Acacia 是环球领先的相关光通信厂商。早期 AC 和 CFP 封装产品紧张聚焦电信城际/骨干传输（400-1000km）的场景，2019 年之后也发布了 ZR 模块拓展 DCI/边缘接入（80- 120km）等数通传输场景。Acacia 具备自研的相关 DSP 芯片及业内领先的硅光集成及封装工艺，2011 年以来累计发布 DSP 芯片 8 款，累计出货相关光模块超 50 万只，个中 CFP/CFP2 DCO 产品市场份额第一。在复兴禁运令之前 Acacia 是复兴骨干网相关模块的主力供应商，2017 财年公司 30%的收入来自复兴。
2018 年 Acacia 发布 AC1200 模块，为业内首个实现 1.2T 的传输速率的模块产品。
从收购代价看 Inphi>Acacia>Luxtera，或反响天花板差距：此前被 Marvell 斥资 100 亿美元收购的 Inphi，2020 年营收体量约 7 亿美元，折算收购价的 PS 倍数超过 14 倍， 且 Inphi 还处于亏损状态，Acacia 的这笔收购彷佛并不贵。我们认为 Acacia 被收购的估值偏低或由于其相关技能更聚焦电信市场，而 Inphi 则深耕于市场空间更大的数通市场，以传统方案模块为重心，硅光方向选择了更具发展性的数通 DCI 市场。Acacia 并非思科首次收购硅光子公司，2019 年 2 月思科作价 6.6 亿美元收购另一家数通硅光收发器厂商 Luxtera。我们认为 Luxtera 相较前两家较低的收购价或紧张由于其业务仅覆盖硅光数通短距场景，市场空间存在天花板，且缺少核心的 DSP 技能。
为深刻阐发硅光的商业代价及其对光模块家当的影响，本篇报告将从三个维度为市场解惑硅光技能：1）硅光如何影响数通升级路径？2）相关技能商业代价几何？3）大硅光时期传统模块厂何以破局？
硅光如何影响数通升级路径？作甚硅光？硅光何用？
硅光集成芯片为“硅基+III-V 族”结合。根据基板（衬底）材料不同，可将有源光芯片分为 III-V 族，即 InP（用于 DFB、EML）/GaAs 基（用于 VSCEL）、硅基（Ge/Si 探测器）和 SiP（III-V 族和硅基的集成芯片）等系列。硅光集成工艺，即不用 III-V 族材料改用硅基衬底材料为光学介质，基于 CMOS 工艺兼 容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件。有两类加工办法（自有 Fab、开放 Fab 的 MPW）；依据不同的光源封装办法，封装的方法可分为外部光源、贴装光源等。
数通短距硅光模块取得局部商业成功
目前硅光的运用领域包括：1）数通短距模块；2）相关传输模块；3）光电合封（CPO）数通短距领域，硅光技能的运用开启降本提效的新路径：随着客户对可插拔模块的传输速率、本钱、体积、功耗核心痛点的哀求持续提升，新的封装形式开始兴起。2014-2016 年 Luxtera 和 Intel 先后发布采取硅光工艺的 100G PSM4 和 CWDM4 模块，相较传统分立器件封装，硅光集成封装凭借更低的 BOM 本钱，取得一定程度的商业运用。只管硅光模块未得到所有下贱厂商的认可，但硅光技能的运用开启光互联降本提效的新路径。
未来 CPO 或为硅光的最大运用处景
光互联核心痛点可概括为传输速率、体积、本钱、功耗四个方面。可插拔光模块大约 20 年前由当时的 HP 公司最先引入，由于利用方便广受欢迎，伴随技能规格持续演进，可插拔模块已成为目前最成熟光互联封装方案。据 Lightcounting 测算，过去 10 年里环球发卖的可插拔光模块已达到 10 亿只。
