共封装光学CPO:光模块新一代技术趋势,核心环节龙头梳理

光模块产品逐渐向可热插拨、小型化、高速率、智能化、集成化方向发展,光模块封装形式也随之迭代更新。

目前主流的封装技术是可插拔式(Pluggable),光模块先接上光纤,然后通过SerDes通道,将信号送到网络交换芯片(AISC),该传统技术难以支撑高算力背景下的速率演进。

共封装光学是业界公认未来高速率产品形态,是未来解决高速光电子的热和功耗问题的最优解决方案之一,有望成为产业竞争的主要着力点。

CIR表示,基于CPO的设备最初将用于超大规模数据中心,2023年超大型数据中心CPO设备收入将占CPO市场总收入80%。此外CPO将在一年左右的时间内进入其他类型的数据中心,未来将进一步在边缘和城域网络、高性能计算和传感器等领域发挥更多优势。

根据CIR预测,到2027年,共封装光学的市场收入将达到54亿美元。到2025年,专用共封装(Specialized Co-Packaged)光学组件销售收入预计将超过13亿美元,到2028年将增长到27亿美元。#光模块##CPO##光通信#

共封装光电CPO行业概览

共封装光学(Co-packagedOptics,缩写为CPO)是一种新型的光学封装技术,旨在将光学元件直接封装在芯片内部,可以通过更短的光学路径和更紧密的光学耦合实现更高效的光通信,同时也可以减少光学连接和对准的复杂性,从而实现更高密度的光电集成和更高性能的光通信系统。

CPO也就是将光模块不断向交换芯片靠近,缩短芯片和模块之间的走线距离,并逐步替代可插拔光模块,最终把交换芯片(或XPU)ASIC和光/电引擎(光收发器)共同封装在同一基板上,引擎尽量靠近ASIC,以最大程度地减少高速电通道损耗和阻抗不连续性,从而可以使用速度更快、功耗更低的片外I/O驱动器。

光电共封装图例:

目前CPO技术仍处于布局初期,由于可靠性和成本等因素,在较低速率光模块中优势尚未明显体现。

在CPO技术主要应用的高速数据中心市场中,业内最先进技术包括400G 及更高速率光模块,其要求使用的激光器芯片直调速率高达50G或100G。

目前CPO 主要用于800G 及以上的数据中心收发器,技术发展和产业化有待进一步成熟。

从技术升级方向来看,短期内仍然以成熟&低成本的可插拔式为主。根据Lightcounting,CPO出货预计将从800G和1.6T端口开始,于2024至2025年开始商用,2026至2027年开始规模上量。

CPO市场规模及增速:

资料来源:Yole

目前CPO还有许多亟待解决的关键技术问题需要突破,例如如何选择光引擎的调制方案、如何进行架构光引擎内部器件间的封装以及如何实现量产可行的高耦合效率光源耦合。

传统的基于像EML、DML等分立式光学引擎设计的一些方式,基本上不再能满足Co-packaging对空间的一些要求。

共封装光学CPO市场格局

从全球竞争格局方面,CPO系全球前沿技术,目前国外多家不同背景的大厂商均已开始布局该领域研发。

比如Cisco、博通,英伟达、英特尔等海外大厂,均在布局第一代CPO、ASIC交换芯片以及光引擎技术方案。

比如:设备商思科和Juniper未来都将推出51.2T/s的CPO交换机;博通发布了基于光电共封装(Co-PackagedOptics,CPO)技术的下一代交换机ASIC芯片的发展路线图。国内厂商锐捷网络正式推出首款应用CPO技术兼容液冷散热模式的技术中心交换机。

此外正在积极开发相关技术和产品的公司还包括:Ayar Labs、Facebook、IBM、Intel、Microsoft、POET Technologies、Rain Tree Photonics、Ranovus、Rockley Photonics、SABIC、SENKO和TE Connectivity。

博通CPO技术发展路线:

据市场调研公司CIR分析,在CPO领域活跃的大型上市公司比例较高,表明CPO前景备受看好。

此外,在技术标准化工作方面,除了CPO合作组织和OIF,IEEE和一些封装行业都会积极推进CPO标准的建立以及该技术的发展。

国内厂商也在积极布局CPO领域,目前以研发代工光引擎和实现ASIC交换芯片的连接和互通业务为主,涉及该领域的主要厂商包括亨通光电、天孚通信、中际旭创和新易盛等。其中一类是代工光引擎的公司,主要做封装组装和测试,比如天孚通信;另外一类以做光模块为代表,比如新易盛和中际旭创等。

国内厂商在800G、1.6T光模块,以及CPO封装技术的布局:

资料来源:行行查

从市场份额上来看,根据LightCounting,在过去的十年里,中国的光器件和模块供应商凭借成本优势逐渐在全球市场上获得份额,目前在全球光模块市场占主导地位。

2022年,光模块全球市前10名中国占据7家,其中中际旭创、Coherent、思科、华为四家厂商占据全球光模块市场份额超过50%,中际旭创和Coherent分别获得近14亿美元的收入。

光模块全球市占率排名:

整体来看,CPO是长期来看在实现高集成度、低功耗、低成本以及未来超高速率模块应用方面是综合最优的封装方案,随着高速率光模块的放量,CPO有望迎来快速发展!

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页面更新:2024-03-29

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