人工智能行業(yè)專題研究

人工智能行業(yè)專題研究：LPO光模塊一、LPO光模塊概述LPO光模塊的定義LPO，英文全稱Linear-drivePluggableOptics，即線性驅(qū)動(dòng)可插拔光模塊，在數(shù)據(jù)鏈路中只使用線性模擬元件，無需DSP或者CDR芯片。LPO是一種光模塊封裝技術(shù)。通常意義上的光模塊都是可插拔的。所謂“可插拔（Pluggable）”，如右圖所示，交換機(jī)上有光模塊的端口，把對應(yīng)的光模塊插入交換機(jī)，進(jìn)而可以連接光纖。如果光纖或者光模塊損壞，只要拔出光模塊便可以進(jìn)行維修更換。LPO光模塊的構(gòu)成和技術(shù)原理光模塊傳輸，就是電信號變成光信號，光信號又變成電信號的過程。在發(fā)送端，信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC），從數(shù)字信號變成模擬信號。在接收端，模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），又變成數(shù)字信號。光模塊中主要的電芯片包括DSP、激光驅(qū)動(dòng)器（LDD）、跨阻放大器（TIA）、限幅放大器（LA）、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片（CDR，ClockandDataRecovery）等。傳統(tǒng)光模塊介紹——PAM4調(diào)制技術(shù)和DSPPAM4（4-LevelPulseAmplitudeModulation）即四電平脈沖幅度調(diào)制，PAM4信號技術(shù)是一種采用4個(gè)不同的信號電平來進(jìn)行信號傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)。作為下一代高速信號互連的熱門信號傳輸技術(shù)，PAM4信號比傳統(tǒng)NRZ（Non-Return-to-Zero）信號多了兩個(gè)電平：NRZ信號采用高、低兩種信號電平表示數(shù)字邏輯信號的1、0，每個(gè)周期可以傳輸1bit的邏輯信息；PAM4信號則采用4個(gè)不同的信號電平進(jìn)行信號傳輸，即00、01、10、11，每個(gè)周期可以傳輸2bit的邏輯信息。因此，在相同符號周期內(nèi)，PAM4信號的比特速率是NRZ信號的兩倍。PAM4是目前性價(jià)比最高的方案。全球帶寬市場仍處于大規(guī)模需求增長階段，這對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的信號傳輸能力提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的NRZ信號在龐大的帶寬需求下遭遇了傳輸效率瓶頸，PAM4信號技術(shù)作為另一種較為成熟的信號傳輸技術(shù)，恰巧在信號傳輸效率方面彌補(bǔ)了NRZ信號的缺點(diǎn)，并在滿足日益增長的帶寬需求的同時(shí)，保持著較低的建設(shè)成本。LPO光模塊的構(gòu)成和技術(shù)原理雖然DSP具有數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)功能和色散補(bǔ)償功能，能夠以較低的誤碼率實(shí)現(xiàn)信號恢復(fù)，但它也帶來了較高的功耗和成本開銷。例如，在400G光模塊中，用到的7nmDSP，功耗約為4W，占到了整個(gè)模塊功耗的50%左右。從成本的角度來看，400G光模塊中，DSP的BOM（BillofMaterials，物料清單）成本約占20-40%。為了降低功耗和成本，并滿足高速、高密度光通信連接以及光網(wǎng)絡(luò)靈活性和可升級性的需求，LPO（線性驅(qū)動(dòng)可插拔光學(xué)模塊）應(yīng)運(yùn)而生。LPO技術(shù)采用了線性直驅(qū)的方式，將DSP替換為具有高線性度的Driver（驅(qū)動(dòng)芯片）和TIA（Trans-ImpedanceAmplifier，跨阻放大器），并分別集成CTLE（ContinuousTimeLinearEqualization，連續(xù)時(shí)間線性均衡）和EQ（Equalization，均衡）功能，從而大大降低了功耗和延遲。二、LPO光模塊行業(yè)分析市場規(guī)模由于智算中心的建設(shè)，光模塊市場將成為一個(gè)重要的增長點(diǎn)，預(yù)計(jì)在技術(shù)層面和需求層面將帶來深刻的變革。受益于不斷發(fā)展的應(yīng)用場景和快速增長的市場需求，據(jù)LightCounting預(yù)測，未來5年光模塊市場總量仍將保持持續(xù)增長勢頭。光通信行業(yè)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)LightCounting預(yù)計(jì)，傳統(tǒng)的可插拔模塊將在未來5年甚至更長時(shí)間內(nèi)繼續(xù)主導(dǎo)市場。