随着可插拔模块的升级逐步靠近技能极限，CPO 被认为是下一代封装技能。CPO 借助硅光集成的工艺将光电芯片和交流机芯片封装在同一个基板上面，不再须要射频走线和 Redriver/Retimer，显著降落单光路通道的功耗，I/O 端口及本钱问题，为目前业内认为有望实现最高集成度、最小功耗和最低本钱的下一代封装方案，但目前还没有一个统一的技能标准。而 OBO 介于可插拔和 CPO 之间是一种相对小众的技能方案。
CPO 方案具备诸多改造意义，有望成为硅光最大的运用处景。
速率打破：以 25.6Tbps 交流容量的 CPO 方案为例，在 PCB 板上空间中集成交流机 ASIC 芯片和 16 片硅光子集成芯片。每片硅光子集成芯片包含 16 个 1310nm 光通道，每个通道支持 106 Gbps PAM4 速率，实现单芯片 1.6Tpbs，相较可插拔方案 4/8 并行通道，集成度有显著提升。
超低功耗：通过省去光模块与 PCB 板上交流芯片之间的铜线，CPO 方案能显著降落全体光互联方案的功耗。SiP 集成芯片的功耗频年夜约是 0.5pJ/bit，显著低于 III-V 族材料光芯片 15-20pJ/bit 的功耗比，能办理光通路随着传输速率提升功耗过高的瓶颈。
简化架构：CPO 方案舍弃了可插拔模块的形态，直接以芯片—芯片的方案实现光电转化和互联，进而节省了射频走线和 Redriver/Retimer 等器件本钱。
渗透推演：400G 小规模、800G 或提升、1.6T 迎爆发
怎么看数通短距 400G 硅光模块渗透率？业内对硅光数通模块的期待紧张来自本钱和功耗两个方面。
1）本钱：实现并行多路的共享光源架构，节省器件本钱；硅材料比III-V族化合物半导体材料便宜；有望发挥CMOS工艺规模上风。
2）功耗：硅材料阻抗低，驱动电压低，其功耗也较低。
3）集成度，相 较于传统分立器件封装，相同光通道数，体积更小。以 400G DR4 硅光模块为例，硅光 封装可共享一个光源，且不须要 EA 调制，相较传统方案 4 片 EML 芯片的架构能有效降落光模块的 BOM 本钱；更高的器件集成度也意味着封装良率能实现更快的爬坡。
100G 数通硅光方案整体渗透率约为 20%-25%：100G 时期，硅光模块的紧张玩家 Intel 于 2017 年开始批量出货 100G 硅光模块，据 Intel 表露，其 100G 硅光模块累计出货量在 400 万只，而 Luxtera 100G 硅光模块累计出货量或在 200 万只。我们测算 2017- 2020 年，100G 数通光模块的累计出货量或在 2700 万的水平，测算 100G 硅光模块渗透率大约在 22%。个中核心运用处景 CWDM4 和 PSM4 的渗透率或在 30%以上。
核心瓶颈未打破，400G 硅光方案难言大放异彩：目前来看，100G 时期制约硅光方案得到大规模运用的几个技能瓶颈在 400G 时期依旧未得到有效办理。由硅光插损较大，目前仅在短距传输中能保持足够的可靠性。我们估量 400G/800G 时期，SiP 方案或紧张运用于 500m 的场景，紧张和 EML 方案竞争，而作为过渡的 200G 方案，硅光方案性价比不明显，或不会涌现硅光的运用。目前硅光技能无法实现有源功能器件的集成（光源、光放大器），因而较分立器件封装集成度提升有限，大规模商用仍存在阻碍。
硅光无法直接复用成熟的 CMOS 工艺：只管硅光子和微电子都是基于硅材料的半导体工艺。但目前硅光还无法复用当前的 CMOS 工艺及 Fab 产线，不作修正的微电子工艺平台无法制备出高性能的硅光子器件，须要定制硅光工艺。硅光子工艺当前的发展水平相称于 20 世纪 80 年代初微电子的水平，自动化、系统化和规模化都还存在差距。
