AI算力系列之硅光：未來之光趨勢已現(xiàn)

證券研究報告行業(yè)報告|行業(yè)深度研究2024年08月08日AI算力系列之硅光：未來之光，趨勢已現(xiàn)分析師唐海清SAC執(zhí)業(yè)證書編號：S1110517030002分析師康志毅SAC執(zhí)業(yè)證書編號：S1110522120002分析師王奕紅SAC執(zhí)業(yè)證書編號：S1110517090004行業(yè)評級：強于大市（維持評級）請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明上次評級：強于大市請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明硅光集成度不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域也在擴大：硅光技術(shù)是以硅和硅基襯底材料作為光學(xué)介質(zhì)，通過CMOS集成電路工藝制造相應(yīng)的光子器件和光電器件，以實現(xiàn)其在光通信、光傳感、光計算等領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。硅光子集成度不斷提升，集成數(shù)數(shù)通光模塊是硅光芯片最主要的應(yīng)用方向：2022年-2028年硅光芯片市場復(fù)合年均增長率為44%，是用于高速數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和機器學(xué)習(xí)光模塊，數(shù)通光模塊的應(yīng)用占硅光芯片市場應(yīng)用硅光相比傳統(tǒng)模塊具備優(yōu)勢，未來高速增長：相較傳統(tǒng)分立光模塊，硅光模塊還擁有成本低、功耗低、兼容CMOS工藝、集成度高的優(yōu)勢。QYResearch調(diào)研團(tuán)隊預(yù)計2029年全球硅光模塊市場規(guī)模將國內(nèi)廠商積極布局硅光模塊：目前硅光模塊市場中，建議關(guān)注：中際旭創(chuàng)、新易盛、天孚通信、源杰科技（與電子團(tuán)隊聯(lián)合覆蓋）風(fēng)險提示：人才及技術(shù)更新風(fēng)險；下游需求不達(dá)預(yù)期風(fēng)險；競爭導(dǎo)致毛利率下降風(fēng)險；技術(shù)迭代的風(fēng)險；硅光模塊良率不2請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明21.硅光技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域2.硅光份額市場不斷擴大，國內(nèi)廠商積極布局3.硅光模塊產(chǎn)業(yè)鏈分析4.建議關(guān)注的上市公司3請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明31硅光技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域4請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明41.1.硅光技術(shù)是什么相應(yīng)的光子器件和光電器件（包括硅基發(fā)光器件、調(diào)制器、探測器、光波導(dǎo)器件等并利用這些器件對光子進(jìn)行發(fā)射請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：CASVC國科創(chuàng)投公眾號，國際電子商情公眾號，天風(fēng)證券研究所51.2.硅光子技術(shù)發(fā)展歷程u從1969年美國貝爾實驗室提出集成光學(xué)開始，到預(yù)計將通過光電一體技術(shù)融合，實現(xiàn)光電全集成融合；第四階段，器件分解為多個硅單元排列組合，矩陣化表征類，通圖：硅光子技術(shù)演進(jìn)階段請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：集微咨詢，天風(fēng)證券研究所61.3.硅光子集成度提升，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展基于微環(huán)調(diào)制器的收發(fā)器也體現(xiàn)了PIC技術(shù)的多路復(fù)用和能效優(yōu)勢。硅光子/電子平臺中的相干收發(fā)器證明，該技術(shù)可以在性能上與LiNbO3光子和III-V族電子媲美。除了單片集成同一襯底上集成單片集成同一襯底上集成硅基光子集成混合集成襯底包含不同體系材料探測器+電芯探測器+電芯片探測器+調(diào)制器+合波器+電芯片系統(tǒng)級集成芯片激光器陣列探測器陣列調(diào)制器陣列耦合器陣列激光器+調(diào)制器激光器+電芯片波導(dǎo)光柵陣列探測器+合波器+電芯片圖：硅光子集成電路（PIC）上組件數(shù)量的時間線請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：arXiv，集微咨詢，信息與電子工程前沿FITEE公眾號，天風(fēng)證券研究所71.4.硅光應(yīng)用市場不斷擴大2022年-2028年的復(fù)合年均增長率為44%。推動這一增長的主要因素是用于圖：2022-2028年硅光芯片按不同應(yīng)用的銷售額請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：Yole，中研網(wǎng)，天風(fēng)證券研究所81.5.光模塊中硅光及薄膜鈮酸鋰的份額將呈上升趨勢乎為零增長到2029年的7.5億美元。傳統(tǒng)圖：光模塊中激光器及光子集成電路PIC的銷售收入情況注：SiliconPhotonics為硅光；InP為磷化銦；GaAs為砷化鎵；TFLN為薄膜鈮酸鋰；LiNbO3bluk為體材料鈮酸鋰。請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：LightCounting，天風(fēng)證券研究所91.6.CPO光電共封裝uuu硅光技術(shù)既可以用在傳統(tǒng)可插拔光模塊中，也可以800G傳輸速率下硅光封裝滲透率會有提升，而CPO方案則更多的是技術(shù)探索。