光芯片是 AI 服务器数据传输的核心组件
思瀚产业研究院    2025-03-29

随着我国算力产业步入快速发展阶段，产业链结构日益完善，初步形成由软硬件供应商构成的上游产业，算力中心服务商构成的中游产业，算力应用领域各行业用户构成的下游产业。其中，上游产业包括：芯片、服务器、基础通信服务、柴油发动机、UPS 电源、基础设施管理系统、冷却系统等；中游产业包括：基础电信运营商、第三方算力中心服务商、云服务商等；下游产业包括：互联网、AI、金融、政府、制造业等行业客户。

算力中心是算力资源的关键载体。算力中心通过集成高性能计算、大规模存储、高速网络等基础设施，提供大规模、高效率、低成本的算力服务，确保算力资源的集中部署、高效运行。算力中心主要由算力设备、存储设备、网络设备、管理运维系统四大核心要素构成。算力中心通过高速网络连接形成计算集群，提供高性能、高可靠性和高可扩展性的计算能力，支持数据分析、模拟计算和 AI 等复杂任务。

AI 服务器是支撑生成式 AI 应用的核心基础设施。AI 产业链一般为三层结构，包括基础层、技术层和应用层，其中基础层是 AI 产业的基础，为 AI 提供数据及算力支撑。服务器一般可分为通用服务器、云计算服务器、边缘服务器、AI 服务器等类型，AI 服务器专为 AI 训练和推理应用而设计。大模型兴起和生成式 AI 应用显著提升对高性能计算资源的需求，AI 服务器是支撑这些复杂 AI 应用的核心基础设施，其核心器件包括 CPU、GPU、FPGA、NPU、存储器等芯片，以及光模块、PCB、高速连接器等。

1、光芯片负责实现光电信号转换，以满足 AI 服务器内部及集群间高速率、低延迟的数据传输需求

光芯片是光模块的核心组成部分，负责实现光电信号转换。AI 服务器的 GPU/CPU 之间需要处理海量数据交换，传统电信号传输面临带宽和功耗瓶颈，而光通信凭借高频宽、低延迟的优势成为关键解决方案。在 AI 服务器中，光模块用于连接 GPU 集群，光芯片作为光模块的核心器件，负责将电信号与光信号相互转换，以满足 AI 服务器内部及集群间高速、低延迟的数据传输需求。

高速光模块需要更先进的光芯片支持。ChatGPT 等大模型应用对算力的需求激增，直接拉动 AI 服务器搭载更多 GPU，并促使光模块向 800G 及以上速率迭代。AI 服务器对光模块的需求量显著高于传统服务器，而且高速率光芯片（25G 及以上）价格更高，国产替代进程加速的背景下，国内厂商在高端市场渗透率提升有望带来更高附加值。光芯片是现代光通信器件核心元件，是实现光电信号转换的三五族化合物半导体材料。

激光器芯片和探测器芯片合称为光芯片。光芯片是光电子器件的重要组成部分，是半导体的重要分类，其技术代表着现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，其发展对光电子产业及电子信息产业具有重大影响。高速光芯片是现代高速通讯网络的核心之一。光芯片系实现光电信号转换的基础元件，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。光纤接入、4G/5G 移动通信网络和数据中心等网络系统里，光芯片都是决定信息传输速度和网络可靠性的关键。

2、光芯片处于光通信产业链上游

从产业链角度看，光芯片与其他基础构件（电芯片、结构件、辅料等）构成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括光组件与光模块，产业下游组装成系统设备。光器件是由光芯片、光纤及金属连线组合封装在一起，完成单项或少数几项功能的混合集成器件。光模块是以光器件为核心，增加一些电路部分和结构功能件等完成相应功能的单元。

光设备与光模块，结合光纤光缆实现光信息传输功能并提供运营服务。目前光通信主要应用市场为电信市场、数据中心市场，其中：电信市场主要应用于骨干网、城域网、接入网以及无线基站；数据中心市场主要应用于云计算、互联网厂商数据中心等领域。

光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。光通信产业链中，组件可分为光无源组件和光有源组件。光无源组件在系统中消耗一定能量，实现光信号的传导、分流、阻挡、过滤等“交通”功能，主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等；光有源组件在系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等。光芯片加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。

光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号；探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片，按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，边发射芯片包括 FP、DFB 和 EML 芯片；探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。

光芯片企业通常采用三五族化合物磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）作为芯片的衬底材料，相关材料具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合高频通信的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。其中，磷化铟（InP）衬底用于制作 FP、DFB、EML 边发射激光器芯片和 PIN、APD探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬底用于制作 VCSEL面发射激光器芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D 感测等领域。经过结构设计、组件集成和生产工艺的改进，目前 EML 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 100G，DFB 和VCSEL 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 50G。

3、光芯片在不同速率光模块的成本占比通常在 30%-70%

作为最主要的成本构成，芯片的差异成为衡量光器件高低端的主要标准。从光模块的成本占比来看，光模块产品所需原材料主要是光器件、电路芯片、PCB 以及外壳等。其中，光器件占光模块成本的 73%，电路芯片 18%，PCB 板 5%以及外壳 4%。光器件可分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统四大类。光芯片在不同速率光模块的成本占比通常在30%-70%，电芯片的成本占比通常在 10%-30%之间。光模块的主要升级是速率升级。光通信芯片的成本随着光模块速率的不断升高而提高。越高速、越高端的模块，光芯片和电芯片的成本占比就越高。

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