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LPO：光模塊新一代技術(shù)路線，產(chǎn)業(yè)格局梳理

時(shí)間：2023-06-15 來(lái)源：瀏覽：

LPO：光模塊新一代技術(shù)路線，產(chǎn)業(yè)格局梳理

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當(dāng)前AI 算力需求爆發(fā)帶動(dòng)光模塊放量，AI 服務(wù)器對(duì)于底層數(shù)據(jù)傳輸速率和延時(shí)要求非?？量蹋枰咚俾实墓饽K匹配。隨著800G以及后續(xù)1.6T等速率的升級(jí)，將帶動(dòng)光模塊相關(guān)技術(shù)路線的前瞻研發(fā)與迭代升級(jí)。

作為AI算力產(chǎn)業(yè)鏈中國(guó)產(chǎn)化程度最高的環(huán)節(jié)之一，光模塊技術(shù)儲(chǔ)備前沿核心產(chǎn)品，CPO和LPO等新一代技術(shù)在降低光模塊成本及功耗上作用顯著，有望成為性價(jià)比最高的選擇，以及未來(lái)最有潛力的技術(shù)演進(jìn)路徑。

相比于CPO而言，LPO仍然采用可插拔模塊的形式，其可靠性高，維護(hù)方便，可以利用成熟的光模塊供應(yīng)鏈，并未像CPO進(jìn)行較大的封裝形式革新。

延展閱讀：共封裝光學(xué)（CPO）：人工智能高算力賽道，核心環(huán)節(jié)梳理

同時(shí)，LPO方案成本優(yōu)勢(shì)突出，滿足AI計(jì)算中心短距離、大寬帶、低延時(shí)要求，同時(shí)能夠大幅減少系統(tǒng)功耗。相比于可插拔光模塊，LPO的功耗下降約50%，與CPO的功耗接近。

以上這些都成為L(zhǎng)PO方案受到關(guān)注的原因。

LPO光模塊相比傳統(tǒng)可插拔光模塊可大幅降低功耗：

光通信行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)LightCounting預(yù)計(jì)，使用基于SiP的光模塊市場(chǎng)份額將從2022年的24%增加到2028年的44%。該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，傳統(tǒng)的可插拔模塊將在未來(lái)5年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)主導(dǎo)市場(chǎng)。

預(yù)計(jì)業(yè)內(nèi)將在2024年底首次部署LPO光模塊，到了2026年-2028年，LPO/CPO端口將占到800G和1.6T總部署端口的30%以上。

01 LPO行業(yè)概覽

LPO(Linear-drive Pluggable Optics)是線性驅(qū)動(dòng)可插撥光模塊，在數(shù)據(jù)鏈路中只使用線性模擬元件，無(wú)需DSP或者CDR芯片。

目前高速傳統(tǒng)光模塊中通過(guò)DSP（高速數(shù)字處理芯片）對(duì)高速信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。

DSP擁有數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)功能、色散補(bǔ)償功能（去除噪聲、非線性干擾等因素影響），因此可以較低誤碼率實(shí)現(xiàn)信號(hào)恢復(fù)。

DSP雖然功能非常強(qiáng)大，但也帶來(lái)了很大的功耗和成本開銷。例如400G光模塊中用到的7nm DSP, 功耗約為4W，占到了整個(gè)模塊功耗的50%。

通過(guò)LPO線性直驅(qū)的技術(shù)把DSP替換，使用高線性度、具備EQ功能的TIA和DRIVER芯片，比傳統(tǒng)的DSP解決方案大大降低了功耗和延遲。

這種低延遲傳輸能力十分有利于當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)ML和高性能計(jì)算HPC等領(lǐng)域交換機(jī)之間，數(shù)據(jù)中心交換機(jī)到服務(wù)器和GPU之間的短距離傳輸應(yīng)用。

其系統(tǒng)誤碼率和傳輸距離較短的問(wèn)題，在AI計(jì)算中心短距離應(yīng)用場(chǎng)景下解決，較為適合AI大模型預(yù)訓(xùn)練場(chǎng)景，在AI時(shí)代有望加速落地。

同時(shí)，DSP價(jià)格較高，在400G光模塊中，DSP的BOM成本約占20-40%。

LPO的Driver和TIA里集成了EQ功能，成本會(huì)較DSP上浮少許，但LPO方案還是可以將光模塊成本下降許多。因此，LPO的低價(jià)格特性也望在800G時(shí)代實(shí)現(xiàn)大放量。

LPO技術(shù)路線：

資料來(lái)源：EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)

