场：

包括移动、联通、电信等三大运营商以及通信设备制造商（如华为、中兴通讯、爱立信、诺基亚等）。光模块在5G前传、中传、回传网络，以及核心网的光纤传输中发挥着关键作用，用于实现基站与基站之间、基站与核心网设备之间的高速数据传输。

3、工业控制：

如西门子、施耐德电气等工业自动化企业，以及各类工厂、矿山等工业用户。光模块在工业控制领域用于连接各种自动化设备、传感器和控制系统，实现工业现场的数据采集、传输和控制，具有抗电磁干扰、传输距离长、可靠性高等优点，满足工业环境对通信的高要求。

4、3C电子：

苹果、三星等消费电子品牌商，以及小米、华为等智能家居设备制造商、VR/AR设备中用于高速数据传输，提升用户的沉浸式体验；在智能家居系统的交互等。

六、细分标的

下文为不完全列举：

① 中际旭创：全球光模块行业第一，以800G产品40%市占率稳居行业第一，深度绑定英伟达和北美云巨头，毛利率33.32%远超行业均值。其CPO/LPO专利布局和泰国基地扩产，构建技术到供应链全方位护城河。

② 新易盛 ：全球第三，业绩飙升，其800G光模块全球市占率超40%，2024年出货量超100万只，毛利率达45%。1.6T光模块在2024年底小规模量产，硅光方案良率达95%，并送样英伟达测试。此外，公司还拥有LPO技术，功耗降低30%，已获Meta、亚马逊订单，且适配国产AI芯片生态。

③ 华脉科技：公司光无源器件中的光纤阵列有应用于光模块，国内市占率达到31%之高；在光模块领域有一定的技术实力和市场地位，其光模块传输速率突破100gbps，与华为在光通信、数据中心领域存在协同空间。

④ 剑桥科技：CPO光通信的龙头。华为合作，与日本研发团队继续 1.6T 模块的开发工作。

⑤ 光库科技：国内光纤器件龙头，行业内的知名品牌之一；国内唯一实现铌酸锂调制器芯片量产的企业，全球仅三家。

⑥ 华工科技 ：拥有自主开发的硅光技术，完成从硅光芯片到模块的全栈研发，单波200g芯片技术达国际先进水平，产品矩阵覆盖1.6t全方案，dsp/lp双技术路径满足数据中心差异化需求，光模块已批量应用于5.5g通信网络及智能网联车领域。

⑦ 仕佳光子：公司的激光器芯片等产品能够配合LPO技术产品的相关功能要求实现更高性能。

⑧ 天孚通信：公司是全球最大的光通信无源器件解决方案厂商之一，已成为各大主流光模块的供应商。

⑨ 源杰科技 ：国产光芯片龙头，主要产品为光芯片，覆盖2.5g、10g、25g、50g、100g等不同速率的激光器芯片系列产品，广泛应用于光纤接入、4g/5g移动通信网络和数据中心等领域。

⑩ 光迅科技：全球光器件市场的占有率为5.8%，全球排名第四；光通信器件市场的占有率稳居第一，是国内稀缺的光芯片/器件/模块/子系统领域全覆盖的供应商。

⑪ 易天股份:偏光片贴附设备龙头，光模块高精度贴片机核心厂商。

⑫ 炬光科技：全球微纳光学及光子应用解决方案龙头。

⑬ 联特科技：专注于光通信收发模块的研发、生产和销售，具备了光芯片到光器件、光器件到光模块的设计制造能力。

⑭ 中天科技：400G光模块批量发货；实现0.015mm极细铜线量产，传输损耗达国际领先。聚焦CPO光模块与高速铜缆的协同研发，产品已应用于国内超算中心。

⑮ 博创科技：聚焦硅光子集成技术，与博通、Marvell等厂商合作开发CPO解决方案。400G硅光模块量产，800G方案推进。

⑯ 长飞光纤：布局硅光子与CPO技术融合，推动光模块小型化与低功耗化。400G光模块量产，800G硅光模块小批量交付。

⑰ 太辰光 ：全球最大的光密集连接产品制造商之一，其mpo/mtp高密度光纤连接器市场份额位居全球第一，聚焦CPO光模块与高速连接器的协同研发，产品已应用于国内5G基站。

引用参考图片和文献：公众号交换机厂程序员、光机电产业研究、电子工程专辑、光通信PRO、招商证券、国信证券、中泰证券、光大证券、西南证券等公开资料。仅作分享，不代表本人立场，不构成投资建议。

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来源：Aiden的硬科技行研