400G 硅光方案价格上风或有限：我们在数通市场，无论是 400G 或是 800G 短距传输，硅光方案紧张看点在于性价比。我们估量硅光 400G 方案出货批量出货时，400G DR4 的两大核心供应商产品良率爬坡至少已进行 1 年-2 年的韶光，工艺成熟度要明显高于硅光方案。从目前 400G DR4 传统方案的贬价趋势来看，或于 2021-2022 年实现云商客户的 1 美元/G 价格目标，硅光方案的价格上风可能已不明显。
未来 2-3 年 400G 硅光渗透率或难超 100G 同期，个中核心缘故原由在于升级路径分解的背景下，紧张运用处景 400G DR4 的量或小于 100G 同期的 CWDM4+PSM4。我们估量 2021H1 亚马逊或开始引入 400G DR4 的硅光方案，其渗透率水平或高于 100G 同期的CWDM4 和 PSM4（考虑到供应商或增多），但对付其他云商客户，2200G 方案或 200G 方案聚焦 2km 的场景，硅光方案或无法切入，因而整体渗透率或难以超过 100G 同期。
800G 可插拔或仍是主力，1.6T 开始向相关&CPO 演进
交流芯片技能演进为数据中央升级紧张推手。商用交流机芯片领域，博通一贯以来霸占主导地位，市场份额 70%+。从 2010 年开始，博通的商用交流芯片容量大约 2 年一番 （2019 年 12 月推出 25.6T 交流容量芯片），而更大容量的交流机驱动更高传输速率的 光模块方案的迭代，个中部分依赖通道数翻倍，部分依赖通道速率增长。
博通展示 CPO 兼容的交流机 ASIC，51T 时期或于 2023 年到来：2021 年 1 月 12 日，博通展示其第一款可搭载 CPO 的交流机 ASIC 芯片 Humboldt，交流容量为 25.6T，估量将于 2022 年末推出，而下一代 51.2T 交流机 ASIC 芯片 Bailly 或于 2023 年推出。博串通时展出其 800G DR8 硅光模块，用于 25.6T 和 51.2T 交流机。
102T 时期模块侧光电通路速率或靠近技能极限。目前业界认为交流机侧 112G Serdes 的端口速率，对应模块侧 100G 的光电通道速率，具备技能可行性，即 51.2T 交流机容量下模块依旧可用。当交流机升级到 102.4T 的容量之后，交流机电口速率将达到 224G+ Serdes。模块侧电通路速率 200G 或达到工程极限，200G 光通路也面临色散间隔受限 的瓶颈（200G PAM4 光路只能传 1.5km，无法知够数通 2km 的传输哀求）。目前业内 较认可 51.2T 时期 CPO 方案或更多的是技能探索，102T 时期 CPO 方案将迎来放量。
800G 传统可插拔或依旧是主力，1.6T 开始向 CPO 和相关方案演进：目前 800G 主流可插拔方案 PSM8 和 2FR4 光路和电路速率都为 100G，8 通道封装（OSFP），具备技能可行性，可插拔方案或依旧是主力。我们估量 800G 传输速率下硅光封装渗透率会有提升（硅光的性价比进一步提升），而 CPO 方案或更多的是技能探索。但是从 1.6T 开始，传统可插拔速率升级或达到极限，后续光互联升级或转向 CPO 和相关方案。
目前 CPO 方案成熟度有限，真正上量或需等到 2026+：目前 CPO 方案存在诸多核心瓶颈，例如：1）插损太大导致传输间隔无法知足需求；2）硅光子芯片过于集中带来的功耗管理问题；3）良率太低等。综合来看，CPO 方案间隔规模商用还有一定间隔。
据 Lightcounting 预测，CPO 方案或于 2024-2025 年开始商用，或于 2026-2027 年开始规模上量，紧张运用于超大型云做事商的数通短距场景。目前 CPO 有两大分支：1）基于 VCSEL 技能，多模光纤，运用处景 30 米以内，针对超算及 AI 机群的短间隔光互联（IBM 为代表）；2）基于硅光技能，单模光纤，运用处景 2 公里以下，大型数据中央机架及机群之间光互联的运用（微软和 Facebook 为代表）。
