思瀚发布《光通信行业发展趋势及投资前景展望研究报告》
思瀚产业研究院    2025-01-13

1、光通信行业概述

（1）光通信定义及产业链情况

光通信是以光波为信息载体的通信方式，主要采用光纤作为传输介质从而实现用户间信息的传递。相较于传统的电信号传输模式，光通信具有更大的传输带宽及传输容量、更低的传输损耗、更强的抗电磁干扰能力和更高的传输质量。

经过长期的发展，光通信凭借优异的性能，已成为通信行业主流的通信方式之一，被广泛应用于数据中心（包括AI 数据中心）、电信网络、光纤宽带、汽车电子和工业制造等领域。

光通信网络由光/电芯片、光器件、光模块、光纤光缆等上游产品组合构建而成。其中光器件是由各类光组件组成，根据是否需要能源驱动光器件可分为有源和无源两种，需要能源驱动才能发挥器件功效的为有源光器件，如激光器、光收发器、光检测器、光放大器、光调制器等；

无需能源驱动即可发挥器件功效的为无源光器件，如光纤连接器、光隔离器、光衰减器等。将光器件与不同功能的光、电芯片密闭封装形成的产品即为光模块。

光通信产业中游主要为设备集成品牌商。光设备由光模块和光器件组合构成，数据中心、电信机房设备通过光模块实现光电转换，再通过光通信设备、光连接解决方案实现数据中心、机房设备与城域网、主干网、接入网的光互联即构成了光通信网络的基本框架

（2）光通信发展现状及行业规模

随着云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术快速发展，全球数据流量呈爆发式增长，数据中心建设成为大势所趋。此外，数据中心作为光通信行业的重要应用领域，近年来在世界主要国家和大型企业数字化转型的带动下发展迅速。据国信证券披露数据，2023 年全球数据中心资本支出已达到 2600 亿美元。

光通信行业是数据中心搭建的基础，在下游需求扩张的推动下，其行业将保持稳步增长态势。根据思瀚产业研究院数据，2021-2023 年我国光通信市场规模分别为 1,266 亿元、1,331 亿元、1,405 亿元，预计 2024 年市场规模将达到 1,473 亿元，2021 年至 2024 年复合增长率为 5.18%。

2023 年以来，以 ChatGPT 为代表的生成式 AI 对算力提出了更高的要求，谷歌、亚马逊、微软、英伟达等巨头纷纷布局大模型，为光通信产品的需求带来巨大增量。ChatGPT 技术的背后是其 AI 模型参数实现超过百倍的提升，训练模型所需的算力和数据需求也迎来了爆发式的增长。根据 Lightcounting 预测，全球光通信产业链中的核心产品光模块的市场规模在 2027 年将突破 200 亿美元，数据中心将成为第一大应用市场。

2、光通信行业技术水平及技术特点

光通信行业是一个技术密集型、竞争较为充分的行业，技术不断升级迭代是行业发展的主流趋势。光通信器件产品的生产制造过程技术含量较高，其技术涉及到光学、光电子学、材料科学、信息与通信技术等多个技术领域。

在光通信器件行业中，器件生产正在向智能化、高效化发展，光通信器件产品正逐步向集成化、小型化、精细化发展。为满足行业发展趋势，需要业内公司具备扎实的行业生产技术与工艺技术，在保证产品低损耗、高品质的同时，扩大产品集成规模。随着 AI 技术的发展，算力基础设施的海量增长和升级换代将成为必然趋势，高集成度、小型化、高速率、高密度的新型光器件产品将迎来新的增长机会。在众多技术发展路径中，硅光集成技术以及光电共封装（CPO）技术是光通信行业较为前沿且重要的技术发展方向，具体情况如下：