預(yù)計(jì)業(yè)內(nèi)將在2024年底首次部署LPO光模塊。到了2026年-2028年，LPO/CPO端口將占到800G和1.6T總部署端口的30%以上。預(yù)計(jì)LPO光模塊出貨量從2023年的1.31萬件增長到2028年的418萬件，CAGR可達(dá)217%。預(yù)計(jì)800G及以上速率LPO光模塊出貨量占比預(yù)計(jì)從2023年的3%增長到2028年的19%。競爭格局光通信行業(yè)知名市場機(jī)構(gòu)LightCounting公布了最新版2022年全球光模塊TOP10榜單。榜單顯示，中國光模塊廠商強(qiáng)者愈強(qiáng)，一共7家入圍，海外僅剩3家在榜單上。2022年，旭創(chuàng)科技（排名并列第1）、華為（排名第4）、光迅科技（排名第5）、海信寬帶（排名第6）、新易盛（排名第7）、華工正源（排名第8）、索爾思光電（排名第10）入圍。值得一提的是，索爾思光電被中國公司收購，故本期已是中國光模塊廠商。中國光模塊廠商的國際競爭力大大提高，光模塊行業(yè)呈現(xiàn)強(qiáng)者愈強(qiáng)的局面，行業(yè)集中度和規(guī)模競爭力優(yōu)勢不斷提升。硅光、CPO、LPO等前沿技術(shù)有望成為未來競爭著力點(diǎn)，二線廠商有望在新技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)趕超。LPO和CPO的功能對比CPO：（Co-PackagedOptics）是指把光引擎和交換芯片共同封裝在一起的光電共封裝，沒有采用可插拔光模塊的形式，這種方式能夠使得電信號在引擎和芯片之間更快的傳輸，縮短了光引擎和交換芯片間的距離，有效減少尺寸，降低功耗，提高效率。英偉達(dá)架構(gòu)英偉達(dá)的AI數(shù)據(jù)中心中，采用了胖樹（fat-tree）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)無阻塞的功能。AI數(shù)據(jù)中心光模塊需求提升。在英偉達(dá)DGXA100SuperPOD的AI數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，三層交換機(jī)全部為NvidiaQuantumQM8790的40端口交換機(jī)。第一層交換機(jī)與1120張MellanoxHDR200GInfiniband網(wǎng)卡連接；第二層交換機(jī)下傳端口與第一層相連，上傳端口與第三層互聯(lián)；第三層交換機(jī)只有下傳端口，與第二層相連。此外，存儲(chǔ)側(cè)獨(dú)立組網(wǎng)，與計(jì)算側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分開，也需要一定數(shù)量的交換機(jī)和光模塊。因此，相比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，AI數(shù)據(jù)中心中的交換機(jī)及光模塊數(shù)量大幅提升。英偉達(dá)主流使用400G光模塊和800G光模塊。英偉達(dá)的A100GPU主要對應(yīng)200G光模塊，H100GPU可以對應(yīng)400G或800G光模塊。每個(gè)A100GPU配一張MellanoxHDR200Gb/sInfiniband網(wǎng)卡，每個(gè)H100GPU配一張MellanoxNDR400Gb/sInfiniband網(wǎng)卡。英偉達(dá)在H100SuperPOD的設(shè)計(jì)中，采用了800G的光模塊，在光口采用1個(gè)800G光模塊可以替代2個(gè)400G光模塊，在電口也可以將8個(gè)SerDes通道進(jìn)行整合，與光口的8個(gè)100G通道一一對應(yīng)。這種設(shè)計(jì)下，交換機(jī)的通道密度提高，物理尺寸顯著降低。三、LPO光模塊重點(diǎn)公司分析劍橋科技：全球領(lǐng)先的ICT設(shè)備供應(yīng)商上海劍橋科技股份有限公司是一家立足于中國，服務(wù)于全球ICT行業(yè)的新型企業(yè)。公司憑借完備而雄厚的研發(fā)能力和先進(jìn)的智能制造能力雙引擎，公司現(xiàn)已成為一家集杰出研發(fā)能力、大規(guī)模生產(chǎn)制造和良好品牌形象于一體的高新技術(shù)企業(yè)及為全球ICT產(chǎn)業(yè)提供ODM/JDM/OEM的設(shè)備廠商。作為科技創(chuàng)新型企業(yè)，劍橋科技在不斷發(fā)展壯大的同時(shí)，把自身視為是社會(huì)整體與自然環(huán)境的一部分，將社會(huì)責(zé)任與企業(yè)文化融合，將可持續(xù)發(fā)展作為公司運(yùn)營的發(fā)展戰(zhàn)略，秉承以人為本、科技創(chuàng)新、造福社會(huì)，以期成為可持續(xù)發(fā)展的智能化公司。