数通升级节奏呈现分解，可插拔来日方长
数通 400G 升级路径呈现“高中低”分解，200G 方案或崛起：从运用来看，高性能运算、AI、机器学习等超大带宽运用还在爆发前夜。由于不同的互联网客户对 IT 负载的需求和带宽升级的急迫性不同，从数通 100G 升级到 400G 分解为（高配、中配、低配） 3 条路径：1）高配：做事器端口速率升到 50G、TOR 和脊叶交流机升级到 400G；2）中配：采先将脊叶交流机升级到 400G，用 Breakout 方案连接 100G TOR，做事器和 TOR 保持不变；3）低配：先升级到 200G 作为过渡，再升级到 400G 或 800G。整体升级节奏较 100G 期间有较明显的放缓，200G 方案或崛起替代部分 400G 需求。
升级节奏分解使得拉长模块产品生命周期，模块厂商应对变革窗口期更长：我们认为，过往数通升级节奏较快，而进入 400G+时期落后级节奏或有分解，或带来更多存量模块的更换需求（数通光模块的产品寿命约为 3-5 年），并拉长可插拔模块的整体产品生命周期，给传统模块厂商更多韶光和成本去应对 CPO 等大的行业技能大变革。
相关技能商业代价几何？作甚相关？相关何用？
相关调制实质上是通过更高等的调制技能来提升光通道的传输速率：有三个维度可以用来增加传输的信息量：1）更高符号速率；2）更多并行通道数；3）高阶繁芜调制。PAM4 便是一种高阶幅度调制，在相同的符号速率下可以传输 NRZ 旗子暗记两倍的 bit 数，而相关光通信则利用光波的更多维度，偏振，幅度，相位和频率来承载更多的调制信息，从而扩充了传输容量，例如 16QAM 调制可以使 1 个 Baud 光旗子暗记可以传输 4 个 bit 数，而 Acacia 最新的 DP-64QAM 调制可传输 12 个 bit，最高可实现 1.2T 的速率。
长距传输中相关技能能办理色散难题，节省器件开支：长距传输中由于不同波长到达相同间隔光纤的韶光不同，不同相位状态光传播的速率不同会导致色度色散和偏振模色散。长距相关探测可以进行数字旗子暗记处理色散问题，作为色散补偿光纤/光栅的低本钱替代方案。
硅光集成技能推动相关模块快速家当化：相关检测须要更繁芜的多通道调制解调平衡探测组合，对模块的集成度哀求高，因而硅光集成技能成为相关检测大规模商用的主要技能根本。2010-2020 年是相关模块快速家当化的十年（从 57 吋→CFP→QSFP-DD），得益于硅光的高集成度上风和 DSP 工艺的优化，相关光模块的尺寸和功耗持续改进，商用性显著提升。
相关 100G/200G 技能已成熟，400G+逐步上量：在长距核心和骨干网，高速相关检测波分技能已成为主流，个中 100G/200G 相关技能已经成熟并大规模商用，400G 相关模块逐步上量。据 Omdia 数据，未来几年，由相关模块所承载的带宽年均增速在 30% 以上。据 Lightcounting 预测，2020 年 100G+相关收发模块产值有 8 亿美金（不包括系统厂商自研自产部分），在 2024 年或达到 15 亿美金，估量 2020-2024 年 CAGR 达到 16.6%，大部分发展会来自数通 DCI 市场。
OpenZR+标准成熟或推动相关模块运用处景增加：过往相关紧张标准为OpenROADM， OIF 400ZR。在技能上，两者最大的差异在于 DSP 芯片中的 FEC 算法。运用处景上， OpenROADM 紧张运用于电信级超长距（>120km），而 ZR 一样平常用于 DCI 等 120km 以内的场景。更进一步，Acacia 还主导了一个 Open ZR+的家当同盟，结合了 OpenROADM 和 400ZR 两个业内规范，实现二合一的版本。
