通信：从2023光博会看AI和光通信发展趋势

行业事件： 2023年9月6日，第24届中国国际光电博览会在深圳拉开帷幕，本届展会首次开启了深圳国际会展中心的12个展馆，展示面积突破24万平方米创历史新高。2023信息通信产业发展论坛同步举行，围绕算力、AI、数据中心等关键场景，探讨光通信技术发展趋势。 AI光网络的大带宽、低时延、零丢包要求 在AI算力网络中，网络不仅为GPU提供链接，而是成了影响算力集群效率的关键路径。根据腾讯分享，从100G到1.6T网络，GPU的利用率从32%提升到61%。时延和丢包率同样会严重影响GPU利用率。 LPO成为产业共识，薄膜铌酸锂迎发展良机 因为AI算力对功耗、时延、成本的极致要求，LPO方案成为2023COIE的一大亮点。头部光模块厂商均展示了LPO产品，博通、MAOCM、Semtech等芯片厂商带来覆盖单模SR和多模DR的VCSEL、Driver、TIA产品。AOI利用TFLN调制器，实现了单CW激光器的DR8方案。 800G多模和1.6T光模块方案 我们重点关注了800G多模光模块和1.6T光模块方案。多模光模块具有明显的价格优势，旭创、新易盛、剑桥科技、MACOM等厂商均展示了800G多模产品。展会现场可以看到16×100G和8×200G的1.6T光模块方案，我们认为8×200G的方案可以提供更好的可靠性和成本优势。 400G OTN、相干下沉有望成为长期需求增长点 国内电信运营商有望在2023年开启400GOTN建设，800GDCI产品可以更好的满足AI带来的数据中心互联需求。华为、烽火科技的400G OTN已经量产，中际旭创、新易盛、德科立等厂商展示了基于相干技术的800GZR、ZR+产品。 国产光芯片进展迅速，积极把握AI需求带来的产品导入机遇 800G光模块需求的高速增长给国产光芯片、光器件厂商带来发展机遇。在COIE展会现场，长光华芯、源杰科技展示了56GBaud PAM4 EML，海信宽带展示了112GBaud PAM4 EML和56GBaud PAM4 EML。仕佳光子展示了100mW、150mW的CW激光器芯片。 投资建议 从光博会可以直观感受到AI带来的增量需求已经成为当前光通信行业发展的焦点。从数据中心内部，到数据中心互联，到广域的算力网络，光通信技术围绕低时延、零丢包、低功耗、低成本等核心诉求快速演进，努力把握AI带来的行业发展机会。我们看好AI带来的数据中心网络、数据中心互联、广域算力网络建设机会 800G/1.6T光模块：我们看中订单确定性较高和业务突破带来的业绩高弹性的优质企业，重点推荐中际旭创、天孚通信、新易盛、联特科技； LPO光模块：重点推荐新易盛、光库科技，建议关注LPO上游的芯片供应商：MACOM、Semtech； 400G OTN和相干下沉：重点推荐光迅科技，建议关注德科立、烽火科技、长飞光纤； 国产光芯片：重点推荐源杰科技、仕佳光子。 风险提示：AI需求不及预期风险、市场竞争加剧风险、产品研发不及预期风险。 1.从光博会（COIE2023）看AI和光通信发展趋势 2023年9月6日，第24届中国国际光电博览会在深圳拉开帷幕，本届展会首次开启了深圳国际会展中心的12个展馆，展示面积突破24万平方米创历史新高。2023信息通信产业发展论坛同步举行，围绕算力、AI、数据中心等关键场景，探讨光通信技术发展趋势。 1.1AI光网络的大带宽、低时延、零丢包要求 2023信息通信产业发展论坛上，中国电信的专家全面总结了AI时代的光通信需求:AI进一步加强了数据中心的网络核心地位。在网络架构层面，围绕着大规模、大带宽、低时延、零丢包核心诉求，IB和ROCEv2展开竞争，800G的需求开始高速增长，CPO、LPO技术快速演进、相干通信下沉到DCI市场（ZR/ZR+）。 