AIGC 驅動光通訊變革

隨著 SerDes速率提升, 光學連接有望進一步深入替代銅纜. 隨著速率提升, 銅纜的應用範圍有望進一步縮短至伺服器內部, 根據 IEEE 802.3ck 的標準, 單通道100G速率 (可對應光口 200G) 的目標距離在 2M 左右, 隨著單通道速率的提升, 光互連的滲透率有望逐步提高.

FiberMall 數據預測, 2021-2025 年交換器密度預計大約每 2 年翻 1 倍, 相對應光模組速率也將同步匹配. 2021 年 25.6Tb/s 交換器所對應 400G 光模組, 2023 年 51.2Tb/s 交換器對應 800G 光模組, 預計 2025 年當交換器速率達到 102.4Tb/s 時, 1.6T 光模組的需求也將有望實現.

Google OCS (Optical circuit switches) 光電路交換機, 是在光層動態地配置互連拓撲, 類似於傳統的交換機在電層交換的作用. Google 在建設自己的數據中心過程中, 由於在部署規模, 靈活可用, 模塊化部署, 安全性, 功耗和性能等方面有更高要求, 傳統電交換不滿足相關的互聯需求, 因此引入了 OCS 形成新的解決方案.

每台 TPUv4 超級計算機中,相關器件的用量:  TPU 晶片數量: 4096 個; OCS 交換機數量: XYZ 三個維度, 每個維度 16 台, 共 48 台; 光通路數量: 每個 cube 需要 6 (面) ×16 (節點)=96 個對外的光通路連接, 因此 64 個 cube 對應 64×96=6144 個光通路 (光模組數量為 TPU 數量的 1.5 倍).

光通訊產業鏈可分為 "光晶片, 光組件, 光器件和光模組", 光晶片和光組件是基礎元件, 其中晶片占據了技術與價值的制高點, 國內仍然薄弱; 光組件主要包括陶瓷套管/插芯, 光收發接口組件等, 競爭激烈. 光器件是光通信的核心器件, 分為光被動器件和光主動器件.

LightCounting 2023 數據, 2016 年全球乙太網光模組的銷售額中, 企業客戶貢獻了 42% 份額, 居第一位，其次分別為雲廠商, 電信運營商, 分別貢獻了 36%, 22% 的份額. 2022 年, 雲廠商在全球光模組市場的銷售額中占比攀升至 67%, 超越了企業與電信領域, 成為光模組下游第一大客戶群.

LightCounting 在 2022 報告中稱, AI 對網絡速率的需求是目前的 10 倍以上, 在這一背景下, CPO 有望將現有可插拔光模組架構的功耗降低 50%. Yole 報告數據顯示, 2022 年, CPO 市場產生的收入達到約 3800 萬美元, 預計 2033 年將達到 26 億美元, 2022-2033 年CAGR 為 46%.

Lightcounting 預計, CPO 出貨將從 800G 和 1.6T 端口開始, 於 2024 至 2025 年開始商用, 2026 至 2027 年開始規模上量, 主要應用於超大型雲服務商的數通短距場景. 全球 CPO 端口的銷售量將從 2023 年的 5 萬增長到 2027 年的 450 萬, 2027 年, CPO 端口在 800G 和 1.6T 出貨總數中占比接近 30%.

矽光子技術是基於矽和矽基襯底材料, 利用現有 CMOS 工藝進行光器件開發和集成的新技術. 矽光子技術的核心理念是 "以光代電", 即採用雷射束代替電子信號傳輸數據, 將光學器件與電子元件整合至一個獨立的微晶片中, 提升晶片之間的連接速度.

矽光子產業的上游包括光晶片設計, SOI 襯底, 外延片和代工廠, 中游為光模組廠商, 下游分為數通領域和電信領域. Intel, 中際旭創, Coherent, Cisco 和 Marvell 等廠商同時具備 PIC 設計和模組集成能力, 且與下游巨頭客戶保持緊密合作, 優勢顯著, 在供應鏈中的引領作用較為明顯.