硅光技术，既有当下又有大未来

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分类：行业洞察
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发布时间：2022-01-24
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一、何为硅光技术

硅光技术是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术，利用基于硅材料的CMOS微电子工艺实现光子器件的集成制备，该技术结合了CMOS技术的超大规模逻辑、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。

硅光技术将原本分离器件众多的光、电元件缩小集成至一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。相比较传统的分立器件光模块，硅光子器件集成度更高（不再需要ROSA和TOSA封装）更加适应未来高速流量传输处理需要。与此同时，更紧密的集成方式降低了光模块的封装和制造成本。

分立元件光模块与硅光单片集成芯片对比:光模块元器件数量大幅减少/华西证券

二、数据流量高速增长不断对光通信性能提出更高要求

全球数据中心流量从2016年的6.8 ZB增长到2021年的20.6ZB，网络流量每9-12个月翻一番，光通信设备每 2-3 年升级一次。

数据时代流量迅速增长对光通信性能提出更高要求，要求光通信行业做出变革，提高光通信产品的适应性和技术性。

全球移动数据增长2017-2022、博通交换机芯片数据处理能力每2年翻一番、海外互联网厂商资本开支/华西证券

三、分离器件光模块技术提升带宽已逼近极限，硅光技术则性价比提升

光模块提升带宽的方法有两种，其一，提高每个通道的比特速率，提升比特速率有两个方法：（1）直接提升波特率；（2）保持波特率不变，使用复杂的调制解调方式（如PAM4、QPSK，QAM16，QAM64等）。其二，增加通道数，增加通道数量也包括两种方法：（1）提升并行光纤数量；（2）采用波分复用（CWDM、DWDM）。

在千兆、万兆时期，技术瓶颈还没到，直接就可以提升波特率，但到了10G以上，无论是电还是光，提升波特率变得越来越难，10G到40G，提升的是通道数，从40G到100G，提升的是单通道的波特率（光芯片升级10G-25G）。而从100G到400G：采用了PAM4等更高的调制方式。

而超大规模云数据中心对400 Gb/s及以上光网络连接的需求，正不断挑战分离器件光模块技术的性能极限。具体而言则如下：

（1）三五族半导体激光调制间距受限，50Gbps成为成为单通道传输速率瓶颈

（2）随着速率提高，光芯片成本递增，电芯片DSP复杂度提高

（3）分立器件尺寸受限，集成度成最大问题

硅光模块在高速率下，仍具有器件小、稳定性强和硅材料能耗低的特性，较传统光模块具有一定优势，因此硅光方案被相当一部分数据中心所采用，硅光产业随即得到发展。

硅光模块需求的不同因素

四、未来3-5年硅光市场规模将加速增长，预计2026年达60亿美元

咨询机构LightCounting对光收发器、AOC(有源光缆)、EOM(嵌入式光模块)和CPO(共封装光学)预测显示，从2016年开始，基于硅光的产品所占的份额开始上升。从2018年开始，硅光市场增长速度加快，2018-2019增速为14%，2019-2025年预计复合增长接近45% 。预计到2026年硅光（包括共封装光学器件）市场份额将超过50%，其市场规模将达到60亿美元。

光模块市场状况(亿美元)、光模块市场状况(百万美元)/华西证券

五、硅光技术是后摩尔时代核心技术，其非通信市场想象空间更大

目前由于硅光发展不成熟，硅光子产业链没有像微电子产业一样完全形成Foundry厂与硅光设计公司分开的产业格局，且硅光子集成度不高，硅光器件的IP没有完全形成与成熟，所以光器件也一般由Fabless自行设计。

未来随着硅光子集成度增加，硅光子Foundry服务提供商将完备提供包括先进光电器件（调制器和探测器等）的 PDK，用户可以利用这些元器件设计出更高性能的器件或者包含更多元器件的复杂硅基光子集成系统芯片。硅光子产业将遵循着微电子产业链发展的轨迹，产业链逐渐分化，Fabless商业基础将会初步形成。届时硅光子电路设计公司仅需关注其应用需求进行线路设计仿真即可，将会促进硅光在包括除了在光通信以外的片上光互连，光传感，激光雷达，消费光电子等众多领域的发展，极大拓展硅光子市场空间。