一天吃透一條產業鏈：CPO光模塊（發展正當時）

　　01 產業鏈全景圖

　　02 CPO光模塊是什么？

　　要讀懂CPO光模塊產業鏈，首先需要明白光模塊、CPO、CPO光模塊等概念。下面帶你吃透這些名詞：

　　① 光模塊：“電轉光、光轉電的獨立翻譯官”：咱們平時用的光纖寬帶、數據中心里的服務器傳數據，都要靠 “光信號”（速度快、能傳遠），但電子設備（比如手機、服務器芯片）只能認 “電信號”，這就需要光模塊來當 “翻譯官”。

　　② CPO：是 “共封裝光學” 的簡稱，是一種將光模塊核心部件與芯片直接 “貼在一起” 的革命性技術。

　　光模塊是 “電信號→光信號” 的轉換器，但傳統設計中它是獨立小盒子，與芯片（如 GPU、交換機 ASIC）之間需通過銅線連接。CPO技術則是直接把光引擎（光模塊核心部件）與芯片封裝在同一塊基板上，甚至采用 3D 堆疊技術讓兩者 “背靠背”，數據傳輸距離從幾十厘米縮短到幾毫米，極大提升效率。

　　③ CPO 光模塊：就是用CPO技術封裝的光模塊。

　　如下圖所示，CPO技術不斷進步，中間消耗（粗略理解紅框部分）不斷降低：

　　03 上游產業鏈

　　03-1、光器件

　　如果把光模塊類比成 “數據快遞的中轉站”，那么 TOSA 和 ROSA 就是這個中轉站里最核心的 “收發快遞設備”，具體拆開來聊：

　　首先說定位，TOSA 和 ROSA 是光模塊里的核心部件，就像中轉站里負責發件和收件的關鍵機器，沒它們就沒法完成數據的 “光信號轉換”。

　　再看成本，光模塊的成本里，光器件占了 73%，相當于中轉站的 “核心設備成本” 占了七成多，是花錢的大頭。而這光器件里，TOSA（光發射組件，負責發信號）和 ROSA（光接收組件，負責收信號）又占了 80%，等于核心設備里，收發件機器又占了八成，是核心中的核心。而且這倆都屬于 “有源光器件”，簡單說就是需要通電才能干活的設備，它們能干活的核心，全靠里面的光芯片。

　　接著看結構，TOSA 像 “數據發射機”，里面有激光器、適配器、管芯套。激光器是它的核心，相當于 “信號發射器”，常見的有 VCSEL、FP、DFB、EML 這幾種，就像不同型號的發射器，適配不同場景；適配器是 “信號對接器”，管芯套是 “保護殼”。如果是傳得遠的長距離光模塊，TOSA 里還會加隔離器和調節環，相當于給 “發射器” 裝了 “信號穩定器”，防止信號干擾、保證傳輸準頭。

　　ROSA 則像 “數據接收機”，里面主要是探測器和適配器。探測器是它的核心，相當于 “信號接收器”，常見的有 PIN-TIA 和 APD-TIA 兩種，就像不同型號的接收器，對應不同的接收需求；適配器同樣是 “信號對接器”，負責把接收到的信號精準傳進去。

　　03-2、光芯片

　　光芯片是光模塊里的核心半導體器件，靠激光器芯片將電信號轉成光信號、探測器芯片將光信號轉回電信號，是實現數據高速傳輸的關鍵，光芯片的應用也是十分廣泛：

　　不管是 TOSA 里的激光器，還是 ROSA 里的探測器，它們的核心都是光芯片。光芯片特別值錢，光器件總成本里，它占了 50%，相當于核心設備一半的成本都在它身上；要是單看 TOSA 和 ROSA 的總成本，它更是占了 85%，等于收發件機器里，八成五的價值都集中在光芯片上，是妥妥的 “價值核心”。

　　國內企業在2.5G 光芯片已經吃透核心技術，國產化率能到 90%；10G 光芯片也拿下了大半，國產化率 60%。但到了25G 光芯片的國產化率只到 20%，25G 以上的更只有 5%，國產替代還沒怎么鋪開。這就意味著，未來在高端光芯片領域，國產替代還有很大的空間可以推進。

　　2024 年中國光芯片這塊 “蛋糕” 有 151 億多，比上一年漲了 10% 出頭；到 2025 年，這 “蛋糕” 還會變大，大概能到 159 億左右。

　　03-3、交換芯片

　　交換芯片是什么，打個比方：把以太網交換機比作 “小區里的智能快遞站”，那交換機芯片就是這個快遞站里的 “核心調度員”：這個調度員的活兒很明確，先從快遞站不同的 “收發窗口”（交換機的端口）收下大家要寄的 “快遞包裹”（數據包）；接著快速核對每個包裹上的 “收件地址”（處理數據包信息）；最后用 “精準分撥” 的方式（數據包交換技術），把包裹從對應的 “發送窗口” 遞出去。整個過程下來，就能讓小區里的每家每戶（電腦、打印機等網絡設備）順暢收發快遞，實現互相通信。

　　2024 年全球市場規模約 277.3 億元（預計 2031 年達 386.6 億元），中國市場約 162 億元，AI 算力爆發為核心增長動力；

　　競爭格局上，國際巨頭博通以超 60% 份額主導高端市場，美滿、瑞昱分占不同領域，國內企業加速國產替代，盛科通信是本土唯一進入萬兆及以上市場的企業，華為海思自研高規格芯片用于自有體系，裕太微填補車載以太網芯片空白；

