台积电介入CPO行业，有多大影响？2/24

在2月18日-22日召开的ISSCC 2024上，台积电介绍了用于高性能计算与AI芯片的全新一代封装技术，在已有的3D封装基础上，整合了硅光子技术，使用光纤替代传统I/O电路传输数据，引发市场对光模块板块的担忧。

（科普：CPO全称共封装光学（Co-Packaged Optics），其形态上将光引擎封装至离交换机ASIC很近的地方，从而减少电链路（ASIC-光引擎）的距离（<10mm，而传统光模块有~100mm），可大幅减少射频传输损耗，提高信号带宽。光模块行业的自然发展主要围绕上述两个指标的平稳下降，但CPO可以通过封装形态的变化，以及带宽密度的提升，使得该两个指标发生明显下降（越低越好），因此受数据中心用户关注。）

核心关键是什么？

关键点1——角色位置：若CPO得以发展，主要的角色包括光引擎设计，硅光晶圆代工，后道工序的基板侧集成和封装等。其中光引擎部分价值量较高，也是目前最头部光模块企业的核心壁垒，预计角色继续重要；台积电等晶圆厂主要是充当光引擎/模块企业的代工角色；基板集成/封装方面，交换机厂商和头部光模块厂商都有可能，也都在推进，交换机厂商目前更为积极，而最终格局取决于下游客户的供应链策略、技术研发和产品进展等众多因素，格局之争客观讲还较远。

关键点2——时间进展：CPO方案优势是可以带来光互联系统PJ/Bit、$/Gbps指标大幅下降。但可维护性是CPO最大问题，从CPO交换机结构看，光引擎被放置在交换机内部，这意味着一旦一个光引擎失效，很可能会需要整机替换，维护成本极高；而光模块因为是可插拔，失效是可以很快进行替换，维护成本较低。此外，CPO节省了光引擎部分的DSP的电信号链路的思路，在当前LPO光模块方案也有体现，所以预计CPO标准以3.2T为代际，量产至少在27年或更后。目前市场已知的博通进展最快，据我们了解，其第一代CPO应该是工程性试验直到2025年，量产性的迭代版本预计时间周期较长。

关键点3——技术方案：考虑到可维护性和性能的平衡，CPO的具体封装方案还未有最终定论，材料方面硅光技术认可度较为一致，例如在网传台积电示意图中主打技术是硅光，其硅光CPO可解决交换机中单个速率到6.4T光引擎的技术问题，而到未来可以解决AI芯片上的片上I/O传输问题，例如将硅光技术导入CPU、GPU等运算制程当中，将内部的电子传输线路更改为光传输，计算能力将是现有处理器的数十倍起跳。我国光模块厂商中，头部企业均在积极布局硅光，并有望在24H2便开始批量出货；此外，国内硅光配套产业链如CW光源、硅光模块加工设备等均逐渐成熟。

总体观点：

光模块板块的爆发源于2023年年初CPO概念，而时至今日再次提起，只能说不同的位置大家或有不同的解读倾向。从产业视角看，CPO还需要较多技术迭代和产业磨合，不同环节的角色之争还得看不同企业的护城河积累，光电模块/器件企业的积累优势存在，同时重视硅光产业的变革。

3月份GTC大会（3.18）,光博会（3.26）都会有大量国内外产业交流和信息前瞻，有望迎来新的情绪高点。此外，新的技术变化和落地节奏也是细分领域投资机会的重要观察点。

【台积电布局CPO，对国内产业格局影响？】Q：关于Co-PackagedOptics（CPO）技术，业界有哪些不同的声音和观点？

A：不同业者对于 CPO 技术的需求存在分歧，例如阿瑞塔认为在 100TB 交换机中 CPU 技术完全不需要，而华为可能更激进，认为即便是 3.2TB 交换机也可以继续使用光模块。    

Q：业界普遍对 CPO 技术的应用方面有何共识？

A：行业共识是至少要在 3.2T 上才可能用到 CPO 技术。Facebook 和 Broadcom 已经在探讨带宽更大的交换机解决方案，而 CPO 技术如果真正规模化商用的话，可能要 4 到 5 年后。