云商自建 DCI 网络，相关市场 TAM 或翻倍
带宽需求剧增&传输本钱降落，驱动云商自建 DCI 网络：由于云和大型互联网厂商业务体量快速增长，且网络构造趋于分布交互式，数据中央之间流量也呈现高速增长，对 DCI 传输提出更高的哀求。过去在 Gbit/s 级带宽时期，由于数据传输量不大，光纤资源难以 获取，网络传输设备繁芜非通信专业职员难以运维，云商紧张通过租赁专线来实现 DCI。带宽进入 10Gbit/s 时期后，数字经济驱动推动了光纤的大量铺设，以及传输设备和模块本钱的持续降落，使得自建 DCI 经济性显著提升。
据华为测算，以欧洲某国城市专线价格为例，比拟租赁用度，自建的 DCI 带宽越高，越快达到投资平衡点。此外，比较租赁专线，自建 DCI 带来更好业务体验。据 OVUM 预 测，DCI 市场投资近 5 年 CAGR 或达 12%，自建 DCI 已成为环球数字经济转型投资中 的主要方向。
ZR 模块直连或节省云商开支，商业代价巨大：云商迈入自建 DCI 时期后，早期的传输架构类似于电信网络，先用灰光模块将核心交流/路由连接至 OTN 系统或者 DCI 盒子， 再通过电信骨干网络进行传输。随着硅光集成技能逐步成熟，以及相关模块本钱持续降落，以 Inphi 为代表的 PAM 和相关 ZR 方案逐步加大运用。数通 DCI 的 ZR 模块方案能够帮助云商节省设备（OTN 系统或 DCI 合伙）和模块（核心交流/路由连到 OTN 系统的灰光模块）的投资，且管理和运维本钱也更低，商业代价巨大。
数通 DCI 模块市场空间或达 10 亿美金：2019 年 Inphi 的 100G COLORZ 模块出货量大约在 3 万只，按端口计大约占 DCI 市场份额的 34%，由此推算 2019 年 100G DCI 模块出货量大约在 10 万只。据新飞通预测，数通 400ZR/400ZR+的 DCI 模块市场规模到 2024 年或达到 10 亿美金，2021-2024 年 CAGR 达 70%。
外洋厂商已有布局，海内头部厂商有望跟进：格局上，Inphi 目前是数通 DCI 模块的领先厂商，2016 年发布业内第一款数通 DCI 模块，紧张客户是微软，其他 Acacia 和新飞通也有干系产品布局。海内厂商中，旭创和光迅对数通 DCI 市场已有所布局。2019 年 OFC 上旭创科技率先展示了其用于 DCI 市场的相关光模块，后续将推出 400G 的相关光模块产品。光迅科技在 DCI 模块及设备亦有布局，有望在海内市场逐步上量。
电信相关运用处景下沉，打开新增长空间
从骨干、城域核心汇聚到边缘接入，设备数量和光模块数量上，都是呈三角形构造。骨干网对带宽哀求最大，优先考虑技能，对本钱不敏感，最早架设，全体推动家当链发展。而边缘接入网设备及光模块需求数量远远大于骨干网，同时本钱也更加敏感。
目前电信相关模块紧张运用于骨干网和城域网的线路侧，属于 DWDM 长距彩光模块。由于城域和骨干网线路侧传输间隔常日超过 80km（直接调制传输最大间隔），因此线路侧模块基本都采取相关调制，综合来看用于骨干网的相关模块要多于城域网。
Acacia 和新飞通为环球 2 家核心电信相关模块供应商，以两家的合计营收大致估算电信相关市场规模或在 5-10 亿美元规模。
电信市场相关或下沉至城域边缘层网络，有望迎来放量。目前城区固网业务以光纤直驱承载为主，郊县固网以县乡波分承载为主，目前以 10G 为主，未来将逐步引入 100G 模块，以适应业务升速及 5G 回传的综合承载。对付本钱敏感、需求量大的城域边缘场景，硅光技能具备比较上风（集成度高，分立器件减少，非气密封装等），或带动 ZR 产品的规模运用，成为 100G LR/ER+大量透镜+色散补偿模块方案的高性价比替代方案。
