AI的爆发需要大量的算力支持，而光通信网络则成为各个算力网络之间数据传输的重要基础和坚实底座。光模块作为云计算数据中心的重要组成部分，随着数据传输量的显著增加，市场需求也将持续增长。光模块的作用是进行光电转换，利用光作为信息载体，通过光纤作为传输媒介，实现高速数据传输。类比于家庭中的光猫，光模块本质上就是对光芯片进行封装的设备，它经历了芯片设计、制造和封装等流程。光模块的工作原理如下：发射端：电信号经过信号处理芯片驱动激光器芯片，完成电光转换并产生光信号，然后通过光纤传输到接收端。接收端：光信号经过探测器芯片（如光电二极管）转换为电信号，经过功率处理芯片转换成原始信息的电信号，并进行放大处理。
从根本上说，光模块就是一个翻译器，将光语言和电语言相互转换。简单地说，它就像一个U盘，用于高速数据传输。
在光模块领域，AI的发展带来了一些新的变化，包括新的先进封装技术CPO、新的芯片设计技术硅光技术，以及新的原材料薄膜铌酸锂等。让我们通过产业链来看看这些新的改革。上游包括PCBA板、光器件、外壳等。
光模块的关键组成部分之一是光芯片，其包括TOSA光发射组件和ROSA光接收组件，即激光器和探测器，以及电芯片等。光芯片在光模块中占据了50%的成本。与传统的通过电路传递信号的芯片不同，光芯片采用光波（电磁波）作为信息传输和数据运算的载体，将光源（如激光器）、调制器、探测器等光电器件通过微细加工技术集成在同一芯片上。光的速度快，因此光芯片相比传统的电芯片具有高速、低能耗、抗干扰等优势，能够实现更高效的数据传输和处理。然而，光芯片技术属于高门槛技术，我国目前主要依赖进口。光芯片按能量来源分类分为有源光芯片和无源光芯片。有源光芯片类似于电动玩具，能够主动发射和接收光信号；无源光芯片则需要外力驱动，主要用于光信号的处理和调节，成本相对较低，一般包括PLC芯片和AWG芯片。有源光芯片主要分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片用于产生光信号，将电信号转化为光信号；探测器芯片用于接收光信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片根据出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片。面发射芯片包括VCSEL芯片（适用于短距离通信，如人脸识别）；边发射芯片包括FP（发光不纯粹，类似手电筒）、DFB（类似激光笔，精准定位，但需要频繁更换电池）和EML芯片（响应速度快，但在某些情况下准确率略低）。探测器芯片主要有PIN和APD两类。
硅光芯片 V.S 光芯片
硅光芯片光芯片集成技术所用材料硅
磷化铟、砷化镓、铌酸锂等集成度较高的集成度，可以将多个光器件集成在一块芯片上，实现更小尺寸和更低成本相对较低性能不如光芯片高速率、低能耗应用领域更适用于数据中心、光互连等领域主要应用于长距离通信、激光雷达等领域核心技术侧重于光刻工艺集中于生产制造环节，光芯片性能的提升不完全依靠尺寸的减小，因此不会像电子芯片那样必须使用极紫外光刻机（EUV）等极高端的光刻机，更注重外延结构设计与生长不过要注意的是，光芯片并不能完全替代电芯片，特别是存储领域，仍是电存储芯片的天下，光存储还未实现量产突破。但是在传输相关领域，如光通讯上，光子芯片已经被大量使用，占主要地位。在逻辑运算领域，未来的趋势是光电集成的结合，还需要很长一段时间逐步替代，才能实现全光计算。大家都知道人工智能点燃算力需求，带动光模块产品更新迭代，光模块的传输速率要求越来越高，从2020年的400G，到800G到未来的1.6T。怎么可以从上游实现光模块更高的综合性能呢？
1. 新集成技术：硅光子技术。