Q：公司在硅光技术方面的角色及未来发展是怎样的？

A：台积电作为一个第三方平台提供商，在硅光技术方面，以往多由海外巨头如英特尔、思科等引领。近几年，随着技术的成熟，硅光芯片的性能提升，台积电也有机会在该领域占据一席之地。硅光模块的技术和产业链日益完善，预计到 2026 年可能会占到全球光模块的 50%。

Q：目前市面上的硅光技术和产业链的发展情况如何？

A：硅光技术已经成熟，产业链亦日益完善。成本方面，采用硅光的成本比传统方案有 20%以上的优势。400G 硅光已经在亚马逊测试通过，预计今年下半年会有订单，而 800G 硅光模块也测试通过，有可能今年拿到订单。

Q：预计硅光模块在市场上的渗透率会是怎样的？

A：虽然今年硅光模块的市场占比不会特别高，但在明年及后年可能会出现爆发式增长。如旭创等国内龙头光模块公司都已开始布局硅光，这一点从 800G 到 1.6T 方向的转变可以看出。预期在不久的将来硅光模块可能占据光模块市场的半壁江山。

Q：有关  CPO 技术的商业模式和可靠性问题，业界的共识如何？

A：CPO 技术虽然是一个好概念，但在商业模式上，因为不确定性较多，真正大规模商用部署可能还有很长一段时间。市场上的光芯片不良率约 3%至 5%，要在 CPO 里应用，硅光芯片的不良率需要降至 99.99%以提升可靠性。目前业界达成的共识是 1.6T 之前不会广泛部署 CPO，但从 1.6T 到 3.2T的发展仍然很有潜力。

Q：公司的  800G 光模块市场渗透率预期是怎样的？目前的技术路线和挑战有哪些？

A：目前 800G 光模块市场渗透率还在增长过程中，预计今年的渗透率约为 10%，如果今年能达到 百万级的发货量，明年渗透率翻两三倍是有可能的。未来三年内，800G 硅光渗透率可能达到 50%。而 1.6T 光模块需求周期将会更晚几年，可能要到 2027 年左右，预计 1.6T 占比能达到 50%以上。目前 800G 的技术路线主要有两个方案：一是界面技术，目前良率相对较低且不具备可量产性；二是硅光 2.0，即集成其他一些材料的硅光芯片。硅光 2.0 的优势在于成本和良率可能与单波 100G 相比没有太大差异，但配套芯片尚不完善，目前还在研发阶段。1.6T 硅光一旦批量部署，成本优势将进一步凸显。硅光芯片的迭代和客户认证验证是目前的挑战，需要快速的技术迭代和不断的客户端验证。    

Q：关于硅光芯片的市场情况和台积电的角色？

A：硅光芯片的龙头是英特尔，其模式与其他公司不同，目前转型为主要提供硅光芯片供应商的角色。其他主要玩家包括阿卡西亚和马维尔，但他们在推广  400G 硅光方案时遇到了挑战。台积电因与 Google 的合作，早期在 800G 光模块开发上取得了优势，目前已是 800G 模块的主要供应商之一，且硅光方案在客户端的认证进展相对较快。台积电去年已经发货数十万只硅光模块，主要供应给二 级客户，积累了大量批量制造硅光模块的经验。预计台积电在未来 800G 硅光市场中可能占据较大的市场份额。国内其他一些公司在硅光模块的认证上进度相对较慢，800G 硅光是台积电可能放量的舞台。

Q：国内新兴盛的硅光芯片进展情况如何？

A：新兴盛在 400G 方面已经通过了亚马逊的测试，预计今年会开始接到官网订单。但对于 800G 硅光芯片，目前看来还没有测试通过，发展进度相对较缓。

Q：公司在收购阿尔 pam 公司后，其对于硅光芯片的战略布局是怎样的？其他企业在硅光芯片的选择上有哪些区别？

A：台积电收购的阿尔 pam 公司确实加强了其硅光芯片的业务。而旭创和新易盛则依赖自研的芯片。对于不同企业而言，他们的策略是多元化的，像阿卡西亚也有自家的硅光芯片。企业普遍不会仅绑 定单一方案，以降低风险。目前，即便台积电的自研方案测试已经通过，其仍有可能在一些产品型 号上使用阿卡西亚的解决方案。不过需要注意的是，阿卡西亚的芯片整体成本相对较高，加之芯片 封装技术的门槛，未来在推广上可能存在困难。