（1）硅光集成技术发展情况

随着全球 AI 数据中心的加速建设，光通信网络需要不断升级并铺设大量的光器件及模块。光通信系统的升级依赖于技术的革新，在当前光通信系统越来越复杂和传输速率要求越来越高的情况下，光通信芯片和模块正在向 1.6T、3.2T 传输速率演进。传统光模块内部光器件、光芯片间的互连以铜线为主，各器件间的电阻电容限制了光模块超高速信息传输的发展。

硅光集成技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有成熟的硅芯片电路制造工艺实现多种光器件高度集成。其核心理念是以光代电，将激光器、光调制器、光探测器、光衰减器、波分复用器及光放大器等光器件和电子元件蚀刻在硅基芯片上，并使用激光束进行数据传输，代替器件和芯片间的连接，使光信号处理与电信号的处理深度融合，解决传统光模块面临的功耗、速率和体积等瓶颈，实现真正意义上的光互连。

硅光集成技术拥有高带宽、超快速率和高抗干扰特性以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优势，可满足长距离数据传输以及微电子芯片间的短距离大容量数据传输，更适应未来高速、复杂的光通信系统。从速率上看，基于光传播的优势，硅光技术替代器件间的 PCB 电互连模式，可突破铜线传播电信号的速率瓶颈，具备超高传输速率潜质。

高密度连接和高速率传输需求驱动光模块内部器件向高集成化方向发展。硅光集成技术在高密度连接和高速率传输场景下拥有成本低、功耗低和体积小等优势并兼具数据交换、存储以及处理等功能。

目前硅光集成技术仍处于快速发展阶段，与器件配套的光芯片需要与电子芯片技术融合。随着资本的投入与研发的推进，硅光技术在产品化方面有多项突破，技术标准相继形成，已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动的良性循环。

根据 Lightcounting 预测，光通信行业已经处在硅光技术规模应用的转折点，基于硅光的光器件产品市场规模在2021 至 2026 年间将累计达 300 亿美元，全球硅光模块市场将在 2026 年达到近 80 亿美元，有望占到一半的市场份额。硅光技术在 400G 开始规模化应用，升级到 800G 及 1.6T后，其优势会更加明显。

ChatGPT 及 AI 的快速发展、GPU 光互联拉动了 800G 以上光模块需求的快速增长，硅光技术在数据中心、AI 数据中心的应用将越来越广泛。

（2）光电共封装（CPO）技术发展情况

光电共封装（CPO）技术指的是交换芯片（ASIC）和光引擎（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。CPO 技术可以缩短交换芯片和光引擎之间的距离，以帮助电信号在光芯片和光引擎之间更快地传输，不仅能够减少尺寸、提高效率，还可以降低整体功耗，实现高速率、大带宽、低时延、低功耗网络传输。

传统的芯片制造技术发展至今已接近物理瓶颈，改变器件间的封装结构以优化性能是当下实现传输速率大幅度提升的可行方案之一。在 CPO 技术兴起之前，传统方案是将光模块与交换芯片独立成两个单独的部分，通过可插拔光模块实现光电信号转换。该技术的优势是设计模块化，光模块部分或者芯片部分其中一个出现故障均可单独更换，但其在功耗、尺寸和成本上都不够经济。

而 CPO 技术可将交换芯片和光引擎封装到同一 PCB 背板，再通过液冷板对设备降温以减少功耗。同时，CPO 技术结合硅光技术可实现高度集成，能够解决超高算力应用场景中光模块数量过载的问题。受交换芯片和光引擎距离缩短影响，板间信号传输速率和质量可大幅提升。

在 1.6T 传输速率下，硅光方案渗透率预计会有所提升，而 CPO 方案更多为技术探索。但是从 3.2T 传输速率开始，传统可插拔光模块传输速率升级或将达到极限，后续光互连升级可能转向 CPO 方案。CPO 的技术创新，将有望取代当前数据中心内部传统的电气互连模式，为人工智能（AI）及其他计算密集型应用带来更高传输速率、更低延迟和更低功耗。

