光通信产业深度研究报告:技术迭代重塑价值分布,能力复用穿越产业周期(附下载)

AI 集群扩容推动光互联由速率升级向架构演进延伸，光连接应用范围持续扩大。AI 集群由单机向机柜级及多机柜系统扩展，GPU 间通信带宽与交换网络端口密度持续提高，推动光互联沿单通道速率、封装形态和网络架构三个方向演进。速率端由100G/lane 向200G/lane 及更高规格升级，对光源、调制器、电芯片及测试设备提出更高性能要求；封装端由传统可插拔向NPO/CPO 延伸，光电转换逐步靠近交换ASIC；网络端Scale-up 由机柜内铜互连向多机柜铜光混合互连扩展，进一步增加机内及机柜间光连接需求。光互联架构升级推动产业价值重新分配，高难度器件及制造环节的长期重要性提升。速率提升、光电共封装和Scale-up 光化共同改变光互联系统的器件规格与BOM结构。硅光渗透提高连续波光源及光子集成器件需求，NPO/CPO 推动光引擎、精密耦合及光纤连接向系统内部延伸，高密布线和测试工序前移进一步增加精密连接及先进封装设备价值。长期价值主要体现于两类环节：一是跨不同技术形态持续存在、且制造难度随速率与集成度提高的光源、精密耦合及测试等环节；二是随着新型架构渗透而增加用量或规格的高密连接、特种光纤及相关封装组件。传统可插拔光模块仍具有较大市场规模，其长期竞争更依赖企业持续完成产品代际升级及向新型光互联形态延伸的能力。2026H1 高规格产品放量推动部分公司盈利改善，产品结构、客户拓展及制造效率带来经营表现分化。源杰科技高功率CW 规模交付带动数据中心业务收入和毛利率提升；中际旭创、新易盛800G 持续增长、1.6T 进入规模交付，产品结构升级和规模制造推动盈利改善；天孚通信高价值无源器件收入与毛利率同步提高，有源业务则受到关键物料供给约束；联讯仪器65GHz 示波器、1.6T 及硅光相关测试设备放量。长光华芯高速EML、太辰光高密连接、仕佳光子高速连接产品及罗博特科量产封装设备亦取得不同程度的商业化进展。各公司收入和利润变化同时受到供需涨价、汇率、扩产及非经营损益影响，其中由产品升级、客户导入和制造效率改善带来的盈利增长，更能体现企业自身经营能力的变化。历史产品迭代与当前产业卡位共同体现公司竞争力，下一代布局进一步拓展产品与客户覆盖。高速光模块领域，中际旭创、新易盛依托多代高速产品开发、客户合作和规模制造能力，持续推进下一代高速光互联产品；精密光器件领域，天孚通信由基础无源器件向高精度光学组件、有源光引擎及光电封装延伸；高速光芯片领域，源杰科技、长光华芯分别依托InP 制造平台推进高功率CW 与高速EML 产品升级；高密连接领域，太辰光、仕佳光子持续扩展高规格连接产品，长飞光纤则依托材料及拉丝平台推进特种光纤产业化；测试与封装设备领域，联讯仪器、罗博特科分别通过高速测试产品升级和标准化量产设备交付拓展业务；光迅科技、东山精密则依托光芯片、器件及模块协同布局，提高高速产品的核心器件供应与联合开发能力。

1 技术迭代重塑光互联产业价值分布

1.1 AI 集群持续扩容，光互联由机柜间向机内延伸

AI 集群规模持续扩大，通信开销上升使互联性能逐步成为影响系统有效算力的重要约束。分布式训练需要在GPU之间持续进行梯度、参数及中间数据交换，All Reduce、All Gather、 Reduce Scatter 等集合通信贯穿模型训练过程。随着GPU数量增加以及张量并行、流水线并行等并行方式扩展，跨GPU数据交换规模同步上升，网络带宽不足或时延增加均会延长通信等待时间、降低集群有效利用效率。算力系统由单机向机柜级、万卡级及更大规模扩展后，网络由配套资源逐步转变为系统性能的重要约束，交换、传输及连接环节的需求随集群规模同步增长。 AI 集群互联主要包括 Scale-up 与 Scale-out 两类网络，对带宽、时延和扩展距离的要求存在明显差异。Scale-up 面向同一计算域内 GPU 之间的高速互联，强调高带宽、低时延和高通信效率；以NVIDIA体系为例，NVLink与NVSwitch构成GPU间Scale-up网络，Vera Rubin NVL72 通过 NVLink 6 连接 72 颗 GPU，机架级带宽达到260TB/s，每颗 GPU 双向 NVLink 带宽达到3.6TB/s，较上一代提升一倍。Scale-out则负责不同服务器、机柜及计算域之间的横向扩展，主要采用Ethernet 或 InfiniBand 承载更大规模的集群通信，对端口数量、传输距离、拥塞控制及网络扩展能力提出更高要求。随着Scale-up域进一步扩大，两类网络的物理边界也在发生变化，Scale-up正在由单机柜向多机柜延伸。