硅光子技术将光电器件融合到硅芯片上，充分利用了CMOS工艺的特性，实现了在硅基材料上开发和集成光电子器件的创新。这项技术结合了集成电路技术的制造优势和光子技术的高速、低功耗特点，使得传统的硅材料能够与光运行的光子处理器相结合。相较于传统晶体管依赖的硅材料，硅光子技术采用了玻璃作为基础材料。由于玻璃对光是透明的，因此在玻璃中集成光波导通路可以实现信号传输，这对于大规模通信，尤其是计算机内部和多核之间的通信非常适合。硅光子技术的最大优势之一是其高传输速率，可将处理器内核之间的数据传输速度提升数倍甚至更多。在全球硅光技术及产业化方面，领先的企业主要包括英特尔、思科和Inphi。近年来，一些知名企业如思科、华为、Ciena和Juniper通过收购来布局硅光技术。而Marvell、思科、诺基亚等公司也相继收购了Inphi、Acacia、Elenion等硅光领域的创新企业，加速了该技术的发展。此外，英特尔和台积电也在积极开发硅光子制造工艺技术，构建了较为完整的硅光芯片产业链。然而，硅光子技术也面临一些挑战，如硅和光器件所使用的材料性质上的差异，以及对热管理等方面的高要求。短期内，实现大规模产业化仍然存在一定的难度。
2. 电光调制器原料升级：薄膜铌酸锂
随着通信场景的距离越来越长，光信号需要穿越很长的距离，从而会受到各种因素的干扰，比如光纤的衰减和色散，这个时候电光调制器的重要性就体现出来了。
目前行业内光调制的材料平台：
薄膜铌酸锂，一种具有出色性能的新型光子集成材料，可以用于1.6T光模块。
薄膜铌酸锂技术壁垒高，在设计、制造、封装等方面均具有较高的难度。上游铌酸锂晶体方面，全球市场中，德国爱普科斯、日本住友金属矿业、德国KorthKristalle是市场份额排名前三。
我国薄膜铌酸锂细分行业相关厂商：
天通股份公司生产的铌酸锂单晶材料是薄膜铌酸锂调制器的上游关键原材料光库科技新一代薄膜铌酸锂光子集成技术，既可以用在相干传输形式，也可以用于非相干传输模式其他光模块上游：结构件、PCB 属于充分竞争的市场，其需求由下游需求主导， 应用领域几乎涉及所有电子信息产品。
其他上游相关厂商：
迈信林3um设备用在400GHz和800GHz光模块封装，开始小批量供货中富电路、中京电子印制电路板产品的销售
烽火通信主营通信系统、光纤光缆及电缆、数据网络晶赛科技公司具有生产差分振荡器（帮助从光信号中恢复时钟信号以确保数据正确的解码）的能力，单个光模块一般需要使用1个差分振荡器罗博特科参股公司ficonTEC生产的设备可以用于800G光模块。
哈铁科技研发的单元光子芯片（将多个光子元件集成在一个芯片上的技术）已完成全部工艺节点验证，具备批量生产条件，多元光子芯片已完成核心技术攻关，完成动静态性能指标测试。
天孚通信进口光芯片；定位光器件整体解决方案提供商，专业从事高速光器件的研发、规模量产和销售业务福晶科技激光晶体与非线性光学晶体，属于激光设备的上游关键零部件，LBO、BBO、KTP等全系列的非线性光学晶体。中游对应芯片封装环节，也就是光模块。
在半导体整个流程中，国内的封装算是整体来说比较有优势的环节，在光模块这个领域也是。光模块目前比较热门的是CPO光电共封装技术，指的是交换 ASIC 芯片和硅光引擎(光学器件)在同一高速主板上协同封装， 从而降低信号衰减、降低系统功耗、降低成本和实现高度集成。
下游：
光通信模块行业的下游主要客户包括通信设备制造商和大型互联网企业。在这些客户中，高速光通信模块是光通信设备的核心组件之一。只有不断提高光通信转换模块产品的速率，并积极研发出更高规格的模块，才能满足下游产业快速发展的需求。
总结
光模块在人工智能行业的发展中扮演着不可或缺的角色。尤其在人工智能基础设施迅速发展的初期阶段，光模块的封装是我国拥有竞争力的关键环节之一。在这个阶段，我们可以重点关注那些已经实现量产并具备高速率的领先光模块企业。这些企业将成为支撑人工智能发展所需的重要供应商，并在推动我国在光模块领域的技术创新和产业发展方面发挥关键作用。
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