Q：公司在硅光芯片领域的测试认证进展如何？面对高成本和封装门槛的挑战，台积电有何应对策略？

A：台积电与旭创的合作关系良好，推动了旭创进行一系列测试认证。虽然台积电面对如高成本和封装技术门槛的挑战，但由于自研方案的测试已经通过，台积电很有可能继续推动使用自研方案。至于与其他企业比如阿卡西亚的合作，在特定产品型号上可能会采用其方案，但考虑到成本问题，台积电可能不会广泛地推广阿卡西亚的芯片。

Q：公司在硅光芯片领域的批量出货情况如何？与徐创、新生等公司相比，云辉的水平如何？    

A：云辉在硅光芯片领域并没有实现批量出货，他们使用的是 INSIDE 方案，主要以多模光模块为主，全球排名前列。相较于其他公司，云辉未涉足单模市场，硅光领域仅提供光模块设计和封装服务。 而且，硅光芯片成本较高且封装复杂，这可能是影响批量供应的因素。尽管后期出货了一些产品， 但并未达到大规模批量。

Q：云辉被卤门收购后，在 CW 光源和硅光芯片设计方面，收购是否带来了整合优势？

A：是的，卤门在 CW光源方面具备批量出货优势，其质量也相对较好。目前，硅光芯片集成方面，硅光混合集成看起来是一个更为可行的商业化路径。卤门有能力赋能云辉在硅光芯片领域的整合，为云辉提供了整合优势。

Q：对于 1.6T 硅光模块，是否必须使用薄膜磷酸锂？

A：当前情况下，如果要实现单波长 200G 的速率，使用 SOI 材料的纯硅光技术还是有局限性的。因此，使用薄膜磷酸锂似乎是一个已验证的解决方案。薄膜磷酸锂的带宽天然优势，能稳定提供单波长 200G 乃至 400G 的速率，这为硅光技术提供了拓展潜能。全球能量产薄膜锂磷酸盐的厂商确实不多，技术成熟度还有待提高，但随着市场需求的出现，这些技术将会快速进步。硅光技术要实现突破，可能需要时间以及大量工程研究投入。

Q：随着速率的提升，服务器端的 CPU 是否会由于性能限制成为硅光技术不得不采用的选项？

A：随着数据中心交换机从 51.2T 向 100T 进展，未来可能会出现需要支持单波 200G 速率的情况。当达到  200G 的速率时，CPU 的优势在信号完整性方面会更加明显，由此硅光方案可能会变成必选项。但目前看，在未来五年内，这种需求可能不会急速出现，因为目前 51.2T 的处理器还未大规模部署。

Q：公司目前硅光（SiliconPhotonics）技术的市场渗透率及其在未来 EML 缺货情况下的机遇是怎样的？硅光技术目前的发展状态是怎样的，英特尔早期对此技术的投入结果如何？

A：硅光技术在 100G 时代未能显示出优势，到了 400G 时代其优势也不太明显。但是，在 800G 时代，硅光技术到达了一个关键节点，技术已经相对成熟，成本结构也变得透明，光模块的成本可以节约超过 20%。现在，像 Google 和英伟达这样的大型企业都愿意测试硅光方案。即使 EML 和 WAX不缺货，硅光技术在 800G 时代本身就有机会。如果硅光达到相当的发货量，它在未来有巨大的成长空间。尽管硅光今年的市场份额可能低于 10%，但如果它的发货量能达到百万级别，其芯片成本在大规模生产时可能与 EML 相差无几，这为未来潜在的市场爆发提供希望。必须明确，硅光技术并不需要 EML 缺货才有机会，它在 800G 时代已经拥有自身的市场机会。若要在市场上实现突破，硅光需要在今年达到数十万的发货量。    