带宽密度与功耗约束推动光互联由跨机柜连接进一步向交换机内部及多机柜 Scale-up 网络延伸。在交换网络侧，CPO将光引擎与交换ASIC进行共封装，缩短高速电信号传输距离，光电转换位置由前面板可插拔模块进一步向交换芯片靠近；NVIDIA 已在 Spectrum-X 与Quantum-X Photonics 交换平台中导入CPO。在Scale-up网络侧，Vera Rubin Ultra NVL576 进一步将8个机柜纳入统一的576 GPU NVLink域，并在机柜间引入直接光连接，光互联开始由传统Scale-out 网络向高带宽 Scale-up 场景扩展。光电转换位置和应用边界持续变化，也使产业价值由单一可插拔光模块进一步向光芯片、光引擎、光纤连接、精密耦合及测试等环节延伸。

1.2 从电信号到光信号：高速光互联系统的核心组件

高速光互联系统可以沿信号传输路径与器件制造过程拆分为发射、接收、连接和制造测试四个环节。发射端负责将交换芯片输出的高速电信号转换为光信号，接收端完成光信号向电信号的恢复，两者共同构成光电转换链路；连接环节位于光芯片、光纤及系统端口之间，承担光信号的耦合、传输和高密度布线。制造与测试虽然不直接参与信号传输，但贯穿衬底、外延、晶圆、芯片封装及成品形成全过程，直接影响器件性能、生产良率及规模化交付能力。

发射端完成电信号向光信号的转换，主要由数字信号处理器（DSP）、驱动芯片（Driver）、光源、调制器及光子集成芯片（PIC）构成。交换芯片输出的高速电信号经高速串行器/解串器（SerDes）进入光模块后，由DSP完成均衡、时钟恢复、前向纠错（FEC）及信号处理，再通过 Driver 驱动调制器，将电信号加载至光载波。当前高速单模光模块主要形成电吸收调制激光器（EML）和硅光两类发射方案：EML基于磷化铟（InP）材料，将分布反馈式激光器（DFB）与电吸收调制器集成于同一芯片，由DFB产生连续光、调制器完成高速调制，是当前数据中心高速单模光模块的重要技术路线；硅光方案则将调制器、波导、复用器等功能集成于硅光PIC，由外部连续波分布反馈激光器（CW DFB）提供光源，调制功能在PIC 内部完成，光源与调制器相互分离。垂直腔面发射激光器（VCSEL）主要与多模光纤配套，用于数据中心内部数十米至百米级短距互联；面向更高单通道速率，差分 EML、薄膜铌酸锂（TFLN）及高带宽硅光调制器等技术路线仍在持续演进。

接收端完成光信号向电信号的恢复，主要由PIC、光电探测器（PD）、跨阻放大器（TIA）及DSP 构成。光信号经光纤传输进入接收端后，首先耦合进入PIC，多波长信号通过解复用器分离至不同接收通道，再由PD完成光电转换，将光信号转换为微弱电流；TIA进一步完成跨阻放大，将电流信号转换为后级电路能够处理的电压信号，DSP 随后完成均衡、时钟恢复、解码及FEC纠错，并将恢复后的高速数字信号送回交换芯片SerDes。PD主要包括 PIN 型光电探测器和雪崩光电二极管（APD），高速数据中心短距及中距场景以高速PIN探测器应用更为普遍。发射端与接收端共同决定光链路的带宽、灵敏度、噪声和误码性能。

连接环节承担光芯片与光纤之间的精密耦合，以及模块、交换机和机柜内部的光纤传输与高密度布线，主要包括耦合器件、光纤和连接器三类产品。光芯片波导与光纤之间需要通过光纤阵列单元（FAU）、透镜等器件完成精密耦合，其中FAU利用V型槽对多根光纤进行阵列化固定，并与PIC光口进行高精度对准，透镜用于光束准直和聚焦，隔离器用于降低反射光对激光器的影响。完成芯片端耦合后，光信号通过单模、多模或保偏光纤（PMF）进行传输，并由MT多芯插芯及多芯推拉式连接器（MPO）、微型多芯连接器（MMC）等完成设备之间的高密度插接；在CPO等高密度系统中，大量光纤进一步进入交换机内部， Shuffle 光纤管理组件负责不同光引擎和面板端口之间的光纤排列与路由。连接环节由此形成从芯片光口、光纤传输到设备端口的完整物理通路。

制造与测试贯穿光器件由材料到成品的形成过程，主要包括材料与晶圆制造、光电封装和性能测试三个阶段。InP光芯片通常由衬底开始，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）完成外延材料生长，再经过光刻、刻蚀、电极等晶圆工艺形成激光器、调制器及探测器结构；硅光PIC则主要采用硅基晶圆工艺形成波导、调制器和复用器等光学结构。晶圆加工完成后，芯片经过晶圆级测试和切割进入封装环节，并以已知良品裸片（KGD）、芯片载板封装（CoC）等形态进入后续光电集成。封装阶段需要完成芯片贴装、电连接及光纤耦合，其中主动对准设备通过实时监测光功率确定芯片与光纤之间的最佳耦合位置；产品完成组装后，还需要通过误码率、眼图、发送色散眼图闭合度（TDECQ）及老化等测试验证高速性能和长期可靠性。随着光模块和光引擎集成度提高，测试逐步由成品终测延伸至晶圆、裸片及封装中间环节。