- 文章
- 研究观点
- 电子设备、仪器和元件
中国科技行业 光学：硅光技术处于拐点
汇丰前海证券研究部A股科技硬件行业研究主管何方认为，硅光技术有望加速渗透至1.6T光模块领域。
硅光技术正在改变光模块的组成结构。光模块主要用于实现光电信号间的转换，以及数据中心服务器、交换机和存储设备间光电信号的发射和接收。光模块需通过集成化设计来满足功率、成本和带宽要求。硅光技术利用当下主流的CMOS工艺将光子元件集成到同一芯片中，该技术广泛用于硅基芯片制造。
硅光模块结构示意图
资料来源：英特尔、汇丰前海证券
硅光模块主要由光子集成电路（PIC）、电子集成电路（EIC）及其他元器件组成。PIC主要由波导、调制解调器、光栅、耦合器和光电二极管检测器（PD）等器件组成（有时还包括激光器等）。EIC主要由驱动器、跨阻放大器（TiA）和微控制器（MCU）等元器件组成。硅光模块将有无源光子元件集成到同一芯片中，这有助于降低功耗并产生更小形状因子。
光模块和硅光模块主要元器件比较
资料来源：Coherent、中际旭创、汇丰前海证券
硅光技术有望加速渗透至1.6T光模块领域。近期硅光模块在800G和1.6T产品中的渗透率呈明显上升趋势，且硅光已成为主要网络公司新一代产品（如共封装光学和封装内光学）的重点展示内容，其原因在于硅光的高度集成结构能够满足更低功耗、更低成本和更高带宽密度要求，是未来实现数据中心互连的适用方案。我们认为硅光在1.6T及更高速率光模块领域的优势将更加凸显。
硅光供应链分析。我们分析并比较了传统分立式模块和硅光模块的组成结构及成本，发现供应链格局正在发生变化：（1）代工厂凭借成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）生产工艺、工艺设计套件（PDK）和设计IP库逐渐成为生产硅光芯片的关键主体；（2）相较电吸收调制（EML）激光器，硅光模块采用结构更加简单且成本更低的高功率连续波（CW）激光器；（3）封装工艺及设备方面，硅光模块需将光纤阵列与高度集成的硅光芯片相连，因此精密耦合器的需求日益旺盛。
代工厂是硅光芯片规模扩张的关键角色。代工厂拥有较为成熟的CMOS工艺、强劲的先进芯片制造研发能力、知识产权（IP）储备库、EDA工具和先进封测能力。这些优势能够让第三方硅光设计公司更关注模块和系统级优化，并在改进硅光晶粒集成方面提供专业经验。每个代工厂均具备其自有工艺设计工具包（PDK）和设计IP储备库，设计/系统客户能够基于代工厂提供的上述工具开发其自有硅光芯片。
硅光芯片封装的发展与硅芯片类似。电子芯片和光电芯片的集成主要有四种方式，即单片集成、2D封装、3D封装和2.5D封装，这些方式均基于先进封装技术，例如硅通孔（TSV）和倒装芯片（flip-chip）。这些技术与硅芯片的先进封装高度相似，因此代工厂和封测代工厂（OSAT）在EIC和PIC的集成领域扮演着关键角色。
减少封装方案中的激光源是节约物料成本的关键。对于硅光模块中采用的分布式反馈激光器（DFB）激光源，其最重要的要求是光输出功率。功率越高，所需激光芯片的数量越少，因此能够节约成本。行业正在开发更高功率的连续波激光芯片，我们认为更高功率的连续波激光芯片能够实现单驱动方案，进入量产后有望进一步节约物料成本。