光芯片的机遇

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摩根士丹利发布的《聚焦：光通信市场机遇》报告指出，光通信技术正进入人工智能驱动的第二阶段规模扩张，带宽增长和电气互连的物理限制迫使架构变革，从而扩大了潜在市场规模（TAM），同时也重塑了利润格局。该报告的基本预测是，到2025年，光通信市场规模约为300亿美元，到2028年将超过650亿美元（年复合增长率约为30%）。

此外，与新型光通信技术（铜缆到光纤的Scale Up应用、多种形式的共封装光器件、光路交换以及无源光带外管理）相关的约230亿美元的增量机遇，将使长期市场规模达到约900亿美元。核心的不确定性并非光纤技术的发展方向，而是颠覆性架构的采用时机，以及在以往每年价格下跌10-15%的市场中，价格/利润率能否保持稳定，而近期由于零部件短缺，价格却呈现稳定甚至上涨的趋势。股票市场已经充分消化了持续的供应紧张和快速普及的预期。

报告指出，过去12个月里，与光纤相关的股票涨幅超过300%，目前市盈率约为2028财年预期值的30-40倍，这意味着市场对需求（人工智能资本支出）或价格（激光器/收发器通缩）方面的任何不利因素都难以承受。报告强调，康宁在铜缆向光纤过渡的长期投资中更具吸引力，因为这一过渡尚未完全体现在近期的预期中。报告还指出，鉴于Lumentum的估值所暗示的盈利能力扩张幅度，该公司最有可能面临利润率和价格均值回归的风险。

市场规模和结构性需求驱动因素

该报告的核心框架是，光纤需求正从传统的电信/企业周期转向云端人工智能数据中心，这些数据中心对带宽强度要求更高、升级节奏更快、扩展目标更激进。云数据中心在整体光纤市场中的份额预计将从2021年的28%增长到2025年的63%，并预计到2030年将达到78%，这意味着光纤需求、定价权和波动性将越来越受到超大规模数据中心和“新云”采购行为的驱动，而非运营商周期。目前的人工智能集群架构通过速度升级和过渡解决方案（包括NVLink驱动的扩展和通过有源电缆（AEC）方法扩展铜缆传输距离）得以保持可行性。该报告指出，下一阶段的Scale Up发展将对多项“硬性”限制因素构成挑战：更高速度下的铜缆传输距离、通道/激光传输速度上限、前面板密度/背板限制，以及随着计算封装成为瓶颈，I/O 限制等。这些限制因素预计将在 2027 年至 2030 年期间趋于收敛，某些类别的限制因素将在 2027 年至 2028 年开始进行大规模测试，但广泛应用则需要 5 至 10 年的时间。

第二个结构性驱动因素是电力。电力既是数据中心内部的限制因素（推动高密度部署并促使采用更高效率的互连技术），也是分布式数据中心建设的催化剂（推动更多站点间流量）。报告指出，历史上只有大约 5% 的数据会离开数据中心，但随着电力和空间限制导致单个位置的训练/推理集群规模难以扩展，这一比例在未来几年可能会上升到 20% 至 25%。这会产生“数据倍增效应”，使得跨域扩展/数据中心互连 (DCI) 的需求远超单纯计算能力增长所带来的需求。业内人士的观点各不相同，例如，推理所需的 DCI 需求会增加 3-6 倍（Ciena），而跨站点/区域扩展 AI 集群时，带宽需求会增加约 10 倍（Meta），Cisco 则会增加约 14 倍，具体倍数取决于工作负载和拓扑结构假设。

基准情景下的市场规模：

650 亿美元和 900 亿美元的来源

该报告的 2028 年基准情景以“传统”光通信利润池为基础，尤其是横向扩展网络中的光收发器。到 2028 年，光收发器市场规模约为 503 亿美元，被认为是整个光通信领域中最大的子市场。其他“传统”类别包括跨数据中心/DCI ZR可插拔设备（2028年约为28亿美元）、长途光模块（约40亿美元）和托管光纤网络（MOFN）服务/设备（约23亿美元），以及数据中心内部光纤和系统。在此基准基础上，该报告预测到2028年及以后将出现约230亿美元的“新”光模块市场机遇，这些机遇细分为5个市场，其2028年的潜在市场规模如下：横向扩展的铜缆到光纤转换（约65亿美元）、横向扩展的共封装光模块（CPO）（约29亿美元）、横向扩展的光路交换（OCS）（约57亿美元）、横向扩展的共封装光模块（CPO）（约29亿美元）。

