通信：光子的黄金十年-AI拉动下的光学革命

内容目录一、光通信-AI算网融合下的传输最优解之一 6光通信产业链 6网络架构分析以及对应光通信网络 7以太网VSIB，兼容性与高性能之争 8英伟达：IB和NV网络打造高性能集群 10超以太网联盟：广泛的群众基础，持续优化提高性能表现 13800G/1.6T后全面进入TB时代 14二、光子通信新路径—封装与材料的革新 17封装侧：CPO/LPO/板上光互联 17传统PAM4+DSP 17CPO共封装是长期方向 19LPO，800G时代最具潜力的方案 20光互联的进化：向短距离渗透，向高密度升级 22材料侧：硅光/薄膜铌酸锂 242.2.1硅光 242.2.2薄膜铌酸锂 27三、光子的现在与未来—光交换/光计算 28谷歌的光交换OCS体系 28Intel等为主的光计算芯片 29四、光子的更多场景—卫星+汽车 31卫星光—星间激光 31汽车之光—激光雷达 34五、边缘计算：始于AI，赋能应用 38模型由大到小，AI走上应用的快速路 38应用曙光已现，期待AI飞轮下的百花齐放 39物联网：复苏与扩张共振 43六、投资建议从0到1”与“从1到1”的机会 七、风险提示 48图表目录图表1：光通信产业链梳理 7图表2：网络架构种类繁多 7图表3：以太网应用场景众多 8图表4：以太网应用场景众多 8图表5：传统模式VSRDMA模式 9图表6：以太网网络带宽演进 9图表7：InfiniBand网络带宽演进 9图表8：计算140-nodeDGXSuperPOD的结构拓扑 11图表9：计算80-nodeDGXSuperPOD的结构拓扑 11图表10：计算光纤交换机和电缆数量 11图表11：计算光纤交换机和电缆数量 12图表12：NvidiaQuantum-2IBNDR400 12图表13：256-GPUSuperPOD的架构图 12图表14：DGXGH200技术细节 13图表15：UEC创始成员和会员 14图表16：国内光模块厂商1.6T相关产品进度 15图表17：国外相关厂商在第48届OFC展会参会产品 16图表18：光模块核心电芯片级功能 17图表19：NRZ技术与PAM4技术对比 18图表20：PAM4原理图 18图表21：简化的接收端PAM4+DSP架构 18图表22：400GZR光模块中各器件功耗占比 18图表23：基于PAM4调制的400GDML光收发模块（8*50G方案） 19图表24：可插拔光模块和共封装光学对比 19图表25：思科CPO架构（下）与传统交换机（上）的结构对比 20图表26：思科在OFC2023展示的CPO样机 20图表27：不同速率的光模块技术现状 20图表28：DSP与LPO原理对比 21图表29：无需DSP的Linear-drive可以节省25%功耗 21图表30：LPO、CPO特性比较 21图表31：国内光模块厂商的LPO进展 22图表32：新易盛800GLPO产品系列 22图表33：光模块、AOC、DAC的适用场景 23图表34：OXC极大简化光互联网络复杂程度 24图表35：太辰光OXC光纤柔性板，配套应用于OXC产品 24图表36：磷化铟、硅光、铌酸锂对比 24图表37：硅光的三种产品形式 25图表38：基于硅光芯片制作的光模块内部构造 25图表39：1992-2030硅光技术路线 26图表40：混合光子集成与单片硅光子集成的示意图 26图表41：体材料铌酸锂调制器（左）与薄膜铌酸锂调制器结构 27图表42：单个OCS设备通过MEMS棱镜将N个输入映射到N个输出光纤 28图表43：谷歌PalomarOCS核心部件 28图表44：谷歌PalomarOCS光路示意图 28图表45：网络状光干涉器概念 30图表46：光学卷积处理器概念 30图表47：卫星激光通信优劣势 31图表48：StarlinkV1.5卫星搭载的激光载荷 32图表49：激光通信载荷架构 32图表50：非相干调制与相干调制对比 33图表、SpaceMicro和Mynaric激光通信产品对比 33图表52：汽车激光雷达光电探测器材料响应度与波长的关系 34图表雷达工作原理 35图表54：AMCW雷达工作原理 35图表55：FMCW雷达工作原理 35图表56：中国激光雷达市场规模预测（单位：亿美元） 36图表57：纳斯达克上市激光雷达企业近期营收表现（百万美元） 36图表58：近期上市新车激光雷达配置梳理 37图表59：MLC项目概览 38图表60：英特尔AIPC加速计划 39图表61：自动驾驶芯片每秒识别帧率对比 40图表62：美格车规模组 40图表63：AIAgent系统架构 40图表64：车载AIAgent能力的5个层次 41图表65：Rewind应用 41图表66：特斯拉机器人进展 42图表67：国内三大运营商物联网终端用户情况 43图表68：全球物联网市场预测情况 43图表69：中国移动蜂窝物联网市场份额全球领先 44图表70：国内车载5G通讯前装搭载情况 44图表71：全球个人电脑出货量 45图表72：全球蜂窝笔电出货预测 45图表73：全球5G用户数预测 46图表74：2024年投资建议 47一、光通信-AI算网融合下的传输最优解之一光通信产业链光通信产业链涵盖多个环节，上游芯片厂商和下游客户较为强势。