大硅光时期传统模块厂何以破局？家当链代价分成或重塑，巨子玩家剑指 CPO 而非模块
硅光兴起或带动家当链代价转移：从家当链目前推出的硅光产品来看，由于大部分光电器件集成在芯片端已经完成，下贱模块封装的附加值或转移至上游（硅光芯片设计和封装，以及光电合封环节），家当链分工格局重塑，因此随着硅光渗透率的提高，光模块封装环节的代价分成或面临低落，或对模块封装厂商带来较大的寻衅。
硅光模块家当链怎么拆分？：从封装的角度，硅光模块涉及的部件紧张是光引擎/硅光集成芯片、DSP 芯片、驱动器、TIA。而硅光集成芯片可以分成 fabless 设计，foundry 的 MPW 做事及代工和后真个封测。目前环球硅光领域家当化较领先的玩家包括思科、Intel 和 Inphi。
近几年来包括思科、华为、Ciena、Juniper 等巨子纷纭通过收购布局硅光技能，大部分巨子并没有光通信的业务，收购硅光子公司更多是出于技能布局的目的，例如 Intel 提出的“集成光路”的愿景，立志将硅光技能运用于千亿级的 IC 市场。
光通信方面，巨子玩家真正目标或是 CPO 方案而非硅光模块。我们认为长期维度来看， CPO 方案对付 Intel、思科和博通等巨子玩家的潜在市场空间和商业代价要远高于硅光的可插拔模块。业内 Intel 和思科都通过并购高下游交流机芯片厂商、硅光芯片厂商形 成 CPO 方案的一体化布局，因此巨子厂商的模块产品对市场冲击或较为有限。
模块厂商通过自研+互助积极布局上游芯片设计：海内目前有参与硅光芯片自研的厂商紧张包括亨通光电（携手 Rockley）、中际旭创及光迅科技，目前看产品和技能积累有所成效。其他光模块及器件厂商包括新易盛和剑桥科技也有布局和硅光模块封装。此外天孚通信有望凭借其在精密光学制造的积累，切入硅光引擎封装环节。相关领域，光迅和烽火背靠国家信息光电子创新中央的硅光工艺平台，旭创则联合国际一流硅光子厂商实现技能打破。
海内工艺平台逐步成熟，助力模块厂自研硅光芯片
硅光子作为尖端技能，国产替代势在必行：2015-2016 年伴随中美争端加剧，Intel 和 Acacia 等厂商先后被禁止向海内厂商供应硅光芯片/模块。2018 年海内首个硅光子平台 成立，2018-2020 年，在 NOEIC 联合家当力量先后推出 100G 硅光子芯片和 4200G 硅光发射机，实现技能打破。
主流硅光流片平台紧张集中在外洋，海内的硅光工艺平台逐步成熟：目前顶尖的硅光工艺平台包括国家信息光电子创新中央硅光中试工艺平台，已形成商用条件并做事于多款国产化硅光芯片。北京的中科院微电子所和合肥的 38 所都可以对外进行硅光的 MPW 做事。作为硅光芯片流片的必要环节，硅光工艺平台的成熟有望加速硅光技能的国产替代进程。
海内 Fabless 厂逐步兴起，家当链加速成熟
成立于 2007 年的希烽光电已成为国际一流的硅光 Fabless 设计厂商。公司在南京、北京和上海设有硅光技能研发中央和生产基地。公司背靠国际一流 foundry 厂台积电，在 Ge/Si 探测器、MZ 调制器和相关集成芯片领域拥有大量的专利。个中 Ge/Si 探测器技能业内领先，2019 年出货超 300 万用于环球的 5G 支配，公司整体收入同比增速超 400%。近期，公司宣告其基于 CMOS 制程的单片 100G/400G 硅光集成芯片，得到国际大客户的订单，开始批量出货。
详见报告原文。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需利用干系信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库官网】。
