①光模块介绍
光模块是光通信中实现光电转换和电光转换的核心器件,通常由光发射组件(TOSA)、光接收组件(ROSA)、驱动电路和光接口等封装而成。在光通信系统中,光模块是系统物理层的基础构成单元,在系统设备中的成本占比超过 50%。
光模块根据传输速率可以分为低速模块、中高速模块和超高速模块三类,其中低速模块的传输速率 1G/2.5G/10G,广泛用于传统以太网、接入网等领域;中高速模块的传输速率为 25G/40G/100G,主要应用于 5G 前传、数据中心内部互联等;超高速模块的传输速率可达 400G/800G/1.6T,可支撑 AI 算力中心、骨干网扩容等应用。
②光模块产业链概况及市场规模
光模块的上游主要包括光芯片、电芯片、光器件、封装材料、设备等,中游为光模块的制造和封装。光模块厂商将上游的光芯片、电芯片等零部件集成,完成光模块的设计、制造与封装。生产的主要流程包括芯片贴装、光路耦合、封装成型和测试验证。根据 LightCounting 统计,2024 年全球前十大光模块企业中的中国企业已占据七席,光模块已成为我国光电子信息领域的优势产业。光模块的下游主要为数通市场和电信市场两大应用场景。
数通市场以数据中心、云计算、企业网络为核心场景,聚焦高速数据传输与算力互联,是光模块增长最快的市场。高带宽、低延时和高密度是数通市场对光模块的核心需求,光模块速率以 400G/800G 为主,并向 1.6T 演进,并且受到 AI 算力与云计算的需求驱动,技术迭代较快,需求快速增长。微软、谷歌、Meta、阿里巴巴、腾讯、字节跳动等国内外云厂商数据中心采购量逐年增长。
国际数据公司(IDC)最新报告显示,全球 AI 基础设施市场正经历着前所未有的高速增长,预计到 2028 年,其支出将突破 1,000 亿美元大关。2024 年上半年,全球各组织在 AI 计算与存储硬件方面的投资同比飙升 37%,总额高达318 亿美元。其中,AI 服务器成为投资重点,占 AI 基础设施总支出的 89%,同比增长同样达到 37%。
海外云服务巨头,如微软、谷歌、Meta 等,对人工智能的投入已从早期的“技术探索”成功迈向“规模化商业落地”阶段。Counterpoint 数据显示,2023年微软在人工智能相关基础设施上的投入居首,其资本支出的 13.3%用于此领域,谷歌紧随其后,占其资本支出的 6.8%。微软已宣布将人工智能深度集成至现有产品套件中。
进入 2025 年,全球 AI 基础设施军备竞赛愈发激烈,微软、亚马逊、谷歌、Meta 四大云厂商合计资本开支预计突破 3,000 亿美元,创历史新高。这场千亿美元级别的投资狂潮,正强有力地加速光模块技术的迭代更新,刺激超高速率光模块需求的快速增长。
在电信市场光模块主要服务于运营商网络,覆盖无线网(5G/6G)、接入网、骨干网等场景,速率以 25G/100G 为主,400G 主要用于骨干网。电信市场主要受到 5G 网络建设、国家宽带等网络升级的政策驱动,需求刚性增长较为平缓。随着国家“双千兆”网络战略推动 50G-PON 光模块试点,华为技术、中兴在 5G 前传/中传领域主导国产方案,叠加工业互联网领域光纤传感光模块在智能制造中应用等因素,电信市场光模块需求总体将维持稳定增长。
根据 Yole 发布的数据显示,受益于 AI 大模型催生的算力需求爆发,全球光模块市场规模从 2020 年的 87.8 亿美元跃升至 2023 年的 109 亿美元,年复合增长率达 7.5%。未来五年,随着 AI 基础设施建设与云厂商资本开支的双重拉动,预计 2029 年全球光模块市场规模将突破 224 亿美元,2024-2029 年复合增长率 11%。
其中,作为数据中心互联的核心器件,数通光模块正以 AI 算力需求为引擎,进入技术迭代与规模爆发的双重周期,数通市场将保持年均 14.8%以上增速,2029 年规模预计达 147.0 亿美元,占整体市场 65.8%。
在国内市场方面,光模块作为数字经济底座的核心器件,近年来保持快速增长势头。根据 LightCounting 的数据显示,中国光模块市场规模从 2018 年的21 亿美元跃升至 2023 年的 27 亿美元,年复合增长率 5.8%。未来,随着“东数西算”、《"双千兆"网络协同发展行动计划》和 AI 训练集群的部署等因素推动,预计 2024 年至 2029 年,中国光模块的部署量将占全球部署量的 20%-25%,2029 年中国光模块规模将突破 65 亿美元。
③光模块行业发展趋势
受 AI、云计算、大数据、物联网等新一轮技术的商业化应用推动,光模块行业技术正处于快速升级革新的阶段,光模块行业向高速率化、集成化、智能化方向发展,硅光、CPO 等新技术有望重塑产业格局。
A.技术迭代速度不断加快
高速光模块的速率演进是光通信技术发展的核心脉络,其每一次升级都标志着对更高带宽、更低功耗和更优能效的突破。AI 技术的规模化应用(从文本处理向图像、音视频等多元场景延伸)驱动数据流量爆发式增长,叠加 AI 大模型训练对算力基础设施的海量需求,显著提升对高速率光模块的市场需求。英伟达、谷歌、微软、亚马逊、字节跳动、阿里巴巴等国内外巨头加速布局 AI 算力中心,直接带动 800G、1.6T 超高速光模块的需求提升。
当前 800G 模块已进入规模化交付阶段,1.6T 光模块产品进入头部云厂商测试验证,而 3.2T 技术路径已进入预研阶段,下游应用场景对光模块的速率要求不断提升,技术迭代速度不断加快。预计 800G/1.6T 的高速率光模块将主导未来五年市场的增长,到 2029 年 800G 以上光模块的市场规模将增长至 7,043.0万支,占整体高速光模块出货量的 86.7%。
随着数据中心及 AI 算力基础设施的规模化建设,下游客户对光模块的降本增效与低功耗需求愈发迫切。传统技术主要通过多通道方案实现 100G 以上光模块速度的提升,在 800G 及以上速率场景面临激光器芯片速率瓶颈与成本劣势,催生硅光、CPO、LPO 等新技术加速渗透。
线性直驱(LPO)技术通过简化 DSP 芯片设计,使 800G 模块功耗较传统方案大幅降低。CPO 技术则通过光电共封装技术缩短电芯片与光芯片距离较大幅度提升带宽,降低功耗。硅光模块通过 CMOS 工艺整合激光器、调制器,并且硅基材料逐步替代加工更加复杂磷化铟材料,硅光模块凭借高集成度、低功耗优势,在 800G 及以上市场渗透率逐渐提升,是光模块的重要发展方向之一。
根据 Yole 数据,2022 年全球硅光芯片市场价值为 6,800 万美元,随着 800G 可插拔模块在数据中心及 AI 算力场景的应用拓展,预计 2028 年市场规模将突破6 亿美元,2022-2028 年年复合增长率达 44%,成为高速光模块技术演进的核心方向之一。
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