简单来看光通信产业分为上中下游，上游主要是核心零部件环节包括光芯片、光学元件、电芯片，中游可以分为光器件、光模块，下游按照应用场景可以分为电信市场和数通市场，整条光通信产业链较为复杂，话语权较强的集中在上游和下游两端，因此对于光模块厂商而言成本控制能力至关重要，决定了公司的整体盈利能力。上游零部件：光芯片：有源光芯片（激光器芯片、探测器芯片等、无源光芯片（波分复用、光；主要厂商：FinisarAvagoAAOIOciaro、Acacia、三菱、住友、博通等。光学元件：/主要厂商：天孚通信、太辰光、腾景科技、光库科技、中瓷电子、博创科技、昂纳技术等。LDdriverTIACDRDSP等；主要厂商：MarvellCredo中游器件模块：光器件：有源光器件-激光器（/PCSL、探测器（PNPD、光放大器、M/M（/RAA光隔FA光线阵列、光耦合器等；主要厂商：光迅科技、博创科技、华工科技、Lumentum、Finisar、AAOI、II-VI等。光模块：100/200/400/800G/1.6T主要厂家：中际旭创、新易盛、光迅科技、华工科技、博创科技、联特科技、剑桥科技、Lumentum、Finisar、Avago、AAOI等。下游应用：Nokia、Cisco、T&T银等。Google、Meta等。图表1：光通信产业链梳理资料来源：网络架构分析以及对应光通信网络光通信与网络架构密切相关，网络架构的持续演进和多样性对光通信提出一系列特定的需求。网络架构是指网络系统中各个组件和子系统之间的结构和组织方式，决定了数据在网络中的传输方式、管理方式以及网络整体的性能和可靠性，网络架构包括硬件和软。图表2：网络架构种类繁多资料来源：VSIB以太网（Ethernet）IEEE组织802.3网络标准，使IntelDEC198010Mbps网（10Mbi/s10bi/s1000Mbi/）（105G图表3：以太网应用场景众多资料来源：态路通信，InfiniBand（IB）具有高带宽、低时延、高可靠性和高可扩展性，适用于高性能计算GPUIBSDR、DDREDRHDR到NDRIBInfiniBandGPU适用于科学计算和大规模AI图表4：以太网应用场景众多资料来源：态路通信，以太网和IB网络“纷争”由来已久，两者在带宽、时延、可靠性、可扩展性差距明显。IBIB延迟：IB网引入RDMATCP/IPInternet，势在于率先引入RDMA（远程直接数据存取）协议，允许应用与网卡之间的直接数据读写，同时RDMA的内存零拷贝机制允许接收端直接从发送端的内存读取数据，因此整体CPU负担大幅降低，延迟显著提升。图表5：传统模式VSRDMA模式资料来源：鲜枣课堂，IB10M100G200G400G800G1.6T大；InfiniBand的网络带宽不断升级，从早期的SDR、DDR、QDR、FDR、EDR、HDR，一路升级到NDR、XDR、GDR。图表6：太网络带演进 图表7：InfiniBand络带演进 资料来源：态路通信， 资料来源：鲜枣课堂，IBTCP/IPOSI链中的成熟度更高；IB网络使用自身定义的网络协议，需要特定的软件和驱动才能与其他系统和设备互连互通，甚至不同的应用场景还需要特定IB线缆接入。扩展性：IBIB拓扑布局，可以较为简单的添加、重置、删除子网，能够创建具有数千个节点的高性能集群。可靠性：IBIB成本：以太网成本较低，IB成本较高。品，供应商和产品可选范围较大；而IB网使用的设备、线缆和接口卡都是专用的，可选厂商较少且客户议价权较弱。AIAIIB英伟达：IBNV网络打造高性能集群AI时代GPUIBGPUAIGPU多张GPUIBIBAI为提高gpu集群性能，英伟达选取IB/推理环节的核心能力。IBMellanoxIB68BA1010G20GPUIBA100SuperPOD200Gquantum200G连接2200G光模块A100顶配模式：140DGX（1120）接一个叶层交换机口，每个服务器有8张卡，20台服务器分为7组，所以需要7X8台叶交换机与1120条连线；810同时UFM11241120条线。A100标准模式：DGXA100SuperPOD140DGXA100GPU每台8张UDI0G10台VDAQunmM890交换机0个IBa-re图表8：算140-nodeDGXSuperPOD的结拓扑 图表9：算80-nodeDGXSuperPOD的结构扑 资料来源：Nvidia， 资料来源：Nvidia，图表10：计算光纤交换机和电缆数量资料来源：Nvidia，H100SuperPOD3块800G光模块（2*800G+2*400G）DGXH100SuperPODNVLink48-GPUNVLink4Network32(8张GPU）+12Ba-r40G00G端口；NVIDIAQuantumQM9700switc。A100H100SuperPODH100400G800G通路。根据线缆计算，叶层一张1002块40（120*2101≈00需要2块80（124*/11≈3块（2*800G+2*400G。GPU:NvlinkSwitch1:4.5+InfiniBand1:3=1:7.5（实际应用中目前因价格过高没有推广，只做空间参考。）