Q：目前 800G 产品的市场情况如何？在技术更迭中，硅光对于未来市场的时机和准备情况是怎样的？

A：800G 产品市场增长窗口预计将持续较长时间，受 AI 技术需求推动以及数据中心进行升级换代。一般来说，数据中心有可能在 2025 年前后开始大规模切换到 800G。业界普遍认为 800G 将成为主流节点，800G 的生命周期可能至少五年，整个周期可能持续 7 到 10 年。在这个周期内，硅光仍有机会布局市场。但条件是硅光今年需要达到数十万的发货量，否则在 800G 市场的大规模应用情况会受到影响。

Q：对于那些还未进入  800G 市场的新玩家，他们应该如何把握机遇？

A：新玩家若没有及时布局 800G 且未进入数据中心的供应链，进入该市场的难度将非常大。对于已经在供应链中的公司，客户通常会提供认证机会，但若完全未在供应链中，则他们的机会不大。机会可能更多地存在于数据中心升级以及对新技术路线的需求。

Q：公司未来在硅光方案上的投资前景如何？

A：硅光方案确实是未来的技术方向，但目前市场尚未形成明确的需求，因此具有很大的不确定性。尽管硅光技术在性能、功耗等方面具有竞争力，但目前而言，大家处在同一水平线上。硅光涉及到光电器件，其技术难度较大，且在可靠性、可测试性方面面临着挑战。台积电虽有相关研究，但更多的是探索性工作。另外，在目前 800G 光模块市场的格局中，尚未入围的厂家可能会较为被动。 因此，硅光方案的发展还须观察市场的进一步变化和需求确认。

Q：800G 光模块的市场增速预期如何？

A：当前 800G 光模块的需求预计在 1000 万到 1500 万之间，较上年增加了好几倍。从 AI 芯片的出货量和数据中心的升级来看，未来几年的市场增速，保守估计，可能每年有 50%左右的增量。如果 AI 需求爆发，则需求增速可能进一步加快。

Q：硅光  800G 与传统光模块在成本、价格下降趋势和毛利上的比较怎样？

A：预计 800G 光模块的价格可能从去年降低 20%，随着供应成熟，可能每年会降 10%至 12%，这是供应链客户可以接受的水平。硅光与传统光模块相比，在同等产业链成本下，硅光至少能保持 20%的价格优势。硅光的成本现在可能和传统方案差不多，但由于其功耗较高，所以主要竞争对手是页脉方案。硅光方案可能提供更高的毛利率，尤其是在规模较大的出货量下。短期内，硅光的毛利额可能比传统光模块高约 10%，但这还取决于供应商与客户的定价策略和供应链能力。

Q：目前 800G 硅光模块的成本拆分情况如何？

A：800G 硅光芯片成本可以降到 40 美元以下，基于十万级的量。CW 激光器的成本约为每个 17 美元，不同设计需要两到四个。传统的发射接收方案的成本约为 35 到 40 美元，而 driver 和 TIA 的成本约在 60 到 80 美元。DSP 现在的成本较高，可能要 120 美元左右。再加上 PCBA 和混合成本，硅光总体成本可能在 320 美元左右。如果能自产硅光芯片，整体毛利额会更高。

Q：公司的 200G 光模块芯片技术是否已经成熟？

A：目前单波长 200G 的光模块芯片虽然在学术机构中有报道能达到一定的性能，在特殊条件下实验室级别可以接近这样的水平，但是在工程化和批量生产方面还存在难度。目前全球能够批量生产单波长 100G 光模块芯片的企业仅有一家，所以 200G 技术目前来说达到工程化和批量应用还是比较困难的。行业普遍认为无论是硅光模块还是其他技术，达到物理性能上的 200G 是非常极限的。

Q：在光模块产业中，投资者应该关注哪些趋势？

A：技术迭代的节奏非常快，整个光模块产业竞争激烈，但可以看到的趋势是市场份额和价值量会趋向头部企业集中。投资时应特别关注这一点，特别是在硅光模块领域，这被认为是一个可能颠覆整个产业格局的趋势。硅光有 20%的成本优势，尤其是那些从 2017 年和 2018 年开始在台积电进行流片的头部企业。目前，这些企业已经达到了一定的成熟度和良率，这将进一步显现出其成本上的优势。