但是從1.6T開始，傳統(tǒng)可插拔速率升級或達(dá)到極限，后圖：CPOvs可插拔光模塊請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察公眾號，前瞻經(jīng)濟學(xué)人，天風(fēng)證券研究所102硅光份額市場不斷擴大，國內(nèi)廠商積極布局請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明2.1.硅光模塊與傳統(tǒng)光模塊區(qū)別），鏡、對準(zhǔn)組件、光纖端面等器件，最終實現(xiàn)調(diào)制器、接收器以及無源光學(xué)u硅光模塊所使用的硅光子技術(shù)是利用C點，亦是它與普通光模塊最大的區(qū)別。硅光模塊芯片通過硅晶圓圖：硅光芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：100G請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：集微咨詢，智研咨詢，F(xiàn)S，天風(fēng)證券研究所122.2.硅光模塊的優(yōu)勢高，與CMOS工藝(集成電路工藝)不兼容，其襯底材料每2.6年才翻一倍。而Si硅光器件，采用COMS工藝實現(xiàn)無源光電子器件和集成電路單片集成，可大規(guī)模集成，具有高密度的優(yōu)勢，圖：傳統(tǒng)光模塊與硅光模塊的優(yōu)缺點傳統(tǒng)光模塊硅光模塊優(yōu)點2、低速傳輸有成本優(yōu)勢；3、易于和其他光傳輸系統(tǒng)集1、高集成度：基于CMOS工藝，調(diào)制器2、突破單通道光芯片速率瓶頸，高速傳3、硅基襯底成本下降空間大。缺點2、分立式結(jié)構(gòu)，封裝成本高1、硅波導(dǎo)和光纖耦合效率低，損耗較大，2、硅基上集成Ⅲ-V族化合物材料，兩種材料兼容性較差，硅光芯片晶圓良率較低；3、400G前無成本優(yōu)勢。圖：400G普通光模塊與硅光模塊指標(biāo)請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：集微咨詢，芯語，F(xiàn)S，天風(fēng)證券研究所132.3.硅光模塊的市場規(guī)模將達(dá)到57.1億美元，未來幾年年復(fù)合增長率CAGR為35圖：2018-2029年全球硅光模塊市場規(guī)模（百萬美元）請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：QYResearch，天風(fēng)證券研究所142.4.硅光全球產(chǎn)業(yè)鏈布局u與電芯片相似，硅光芯片的產(chǎn)業(yè)鏈上游為晶圓、設(shè)備材料、EDA軟件等企分公司如Intel、ST等為IDM企業(yè)，可實現(xiàn)從硅光芯片設(shè)計、制造到模塊集成的全流程；下游則主要包括通信設(shè)備市場、電信市場和數(shù)通市場（數(shù)據(jù)中心通信市場）。隨著硅光市場規(guī)模逐漸擴大，傳統(tǒng)光模塊廠商也在通過自研/并購切入硅光設(shè)計領(lǐng)域。請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：集微咨詢，愛集微，天風(fēng)證券研究所152.5.硅光模塊的市場份額及中國廠商積極布局硅光模塊進(jìn)展新易盛光迅科技博創(chuàng)科技銘普光磁亨通光電公司已有1.6T的硅光解決方案和自研硅光芯片，正處于市場導(dǎo)入階段。公司目前確有400G和800G的硅光產(chǎn)品出貨并預(yù)計會持續(xù)上量。境外子公司Alpine為公司在硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技術(shù)方向提供技術(shù)支持和供應(yīng)鏈保證。公司已在硅光產(chǎn)品方向做了充分的布局，在400G相關(guān)產(chǎn)品端已實現(xiàn)量公司聯(lián)合思科推出的1.6TOSFP-XD硅光模塊，是日常所說的800G/1.6T光模塊的解決方案之一，此方案采用每通道200Gb/s配置。公司200G\400G\800G硅光芯片已具備批量能力，正逐步應(yīng)用于公司公司基于硅光子技術(shù)的400G-DR4硅光模塊已實現(xiàn)量產(chǎn)出貨。公司正在研發(fā)800G硅光模塊。公司硅光800GDR8光模塊已通過行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)，目前在PVT階段。公司目前1.6T的研究開發(fā)尚屬于早期階段。公司推出了量產(chǎn)版的400G硅光模塊，客戶端的測試認(rèn)證正在進(jìn)行。公司曾在2021年成功推出3.2TCPO工作樣機，由于技術(shù)迭代，目前尚在進(jìn)一步研發(fā)過程中。請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：YOLE，CIOE中國光博會公眾號，wind，天風(fēng)證券研究所163硅光模塊產(chǎn)業(yè)鏈分析請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明3.1.硅光模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)（以Intel100G產(chǎn)品為例）圖：Intel100GCWDM4硅光模塊的內(nèi)請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：訊石光通訊網(wǎng)，天風(fēng)證券研究所183.2.硅光模塊-硅光芯片案為混合集成方案，主要是光芯片仍使用傳統(tǒng)的三五族材料，采用分立貼裝或晶圓鍵合等不同方式將三五族的激光器與請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：天堂硅谷，天風(fēng)證券研究所193.2.