Lightcounting表示，AI 对网络速率的需求是目前的 10 倍以上，在这一背景下，CPO 有望将现有可插拔光模块架构的功耗降低 50%，将有效适配于高速高密度互连传输场景。根据Lightcounting 预测，CPO 出货预计将从 800G 和 1.6T 端口开始，于 2026 至 2027 年规模开始上量，主要应用于超大型云服务商的数通短距场景。由于 CPO 技术拥有优异的性能优势并可实现降本增效，其有望广泛应用于 ChatGPT 和人工智能 AI 等高算力行业中，AI 数据中心或将成为 CPO 技术最大应用领域。

3、光通信行业发展趋势

（1）业内企业纵横拓展，行业将持续整合态势

从当前光器件企业的发展路径来看，业内公司初期主要专注于单一细分领域，当发展到一定阶段，受市场规模限制及客户多样化需求，通常会通过内生或外延方式拓展业务。一种途径是横向拓展光器件的业务品类，完善产品矩阵；另一种途径是纵向垂直整合，向上游光芯片或下游光模块延伸。现今，光器件厂商的下游集中于数据中心和电信运营商领域，未来随着 AI 数据中心等新型应用需求加速放量，光器件企业或将迎来高速增长期。

（2）技术、材料升级，器件或将迎来新形态

光器件行业近年来材料变化升级趋势明显，有望给行业的竞争格局带来新的改变。在光模块领域，硅光模块发展迅速。就传统光模块来看，其主要采用 III-V 族半导体芯片、高速电路硅芯片、各类光器件等分立器件封装而成，模块内部还是以电信号模式传递信号。

但是，随着未来器件加工尺寸的逐渐缩小，多器件集成将逐渐面临传输瓶颈。而硅光技术“以光代电”，可将光器件与芯片整合至一个独立的微芯片中，使用激光束代替部分内部电信号传输数据，较之传统光模块具有高集成、高功率及低功耗等优势。

目前，数据中心已从 100G、200G 互连逐渐升级到 400G、800G 光互连，1.6T 光互连模块已小批量应用，更高速率的 CPO 封装形式也在快速发展，以 ChatGPT 为代表的生成式 AI 工具正在引领新一轮的科技革命，而数据中心的升级迭代、前沿科技产业化的落地均需要光通信产品的支持，光器件产品正迎来新的发展机遇。

（3）AI 带来巨大算力需求，促进光器件行业快速发展

2022年11月，OpenAI公司发布了ChatGPT（Chat Generative Pre-trained Transformer，聊天生成预训练转换器）工具，显示了新一代 AI 技术变革的到来。2023 年 8 月，百度、华为、科大讯飞、腾讯、抖音等 11 家公司获批中国首批大模型版号并陆续向全社会公众开放 AI 大模型体验服务，国内 AI 技术发展正在加速推进中。

新一代 AI 技术主要源于底层算法的技术突破，AIGC（生成式人工智能）将要广泛应用于算法“大模型”时代，以 AI 为代表的科技革命正在席卷全球。随着 AI 技术发展日渐成熟，应用于各行各业的 AI 大模型开始加速下沉，行业融合应用加快有望进一步快速提升算力相关细分领域如光通信领域产品的需求。全产业正在从信息化、网络化向数字化、智能化过渡，AI是加速产业升级、数字化应用落地的现象化工具，也是数字时代的“操作系统”，算力基础设施的海量增长和升级换代将成为必然趋势，同时将极大促进光器件行业的快速发展。

一方面，AI 大模型厂商和用户数量的增多将催生更多的训练和推理算力需求，因此需要更多的服务器、交换机、光模块，从而拉动光器件产品的快速增长；另一方面，伴随着算力需求的提升与网络架构升级，高集成度、小型化、高速率、高密度的新型光器件产品将迎来新的增长机会，800G 及 1.6T 光模块、硅光器件、CPO 产品市场份额将逐步增加，并将成为光通信行业应对 AI 带来巨大算力需求的重要解决方案。

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