公司主要從事家庭、企業(yè)及工業(yè)應(yīng)用類ICT終端設(shè)備、高速光組件和高速光模塊、5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三大領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。目前產(chǎn)品包括電信寬帶終端、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能家庭網(wǎng)關(guān)、Wi-FiMesh終端、數(shù)據(jù)交換機(jī)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)硬件、高速光組件和高速光模塊、4G/5G無線網(wǎng)絡(luò)小基站等八大品類。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用到世界各國主流電信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)。新易盛：世界一流的高速光收發(fā)模塊制造商成都新易盛通信技術(shù)股份有限公司為中外合資企業(yè)，是中國光模塊及子系統(tǒng)全方位定制化產(chǎn)品和專業(yè)化系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商。公司成立于2008年，主要產(chǎn)品為點(diǎn)對點(diǎn)光模塊和PON光模塊，產(chǎn)品規(guī)格超過3000種。經(jīng)過多年的發(fā)展和積累，公司擁有國內(nèi)外客戶300多家，產(chǎn)品銷往歐洲、北美、亞洲等60多個(gè)國家和地區(qū)。近年來，公司積極進(jìn)行全球布局，國際化的視野將加速企業(yè)未來發(fā)展。成都新產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目火熱建設(shè)中，預(yù)計(jì)2023年建成投產(chǎn)，總投資近18個(gè)億，建筑面積達(dá)8萬多平米！美國全資子公司，深入?yún)⑴c硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技術(shù)的市場競爭，行業(yè)前沿技術(shù)不斷突破！泰國全資子公司，海外制造迅速布局，研產(chǎn)銷體系優(yōu)化升級，多維度滿足客戶需求。公司專注耕耘光通信領(lǐng)域20余年，產(chǎn)品技術(shù)迭代一直處于行業(yè)領(lǐng)先地位。2023年上半年，公司推出行業(yè)前沿產(chǎn)品800G線性驅(qū)動(dòng)可插拔光學(xué)器件（LPO）及基于單波200G光器件的1.6T和800G光模塊，同時(shí)是國內(nèi)少數(shù)實(shí)現(xiàn)批量交付運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心市場的100G、200G、400G、800G高速光模塊的企業(yè)，并已成功研發(fā)出涵蓋5G前傳、中傳、回傳的25G、50G、100G、200G系列光模塊產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)批量交付，更高速率的800G光模塊產(chǎn)品組合及基于硅光解決方案的400G光模塊產(chǎn)品也已成功推出。而隨著核心技術(shù)的不斷更新迭代，公司將進(jìn)一步參與數(shù)據(jù)中心、人工智能AI和機(jī)器學(xué)習(xí)ML的市場競爭。中際旭創(chuàng)：專業(yè)的高速光模塊解決方案提供商中際旭創(chuàng)股份有限公司是一家專業(yè)的高速光模塊解決方案提供商，是集高端光通信收發(fā)模塊的研發(fā)、設(shè)計(jì)、封裝、測試和銷售于一體的技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)。2017年，中際旭創(chuàng)正式登陸創(chuàng)業(yè)板。近年來，中際旭創(chuàng)保持著良好的營收表現(xiàn)和出色的資本運(yùn)作能力，發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢，整合產(chǎn)業(yè)資源，不斷加強(qiáng)光電產(chǎn)業(yè)全鏈條投資布局。公司深耕光通信收發(fā)模塊及光器件的研發(fā)與制造，產(chǎn)品成功進(jìn)入全球主流市場被多家業(yè)界頂級客戶廣泛應(yīng)用。公司創(chuàng)立至今，載譽(yù)前行，未來將繼續(xù)致力于通過創(chuàng)新制造具有卓越性能的優(yōu)質(zhì)