基准情景预测：

650亿美元和900亿美元的市场规模来源

该报告的2028年基准情景预测以“传统”光通信利润池为基础，特别是横向扩展网络中的光收发器。到2028年，光收发器市场规模约为503亿美元，被认为是整个光通信领域中最大的子市场。其他“传统”类别包括跨数据中心/DCI ZR可插拔模块（2028年约为28亿美元）、长途光通信（约40亿美元）以及托管光纤网络（MOFN）服务/设备（约23亿美元），此外还包括数据中心内部光纤和系统。在此基准基础上，该报告预测到 2028 年及以后将出现约 230 亿美元的“新增”光通信市场机遇，并将其细分为五个市场，其 2028 年的市场规模 (TAM) 大致如下：铜缆到光纤的Scale Up升级（约 65 亿美元）、共封装光器件 (CPO) 的Scale Up升级（约 29 亿美元）、光路交换 (OCS) 的Scale Up扩展（约 57 亿美元）、共封装光器件 (CPO) 的Scale Up扩展（约 50 亿美元，明确指出其主要价值在于“激光”，并可替代收发器）以及无源光带外管理（约 30 亿美元）。

报告中的一个关键细节是，“新增市场规模”并非总是能直接增加现有企业的收入。具体而言，横向扩展型CPO被建模为取代传统的收发器模块，将物料清单（BOM）和经济效益转移到交换机和光引擎，而非可插拔收发器。这造成了一种矛盾：行业潜在市场规模（TAM）可能会扩大，但如果CPO渗透率加速增长，特定细分市场（尤其是商用收发器收入）将面临不利影响。该报告的基本假设是，到2028年，横向扩展型CPO的渗透率约为15%（基于第三方估算），并指出更高的渗透率将加剧架构变革和收入重新分配，即使它不会减少底层“出货量”。

技术转型：

机制、经济效益和采用阻力

Scale Up：铜缆向光纤过渡

Scale Up链路的特点是短距离连接（通常小于1-2米），涵盖芯片间、板间、背板间以及直连电缆（DAC）连接。由于前期成本较低、可靠性较高且短距离功耗较低，铜缆历来占据主导地位。报告指出，铜缆的性能提升空间目前主要受限于高速传输时的信号完整性，这导致最大传输距离缩短，并需要更多的均衡和有源电子器件。报告援引当前速度下采用有源均衡（AEC）的传输距离约为5米，并指出在下一代带宽下（据称在“Rubin”世代可能减半），有效传输距离可能会大幅缩短，这意味着届时转向光纤将不再是可选项。

采用光纤的障碍不仅在于资本支出成本，还在于运营风险和功耗。该报告援引微软的研究表明，在某些情况下，光纤的功耗和故障率可能比铜缆高出100倍，因此可靠性/功耗比单纯的采购价格成为主要制约因素。因此，光纤过渡被认为是可能但渐进的，多种“桥接”技术（例如有源光缆、线性光学器件、新型发光器件如MicroLED、空芯光纤）有望延长铜缆的使用寿命或降低光纤带来的性能损失。由于公开数据有限，市场规模的估算颇具挑战性，但该报告根据铜缆的需求份额和增长假设，估算出目前铜缆数据传输市场规模约为15亿美元，到2030年将增长至约50亿美元。报告还指出，光纤布线的成本至少是铜缆的两倍（有的案例甚至高达六倍）。这也凸显了高密度化带来的非线性影响：康宁公司曾公开讨论过，随着每个节点/机架中GPU数量的增加，对光纤密度的需求将大幅提高，这意味着单位体积（每个交换机/机架的光纤数量）的增长速度可能超过简单的带宽扩展。

从投资角度来看，这种转型在结构上对光纤和连接供应商有利，但其盈利路径对可靠性工程和运营验收异常敏感。“故障/功耗增加100倍”的说法表明，纯粹的“铜缆遇到瓶颈，因此光纤取而代之”的叙事低估了混合架构过渡期延长的可能性。反过来，这增加了短期内受益者可能是那些提供渐进式“桥接”解决方案（AEC/AOC、改进型连接器、更高密度的布线）的公司，而长期收益则可能在架构发生决定性转变时才归于光纤供应商。

Scale Up：共封装光器件和光I/O

在Scale Up过程中，共封装光器件 (CPO) 被视为铜缆到光纤过渡的推动者和加速器，最终解决封装技术向2.5D/3D集成和光I/O发展过程中出现的I/O瓶颈问题。其核心价值在于通过将光引擎更直接地集成到封装内或靠近交换机/处理芯片的电路板上，从而缩短电气走线长度，降低功耗和延迟，同时支持更高的带宽密度。