图表1：AI时代的光通信，机遇和挑战 根据腾讯云现场的分享，大集群≠大算力。从100G网络到1.6T网络，集群中的GPU平均利用率从32%提升到61%，且GPU的利用率水平更加稳定。带宽、时延、丢包率对GPU集群性能的影响，要远远高于传统的服务器集群。 图表2：AI大模型的网络需求：大带宽、高利用率、无损网络 1.2LPO成为产业共识，薄膜铌酸锂迎发展良机 光模块作为AI算力网络的重要部分。根据Cisco的数据，从640G的交换机到今天51.2T交换机，SerDes速率提升到112Gbit/s。ASICSerDes Power提升了25x，Optics SerDes和其它光器件的功耗提升26x，信号传输能耗占比不断提升。在这一背景下，LPO低功耗特性更加被行业重视。 图表3：网络的能耗增长 图表4：LPO成为新势力 光迅科技在2023信息通信产业发展论坛总结了LPO的三大优势，低功耗，低成本、低时延。根据MACOM的测试结果，在800G DR8场景下，LPO方案比DSP方案的功耗下降50%，时延更低。 但是LPO还有需要解决的问题：交换机具备更强的SerDes，Broadcomde的Tomahawk 5交换芯片已经可以支持LPO。LPO光模块还需要解决互操作性的问题、传输距离有限的问题。在COIE展会上，我们看到了多家公司发布 500M 的DR8 LPO光模块，大部分厂家也在努力完成2km的FR方案。 图表5：光迅科技的LPO产品分析 图表6：LPO的功耗和时延优势 订单AOI在2023通信发展论坛介绍了他们基于TFLN（薄膜铌酸锂调制器）的800G LPO DR8光模块。因为TFLN具有更小的插损，该方案实现了1个CW激光器覆盖8个通道。使用硅光调制的LPO方案，一般需要2个或者4个CW激光器来覆盖8个通道。这就意味着TFLN方案在可靠性、成本方面有可能具备优势。 图表7：COIE2023 AOI展示的LPO DR8测试demo 图表8：COIE2023海思展示的LPODR8测试demo 因为LPO光模块去掉了DSP/CDR，这给光模块上游行业带来一些变化。博通的DSP包含了Driver(驱动芯片)或者TIA（跨阻放大器），在AOI公布的LPO方案中，使用了MACOM的TIA和Semtech的Driver。 图表9：AOI基于TFLN的DR8 LPO方案 图表10：COIE2023 AOI展示的LPO DR8测试demo LPO和CPO的关系，也是展会讨论的重点，这关系到未来光模块产业的形态。 2023信息通信产业发展论坛，光迅科技分享了他们的看法。目前LPO的方案的平均功耗已经做到了8pj/bit，已经符合产业对800G光模块的功耗预期。同时CPO方案确实有更好的功耗表现，博通、Cisco、Intel等多家公司的CPO方案的平均功耗都在4-7pj/bit区间。 但是目前CPO最大的问题还是激光器失效带来的可维护性问题，我们认为外置光源有可能成为CPO交换机的主流形态，而LPO光模块也具有很强的竞争力。 图表11：CPO比LPO功耗更低 图表12：CPO和LPO综合性能对比 1.3800G多模和1.6T光模块方案 我们认为低功耗、低成本是AI算力网络对光通信的长期要求，所以2024-2025年多模SR8 800G的占比会不断提升。展会现场MACOM提供SR方案包括了博通的VCSEL激光器、DSP和MACOM的Driver、TIA。 图表13：MACOM的多模SR8 800G光模块 高意和新易盛展台都展示了SR8 800G多模光模块。 图表14：高意展台的SR8光模块 图表15：新易盛展台的SR8光模块 1.6T光模块同样备受关注。光迅和剑桥科技现场展示了1.6TG光模块产品，其中剑桥科技的1.6T产品使用了2×800G的方案，合计使用了16颗56G PAM Baud EML，和2颗800GDSP。