02 LPO市場(chǎng)格局

光通信行業(yè)知名市場(chǎng)機(jī)構(gòu) LightCounting 公布了最新版 2022 年全球光模塊 TOP10 榜單。榜單顯示，中國(guó)光模塊廠商強(qiáng)者愈強(qiáng)，一共 7 家入圍，海外僅剩 3 家在榜單上。

根據(jù)榜單，中國(guó)光模塊廠商 2010 年僅有武漢電信器件有限公司（WTD，后與光迅科技合并）入圍；2016 年，海信寬帶、光迅科技兩家入圍；2018 年，依然只有海信寬帶、光迅科技兩家入圍。2022 年，旭創(chuàng)科技（排名并列第 1）、華為（排名第 4）、光迅科技（排名第 5）、海信寬帶（排名第 6）、新易盛（排名第 7）、華工正源（排名第 8）、索爾思光電（排名第 10）入圍。值得一提的是，索爾思光電被中國(guó)公司收購(gòu)，故本期已是中國(guó)光模塊廠商。

全球光模塊TOP10榜單：

資料來(lái)源：LightCounting

可以看出，中國(guó)光模塊廠商的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力大大提高，光模塊行業(yè)呈現(xiàn)強(qiáng)者愈強(qiáng)的局面，行業(yè)集中度和規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)不斷提升。

硅光、CPO、LPO 等前沿技術(shù)有望成為未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)著力點(diǎn)，二線廠商有望在新技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)趕超。延展閱讀：高速光模塊&CPO：產(chǎn)業(yè)格局全景梳理

LPO市場(chǎng)格局方面來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)廠商新易盛、劍橋科技等已發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品，旭創(chuàng)科技（中際旭創(chuàng)全資子公司）、華工科技等已有技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)品開發(fā)，海信寬帶推出了800G線性互聯(lián)光纜。

新易盛在LPO技術(shù)領(lǐng)域已深入布局，實(shí)現(xiàn)基于LPO方案的800G光模塊產(chǎn)品以及單波200Gbps 技術(shù)的800G光模塊；劍橋科技目前已有LPO產(chǎn)品在個(gè)別廠商小規(guī)模試用，預(yù)計(jì)在2023年7月和9月向國(guó)內(nèi)外客戶送樣測(cè)試各種類型的LPO光模塊，預(yù)計(jì)在 2023年第三季度開始樣品小批量發(fā)貨；中際旭創(chuàng)在LPO方面已有技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)品開發(fā)，并組建了LPO項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)；華工科技擁有自主開發(fā)的硅光技術(shù)，針對(duì)LPO技術(shù)已研發(fā)立項(xiàng)；仕佳光子激光器芯片等產(chǎn)品能夠配合LPO技術(shù)產(chǎn)品的相關(guān)功能要求實(shí)現(xiàn)更高性能。

高線性度的TIA、Driver芯片作為L(zhǎng)PO技術(shù)的核心零部件，目前有Macom、Semtech、美信等主要供應(yīng)商，博通也在推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)。劍橋科技與Macom深入合作，且正在向微軟供貨高速光模塊。

同時(shí)，北美云廠商正在積極擴(kuò)充算力資源，未來(lái)微軟、Meta、AWS、谷歌都有可能逐步接受LPO方案。

值得注意的是，LPO方案需要和交換機(jī)進(jìn)行配合，對(duì)光模塊廠商在產(chǎn)業(yè)內(nèi)上下游合作協(xié)同要求更高。當(dāng)前不光是高速光模塊公司，包括交換芯片廠家、交換設(shè)備廠家、超算公司都在積極投入，整個(gè)業(yè)界的上下游都在關(guān)注LPO進(jìn)展。

從綜合性能來(lái)看，光電共封方案（CPO）在綜合性能上表現(xiàn)最優(yōu)，是有望最有潛力實(shí)現(xiàn)高集成度、低功耗和低成本的封裝方案。但是由于目前的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈尚不成熟等原因，短期內(nèi)難以大規(guī)模應(yīng)用。而線性直驅(qū)方案（LPO)更易實(shí)現(xiàn)且同時(shí)具備功耗低、低延遲等優(yōu)勢(shì)，能夠高度契合 AI 計(jì)算中心短距離、大帶寬、低功耗、低延時(shí)的需求，短期內(nèi)更容易實(shí)現(xiàn)，但是在未來(lái)更長(zhǎng)距離以及更高速率方案的可行性可能存在一定的挑戰(zhàn)。

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