该技术的采用阻力较大，且被明确地描述为多方面的：

1. 可靠性和可维护性：将光器件放置在更靠近ASIC的位置会增加“故障成本”，降低热插拔能力，并且如果故障需要断电并更换更大的子系统而不是模块化可插拔组件，则会增加运行停机时间。

2. 制造成本和良率：CPO 的平均售价约为传统可插拔器件的 8-10 倍，良率较低，主要受封装复杂性、散热限制、信号完整性挑战以及异构组件兼容性等因素的影响。

3. 生态系统和标准化：CPO 的特点是标准化程度较低，集中度较高，尤其集中在英伟达和博通的研发进度和设计选择上，这意味着供应商集中度更高，利润更有可能从光器件供应商转移到占主导地位的交换机/加速器平台。

4. 供应链创新：成功需要一个涵盖光器件、DSP、ASIC 和先进封装/测试的集成生态系统，相对于成熟的可插拔器件生态系统而言，这种规模的集成是前所未有的。

该报告还指出，光I/O和CPO相关生态系统的战略活动日益活跃，包括Marvell宣布收购Celestial AI，以加速下一代数据中心和光I/O的连接规模化发展。报告还提及Ciena以2.7亿美元收购Nubis Communications，以拓展其数据中心内部战略，这与系统供应商向上游拓展CPO/NPO模块和先进连接技术的趋势相符。这些交易证实，平台和系统供应商正日益将先进光子技术视为核心能力，而非采购项目。如果整合程度进一步加深，这种动态可能会从根本上削弱零部件供应商的长期议价能力。

横向扩展（SCALE-OUT）：光路交换

光路交换 (OCS) 旨在通过将流量保持在光域内并避免重复的光电光 (OEO) 转换来降低延迟和功耗。在运行上，它类似于电路交换机：路径配置和维护直至重新配置，这对于持续时间长、可预测的流量模式来说是最佳选择，但不太适合高度动态的流量。该报告强调，由于需要深入了解流量模式以及动态路由环境的挑战，OCS 更可能作为增强网络部署，以提高人工智能集群的可靠性、资源池化和重配置能力，而不是完全取代分组交换主干网。

该报告对OCS的潜在市场规模（TAM）的预测相对于历史部署情况而言较为激进，预计其收入将从2024年的约1.98亿美元增长到2028年的约57亿美元。这一预测基于后端以太网交换机端口的扩展以及OCS渗透率从2028年占端口总数的15%增长到25%，同时OCS设备的平均售价每年下降约10%。隐含的市场普及与使用OCS的TPU/GPU端口数量随着AI集群规模的扩大而急剧增长密切相关。这一增长趋势与业界对用于AI的光纤架构的探索方向一致，包括谷歌发布的关于“光波架构”以及用于数据中心和机器学习系统的大规模光路交换的研究成果。此外，学术界和业界的评论也表明，在紧密耦合的机器学习集群中，大规模部署此类架构以处理长期流量模式的经验表明，OCS在某些工作负载中可以作为一种重要的架构元素。

然而，OCS 的经济可持续性取决于两个结构性因素。首先，OCS 在解决延迟和效率问题上面临着分组交换芯片和拥塞控制技术的持续进步的竞争，如果分组交换技术的改进速度超出预期，OCS 的普及率可能会受到限制。其次，OCS 的最大价值可能体现在可预测的流量矩阵和高延迟成本工作负载的交汇点；如果工作负载的异构性增加（混合训练/推理、多租户 AI 云）且流量变得更加动态，那么 OCS 的应用可能仍然集中在少数能够进行深度软硬件协同设计的超大规模云服务商手中。报告本身也指出了谷歌长期以来有限的部署，这意味着即使技术上可行，运营和标准化也可能成为长达数年的瓶颈。

横向扩展：板载光器件共封装

横向扩展共封装光器件 (CPO) 的出现源于传统可插拔收发器的局限性：成本（约占数据中心成本的 10%）、功耗、故障率、通道扩展限制（传统收发器最多只能支持 16 个通道）、单激光器理论速度上限（在某些假设下无法达到 400G 以上，这意味着上限为 6.4T）以及前面板/背板密度限制。将光器件集成到电路板上可以缩短电路路径长度，并通过消除部分光电光转换损耗来降低延迟和功耗，同时实现更高的密度。