而剑桥科技的1.6T光模块则使用了8颗106.25GBaud PAM4光芯片，采用了8×200G的架构。 图表16：COIE2023光迅展示的1.6T光模块 图表17：COIE2023剑桥科技展示的1.6T光模块 根据腾讯在2023信息通信产业发展论坛分享，使用更高速率的光芯片和SerDes是降低单bit成本和功耗的重要因素。从单bit成本的角度，8*100G的800G光模块和4*100G的400G光模块区别不大，而4*200G的800G光模块才有望显著降低成本。 考虑单个模块内EML芯片数量的增加会严重影响光模块的可靠性。我们认为1.6T光模块需要输出速率200Gbit/s的光芯片、200GSerDes具备成熟方案的情况下才具备明显竞争力，并有效解决可靠性的问题。 图表18：SerDes和光芯片的成本关系 1.4400GOTN、800G DCI和相干下沉 华为公司在2023信息通信产业发展论坛分享了长距离OTN网络的演进规划，2023年400G干线网络、800G城域网、1.2T DCI有望开始部署。 烽火科技、华为均展示了400G干线OTN系统，长飞光芯、亨通光电的654E光缆产品均已具备量产能力，德科立等公司的光放大器也产也开始交付。我们认为，随着三大运营商400GOTN招标工作的开始，2023年有望成为400G OTN部署元年。 图表19：干线、城域网、DCI光通信演进 我们在COIE展会现场没有看到1.2T的相干光模块，中际旭创、烽火科技的展台展示了800GZR/ZR+光模块。 图表20：中际旭创800G ZR/ZR+ 图表21：烽火科技800G相干光模块 1.5国产光芯片的最新进展 800G光模块需求的高速增长给国产光芯片、光器件厂商带来发展机遇。在COIE展会现场，长光华芯、源杰科技展示了56GBaudPAM4EML，海信宽带展示了112GBaud PAM4 EML和56GBaud PAM4 EML。仕佳光子展示了100mW、150mW的CW激光器芯片。 从COIE现场展示的光模块产品看： 800G DSP单模光模块大都采用56GBaud PAM4 EML，基于112 GBaud PAM4 EML的产品较少； 800GLPO光模块根据方案不同，分别需要1/2/4颗CW激光器芯片，功率需求从70m W- 500m W不等。 在400GOTN和800GZR/ZR+产品中，TFLN调制器得到更多的应用，烽火科技展示了使用TFLN调制器的相干光模块产品，光库科技展示了TFLN调制器。 通过现场了解，国内光芯片厂商认为400G、800G光模块需求的高速增长，有可能导致56GBaud PAM4 EML在2024年出现供给紧张的局面，会给国产EML光芯片、国产CW光芯片带来难得的产品导入机会。 图表22：COIE2023光库科技展示的铌酸锂调制器 2.风险提示 AI需求不及预期风险 当前的800G光模块市场以北美的互联网头部客户为主。我们认为AIGC未来的产品开发进度，商业模式有可能影响AI网络建设的节奏。我们相信AI带来的长期产业发展机会，但是如果AI产品商业化过程不达预期，可能会影响短期算力建设需求，从而影响AI相关的光通信企业业绩。 市场竞争加剧风险 在COIE2023现场，可以直观感受到800G光模块厂商之间的激烈竞争氛围。北美互联网公司的供应商数量一般控制住4-5家的前提条件下，短期内可以拿到800G光模块批量订单的公司必然是少数。如果无法在激烈的竞争中胜出，则存在无法兑现800G光模块带来的业绩增长预期。 产品研发不及预期风险 无论是800G光模块、还是国产光芯片，都需要过硬的研发质量来支撑产品送样测试，提升良率降低成本、保证交付质量。一旦产品研发不及预期，就有可能影响产品的送样、测试、交付工作，进而影响公司业绩。