硅光模塊-硅光芯片中兩種常見的調(diào)制方式制機制是等離子色散效應(yīng)：外加電場作用改變圖：微環(huán)諧振腔（MRR）型電光調(diào)制器請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院，天風(fēng)證券研究所203.3.硅光模塊-CW光源u連續(xù)波激光器又稱CW激光器，指擁有穩(wěn)定工作狀態(tài)，可發(fā)出連寬工作溫度的性能指標(biāo)，對激光器芯片要求更高。目前絕大多數(shù)硅請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：激光制造網(wǎng)，中研網(wǎng)，源杰科技，marvell，Lumentum，天風(fēng)證券研究所213.4.硅光模塊-CW光源的幾種耦合方案u由于硅材料自身無法發(fā)光，光源是硅光技術(shù)需要解決的首要問題質(zhì)集成這三種方案：對應(yīng)圖a、圖b、圖e圖：激光器附加到硅光子集成電路的6種技術(shù)請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：Roadmappingthenextgenerationofsiliconphotonics（SudipShekhar等天風(fēng)證券研究所223.5.硅光模塊-耦合及封裝設(shè)備傳統(tǒng)的光模塊采用自由空間的設(shè)計方式，對于封裝耦合的精度要求較硅基光電子技術(shù)面臨不少難點，其中包括光纖和波導(dǎo)的高效耦合、封裝。硅光模塊集成度高，封裝難度大，其耦合對準(zhǔn)與圖：ficonTEC部分的主要產(chǎn)品請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：羅博特科增發(fā)報告書，ficonTEC，天風(fēng)證券研究所234建議關(guān)注的上市公司請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明4.1.硅光模塊-中際旭創(chuàng)圖：公司季度收入、凈利潤及增速（億元）圖：2023年公司收入48.43單季收入同比增長單季歸母凈利潤同比增長4%3%2%4%91%u25G/100G/400G光模塊a10G/40G光模塊u汽車光電子u光組件請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，wind，天風(fēng)證券研究所254.2.硅光模塊-新易盛u公司境外子公司Alpine為公司在硅光模塊、相干光模塊以及硅光子芯片技圖：公司季度收入、凈利潤及增速（億元）4.002.00201%7.827.0485%-5%-16%-45%-19%-53%83%2.596.003.251Q232Q233Q234Q231Q24單季收入單季歸母凈利潤單季收入同比增長單季歸母凈利潤同比增長-50%-100%請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，天風(fēng)證券研究所264.3.硅光光引擎及器件-天孚通信圖：公司季度收入、凈利潤及增速（億元）8.007.006.005.004.003.002.000.007.327.32203%203%5.422.9195%2.0374%0.9228%2%60%2.872.793.771Q232Q233Q234Q231Q24單季收入單季歸母凈利潤單季收入同比增長單季歸母凈利潤同比增長250%200%38.5%61.0%50%0%光無源器件光有源器件請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，天風(fēng)證券研究所274.4.硅光CW光源-源杰科技u公司CW大功率激光器芯片在客戶端測試順利，第二季度已經(jīng)進(jìn)入了小批量生產(chǎn)出貨階段，預(yù)計今80%60%40%20%0%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%-80%-100%-120%0.700.600.500.400.300.200.100.00-0.100.6072%72%0.510.350.32-11%-59%0.08-55%-0.02-92%4Q230.12-50%-41%2Q233Q23-43%-70%0.260.110.02單季收入單季收入同比增長-107%單季歸母凈利潤單季歸母凈利潤同比增長3.3%3.3%4.6%92.1%u電信市場類技術(shù)服務(wù)及其他u數(shù)據(jù)中心類及其他請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，天風(fēng)證券研究所284.5.硅光CW光源及組件-仕佳光子圖：公司季度收入、凈利潤及增速（億元）2.502.000.500.00-0.502.112.13364%-22%-24%-17%-129%-245%0.08-0.203Q234Q231Q24-0.10-114%-556%-0.1533%-2%600%400%200%0%-200%-400%-600%-800%單季收入單季歸母凈利潤單季收入同比增長單季歸母凈利潤同比增長請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，天風(fēng)證券研究所294.6.硅光耦合及封裝設(shè)備-羅博特科激光雷達(dá)、大功率激光器、光學(xué)傳感器、生物傳感器的晶圓測試、超高精度晶圓貼裝、耦合封裝等領(lǐng)域。尤其是，在硅光、CPO及LPO耦合、封裝測試方面，ficonTEC作為全球領(lǐng)先的技術(shù)圖：公司季度收入、凈利潤及增速（億元）6.004.002.004.533.6978%2.5939%45%31%2%0.06-38%44%4.912.630.170.450.110.041Q232Q233Q234Q231Q單季收入單季歸母凈利潤單季收入同比增長單季歸母凈利潤同比增長-50%95.2%自動化設(shè)備智能制造系統(tǒng)其他主營業(yè)務(wù)請務(wù)必閱讀正文之后的信息披露和免責(zé)申明資料來源：choice，天風(fēng)證券研究所