该报告指出，横向扩展共封装光器件 (CPO) 具有颠覆性的经济意义。虽然光器件总量可以保持或增加，但其封装方式发生了变化。报告指出，在CPO架构中，大约一半的收发器物料清单(BOM)将被集成到交换机上。报告的基本假设是CPO架构的渗透率约为15%，并据此预测，到2028年，约有50亿美元的收入将从收发器模块转移到板载光引擎/激光器。报告还引用分析指出，CPO架构可以通过减少布线和收发器需求，降低约7%的数据中心总成本。这意味着，如果运营风险能够得到缓解，超大规模数据中心运营商将有直接的动力推动CPO架构的普及。

CPO架构的普及阻力与CPO架构的规模化发展阶段非常相似：更高的故障影响、不支持热插拔、故障排除难度大（可能需要停机）、良率低以及标准不成熟。对于零部件供应商而言，最终影响尚不明确，取决于其在新BOM中的定位。拥有差异化激光器/光子集成能力的供应商可能会保留相当可观的市场份额，而主要依赖收发器模块组装的供应商则可能面临结构性挑战，因为集成方向可能会转向交换机供应商和严格控制的生态系统。

基于无源光网络的带外管理

带外管理 (OOBM) 通常通过与生产网络分离的低速交换机和铜缆来实现，以便进行监控、故障排除和设备恢复。该报告指出，OOBM 是一项不容忽视的成本支出（预计占以太网交换市场的 2-5%，考虑到机架成本上涨，人工智能机架的 2-3% 可能占比更高）。将 2-3% 应用于约 1500 亿美元的云网络市场（交换机加收发器），可得出 30-40 亿美元的市场机会，这与报告中对 2028 年 30 亿美元潜在市场规模的预测相符。

Ciena 的 DCOM 被重点介绍为与 Meta 共同开发的基于 PON 的重新设计方案，它减少了有源网络元件，并用无源光技术取代了以太网聚合。据称，其优势包括节省约 99% 的机架空间和降低约 30% 的功耗，这与报告中更广泛的“功耗是制约因素”的论点直接相关。采用风险主要来自客户集中度和协同设计摩擦：例如，与 Meta 的协同设计周期长达两年，而未来与超大规模运营商的集成周期可能会更短（约 6 个月），但仍然不容忽视。竞争风险也不容忽视，因为 PON 技术存在于多家供应商（包括传统电信 PON 竞争对手）中，如果市场规模扩大，则不太可能形成持久的垄断经济。

跨域扩展：数据中心互连 (DCI)、

ZR 可插拔光模块、系统和 MOFN

跨域扩展（Scale-across ）需求被视为电力限制的次要影响：单个站点扩展能力的不足导致站点间集群分布增加，从而提高了数据中心外流流量的比例，并对 DCI 带宽产生倍增需求。在 DCI 领域，该报告强调了架构上的转变，即由于成本和功耗优势，短距离传输正从基于机箱的系统转向可插拔光模块。报告指出，可插拔光模块的成本约为系统成本的 20%，平均售价 (ASP) 约为 2000-3000 美元，而系统的平均售价则为 25000-40000 美元。ZR 光模块最初用于短距离传输（<200 公里），但随着 ZR+ 和更高速率（包括 800G）的扩展，其应用范围也随之扩大。报告还指出，可插拔光模块在结构上仍然最适合城域网（<1000 公里），而系统则在长距离传输（>1000 公里）中占据主导地位。

与收发器相比，光纤的供需关系和竞争格局存在显著差异。可插拔光纤的竞争更为激烈，供应商更多，这意味着价格压力可能更早出现。而系统和远距离相干解决方案则更受少数几家现有厂商（尤其是 Ciena、诺基亚和思科）的青睐。报告还重点介绍了“多轨”架构（尤其是 Ciena 的架构），该架构能够提高每个机架的光容量密度，密度提升高达 32 倍（每个机架 128 轨对比每个机架 4 轨），这种机制通过集中带宽和减少光线路系统的占地面积来缓解空间和电源限制。

MOFN 被视为一种结构性渐进式机遇，服务提供商可以为那些因监管或规模扩张等原因无法或不愿拥有光纤的超大规模企业管理或租赁光网络。该报告引用第三方估计，到 2030 年，非直接 DCI/分散部分将达到约 20 亿美元，从 2025 年到 2030 年以约 13% 的复合年增长率增长，这表明即使超大规模数据中心拥有的直接 DCI 增长放缓，价值向托管服务和分散架构的转移也可以逐步扩大支出。

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（来源：编译自大摩）

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