　　最新技術以 400G/800G 為主流，側重可編程架構與低功耗，國產端在政策驅動下實現政企、運營商商用并構建生態，雖高端 SerDes（serdes 串并收發器） 等環節仍依賴進口，但借 Chiplet 技術有望 2028 年實現技術追趕，行業將向 800G/1.6T 普及、開放生態構建方向發展。

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　　04 中游產業鏈

　　04-1、CPO光模塊規模：

　　未來 5 年 CPO 端口出貨將快速放量，數據中心、GPU 集群高速互聯需求增長是核心動力。Lightcounting 預測，2029 年 1.6T CPO 端口出貨可觀，3.2T 出貨超 1000 萬個，且 3.2T CPO 滲透率達 50.6%（遠超 800G 的 2.9%、1.6T 的 9.5%）；100 萬 GPU 組成的集群僅 NVLink 連接就需超 1500 萬 3.2T 端口。英偉達或 2028 年用 CPO 連 8 機架 GPU，推動其 AI 領域應用；隨著 SerDes 速率升級，3.2T 時代 CPO 有望成主流互連方案。

　　04-2、全球龍頭企業-博通

　　博通在 CPO 這個領域早早就扎下根來，2021 年就開始布局，花了 4 年多時間埋頭研發，到 2024 年終于拿出了第二代 51.2T CPO 交換機 Baily 的樣品，之后還陸續和騰訊、字節這些大廠展開了合作。

　　到了 Tomahawk 6 這個技術階段，博通靠更領先的 SerDes 技術和成熟的光學生態系統，把整個 CPO 系統優化得更高效；而且依托之前 Tomahawk 4/5 已經驗證過的 CPO 技術，博通新一代 CPO 產品會把光學引擎和交換硅片整合到一起，只保留外部的激光源。這么做能進一步降低功耗、減少延遲和鏈路波動，還能提升長期使用的可靠性。

　　04-3、國內領先企業如下：

　　04-4、OSC交換機

　　CPO光模塊一大應用即為OSC交換機，通常指光電路交換機（Optical Circuit Switch），是一種基于全光信號直接交換的通信設備，核心優勢在于無需光電轉換即可實現光信號的路由與轉發，從根本上解決了傳統電交換機的延遲和能耗瓶頸。

　　從全球來看，2020 年這塊 OCS 交換機只有 7278 萬美元，到 2024 年已經漲到 3.66 億美元，四年間規模翻了好幾倍；按照這個趨勢，預計到 2031 年，這塊 “蛋糕” 還會大幅擴容，能達到 20.22 億美元，增長空間非常大。

　　再看中國市場，2024 年國內 OCS 交換機是 366 萬美元，目前規模還比較小，但未來增長勢頭很猛 ——預計到 2031 年能漲到 8020 萬美元，2025 年到 2031 年這七年里，每年平均增長速度能達到 34.68%，屬于妥妥的高速增長賽道。

　　全球 OCS 交換機市場持續增長，地區占比差異明顯。2020-2031 年北美始終是最大市場，份額主導且增長快；歐洲緊隨其后，體量較大但增速穩健。中國作為新興市場增長迅速，份額逐年提升，預計成北美、歐洲之后的重要區域；日本、韓國、印度等亞太國家有增長潛力，印度增長尤為顯著?！捌渌?地區占比小但穩步擴張。總體看，市場朝多元化、全球化發展，未來將由北美和中國引領主要增長。

　　05 下游產業鏈——應用場景

　　05-1、數據中心推動

　　我國數據中心交換機在所有交換機里的 “分量” 會持續變重。IDC 數據顯示，2021 年這部分占比 44.4%，2026 年預計升到 51.7%；市場規模上，2022 年是 31.8 億美元（同比增 12.8%），2026 年預計達 48.1 億美元，2020-2026 年每年平均增長 10.6%。

　　另外，數據中心的 “數據公路” 在升級。原來多是 10G 的 “車道”，5G 來后數據 “車流” 暴增，數據中心得解決海量數據高速遷移、消除帶寬瓶頸、提高帶寬利用率的問題，這就帶動了網絡設備更新。

　　05-2、超大規模 AI 算力集群（多機架 GPU 互聯）

　　現在大模型訓練常用 “萬卡級 GPU 集群”，比如 1000 個 GPU 分成 10 個機架，機架間需要海量數據實時交互。傳統光模塊跨機架傳輸時，延遲和功耗會疊加，而 CPO 能把光學引擎和交換芯片集成，直接實現機架間 “近距高速連接”—— 像給 GPU 集群裝了 “直達高速路”，既能支撐 3.2T 甚至更高速率，又能把跨機架延遲降低 20% 以上，還能減少機房整體能耗，特別適配英偉達 DGX、華為 Atlas 這類 AI 訓練集群。

　　05-3、5G 核心網與邊緣數據中心

　　5G 基站每天會產生 PB 級的用戶數據（比如高清直播、車聯網信號），這些數據需要先傳到邊緣數據中心處理，再回傳核心網。

　　邊緣機房空間小、供電有限，傳統光模塊又大又費電，而 CPO 體積能縮小 30%、功耗降低 40%，剛好適合邊緣機房的 “緊湊環境”；同時，5G 要求數據處理延遲控制在 10 毫秒內，CPO 的低延遲特性能滿足 “實時回傳” 需求，比如聯通、移動的邊緣節點已開始試點 CPO 方案。