9.1 光模块产业与速率演进

9.1 光模块产业与速率演进

在 AI 集群里，光模块是个容易被低估的角色——它小小一颗，却能把整机成本吃掉相当大一块。理解光模块，就理解了机柜间组网的经济账。

9.1.1 光模块在 AI 集群里的角色

回顾第 5 章，AI 集群的机柜间组网依赖光纤通信。但 GPU 和交换机本身处理的是电信号，光纤传输的是光信号——这就需要一个"电↔光"转换器件，这就是光模块。

光模块一头接交换机/网卡（电接口），一头接光纤（光接口），完成电信号和光信号的相互转换。在大型 AI 集群里，交换机之间、机柜之间的每条光纤链路两端都需要光模块，数量极其庞大。一个上万卡规模的集群，光模块数量动辄以十万乃至百万计。

光模块在集群里的位置：

GPU ──(电)── 网卡 ──[光模块]──(光)── 光纤 ──[光模块]── 交换机 ──(光)── 光纤 ──[光模块]── 对端

每条光纤链路两端各一个光模块，
大型集群里光模块数量以十万~百万计。
​

💡 为什么光模块成本占比高：因为数量太多。单颗光模块可能几十到几百美元，但乘以百万颗，就是数千万乃至上亿美元的支出。这就是为什么光模块成本能占到大型 AI 集群总成本的相当比例（业内估算可达 10%–20% 甚至更多）。

9.1.2 光模块的速率演进

光模块的核心指标是速率——每秒能传输多少数据。AI 集群对带宽的渴求推动光模块速率快速演进：

• 100G/200G：前几代主流，用于中等规模集群。
• 400G：近年主流，用于较大规模集群。
• 800G：当前最新主流，大型 AI 集群标配。
• 1.6T：下一代，正在产业化推进中。

速率演进的意义在于——同样规模的集群，光模块速率翻倍意味着光纤数量减半，对应的布线、空间、成本都大幅下降。所以光模块速率提升，直接关系到 AI 集群的可扩展性和经济性。

光模块速率演进主线：

100G ─► 200G ─► 400G ─► 800G ─► 1.6T
                                ↑
                        当前大型 AI 集群边界

每代速率翻倍，光纤数量减半，集群可扩展性提升。
​

9.1.3 光模块的内部结构

一颗现代高速光模块内部相当复杂，核心器件包括：

其中 DSP 值得特别关注。在高速率（400G 及以上）下，光信号经光纤传输后会严重失真，需要强大的 DSP 来"恢复"信号。DSP 的设计和制造难度极高，是高速光模块的成本核心——一颗高速光模块里，DSP 往往占成本的大头。

⚠️ DSP 的供应链意义：高速光模块的 DSP 多由少数美国厂商（如博通、Marvell 等）设计，制造依赖台积电先进制程。这意味着即使光模块的组装在国内，其核心 DSP 仍是地缘敏感环节。这是光模块供应链的一个微妙之处。

9.1.4 硅光：用芯片工艺造光器件

传统光器件是用分立元件（如 III-V 族材料激光器）手工或半手工组装的，体积大、成本高、一致性难控。硅光（Silicon Photonics） 的核心思想是——用成熟的硅芯片工艺来制造光器件，把激光器、调制器、波导等集成到硅芯片上，实现光器件的"芯片化"。

硅光的好处是——可以借用硅工艺的成熟度和规模效应，大幅降低光器件成本、提高一致性。这对降低高速光模块的总成本意义重大，是光模块产业的重要演进方向。但硅光也有挑战——硅本身不能发光（硅是间接带隙材料），激光器仍需用 III-V 材料集成到硅上，工艺复杂。

硅光的意义：

传统光器件：分立元件组装，体积大、成本高
硅光：      用硅芯片工艺集成光器件
            借规模效应降本，提高一致性

挑战：硅不发光，激光器需异质集成
      工艺复杂，但前景广阔
​

9.1.5 CPO：光模块的下一个范式

CPO（Co-Packaged Optics，共封装光学） 是更激进的方向——把光模块直接和交换芯片封装在一起，而不是像现在这样作为独立插件插在交换机面板上。

CPO 的动机是——当前交换芯片的速率越来越高，从交换芯片到面板光模块的电连接（板级走线）成为功耗和信号完整性的瓶颈。把光模块移到和交换芯片同一封装里，缩短这段电连接，能大幅降低功耗、提升速率密度。

CPO 仍处于产业化早期，技术挑战不少（封装良率、可维护性、标准化），但它代表了光互联的未来方向。如果 CPO 成熟，交换机的功耗和带宽密度会有质的提升。

CPO 的范式转变：

传统：交换芯片 ──(板级电走线)── 面板光模块 ── 光纤
      电走线长，功耗高，速率密度受限

CPO：  交换芯片 + 光模块 共封装 ── 光纤
      电走线极短，功耗低，速率密度高

CPO 是光互联的未来方向，但仍处产业化早期。
​

9.1.6 光模块产业的格局

光模块产业的格局有一个很有意思的特点——中国厂商在全球光模块市场占据重要地位。这与芯片制造（高度集中）、先进封装（台积电主导）形成鲜明对比。

具体来说，中国厂商在中低速光模块市场已占主导，在高速光模块（800G）市场也有重要份额。这是国产 AI 集群供应链里相对自主的环节之一——光模块的整机制造国内强，但核心器件（DSP、高端激光器）仍有外部依赖。

💡 光模块：国产供应链的相对强项：与制程、CoWoS、HBM 这些高度集中且地缘敏感的环节不同，光模块是国内产业链相对较强、自主化程度较高的环节。这让昇腾路线在"机柜间互联"这一块有较好的供应链保障，相对缓解了"链"层面的压力。

思考与延伸

1. 光模块速率从 800G 提升到 1.6T，对一个 10 万卡集群意味着光模块数量减半。但 1.6T 光模块单价可能更高。综合下来，集群总成本会下降吗？
2. 硅光和 CPO 都是为了降低光互联成本，但两者路径不同。你认为哪个会先大规模落地？各自的瓶颈是什么？
3. 中国厂商在光模块整机制造上强，但 DSP 依赖外部。如果 DSP 供应受限，国产光模块的竞争力会受多大影响？

本节关键词：光模块、800G、1.6T、硅光、CPO、DSP、激光器　返回：第 9 章支柱页　下一节：9.2 铜缆与背板连接