图表11：计算光纤交换机和电缆数量资料来源：Nvidia，GH100GH100L1L2交83个L1交换机形成一个PDL2L1L1L2800GPOD3636*2=72POD89图表12：NvidiaQuantum-2IBNDR400 图表13：256-GPUSuperPOD的构图资料来源：Nvidia， 资料来源：Nvidia，图表14：DGXGH200技术细节资料来源：Nvidia，IBAI2023719日在LinxUlahrntonsriuAMDAristaEviden、HPE、Intel、MetaEUCUECIBAIIBIB协议在目前的AIIB。TPUOCS第二则是AMDIBAI集AMD理念，服务器采用标准化设计，可以兼容任何客户的集群。在网络方面，内部互联的InfinityDhntishearMD图表15：UEC创始成员和会员资料来源：ultraethernet，800G/1.6TTB时代AI拉动光模块速率升级，1.6TAITBAIH200AIGC800G1.6T1.6T50%1.6T1.6TOSFP-XDDR8+1.6Tbps，实现了1U51.2T0-70C23W2AI1.6T20241.6T20251.6T4×FR2200bps技术EML(TFLN)4×SN16×100Gbps4×400GFR221.6T2×800G4×400G1.6TDR8OSFPMSACMIS16100Gb/s；8200Gb/s5nmDSP10kmCOC(chiponcarrier)COB(chiponboard)工艺400GLPOInP、GaAs1.6T、3.2T1.6T光模图表16：国内光模块厂商1.6T相关产品进度股票代码股票名称1.6T相关产品进度300308.SZ中际旭创1.6TOSFP-XDDR8+200G光学技术1U51.2T0-70C23W2公里的传输距离。AI1.6T1.6T2025年开始。300502.SZ新易盛1.6T4×FR2OSFP-XD200bps技术，公司采EML和硅光子学调制器以及薄膜铌酸锂(TFLN)1.6T光模块4×SN16×100Gbps4×400GFR2信号，21.6T2×800G4×400G的扇出应用。公司新产品兼具高容量，低每比特成本，低的功耗的特点。002281.SZ光迅科技1.6TDR8OSFPMSACMISOSFP-XD的封装168通道，200Gb/s5nmDSP，可满10km的COC(chiponcarrier)以及COB(chiponboard)工艺平台，可保证产品稳定性。000988.SZ华工科技400GInP、GaAs化合物材料，布局硅基光电子、铌酸锂、量子点激光器等新1.6T、3.2T等1.6T光模块目前仍在研发阶段，可匹配客户进度及送样窗口。603083.SH剑桥科技公司在第48届OFC展会现场演示了1.6T光模块研发样机以及基于每通道200GpbsEML的高质量光发射眼图，1.6T产品倾向于可插拔方案，批量发货时间大约在2-3年之后。301205.SZ联特科技公司的1.6T光模块主要采用的是可插拔封装形式，目前处于研发阶段。OFC20231.6TOFC48OFC202335-9(AI)5GOFC800G1.6TAIGC1.6T20241.6T1748届OFC国外相关厂商 相关参会产品新型分布式反馈（新型分布式反馈（DFB）TDECQ值，能够在10公里实现以200Gb/sLR的5公里CWDM4应用，有助于开发下一代800G/1.6T以太网数据中心。Lumentum跨阻放大器(TIA)MATA-40734MATA-40736、外部调制激光器(EML)MAOM-11112MARP-BP112TIA跨阻放大器(TIA)MATA-40734MATA-40736、外部调制激光器(EML)MAOM-11112MARP-BP112TIA226.8Gbps1.6T光模块。MACOMSemtech GN7161comboGN7060突发模式跨阻放大器(TIA)，为数据中心/企业网络、无线基础设施和无源光网络市场的光模块解决方案提供高性能信号完整性。索尔思光电 单波200GPAM4EML激光器，支持LWDM波长包括1295.5nm、1300.0nm、1304.5nm、1309.1nm四个波长，可以支持基于8x200Gb/s1.6TDR8光模块，2x800GFR4/LR4光模块以及下800GDR4,FR4LR4等系列光模块。资料来源：讯石光通讯网，SEMTECH官网，MACOM官网，Youtube，II-VI，二、光子通信新路径—封装与材料的革新封装侧：CPO/LPO/板上光互联PAM4+DSP、TIA（、）CDR（）等。图表18：光模块核心电芯片级功能芯片 功能芯片功能DSP（）LDD（TIA（TransimpedanceAmplifier）LA（芯片，ClockandRecovery）资料来源：

DSPDSPLDDTIACDR400GQSFP-DD、CFP8OSFP5GAIGC目前主流的200G/400G/800G的产品都是PAM4技术+DSPPAM4（4-LevelPulseAmplitudeModulation）技术，采用42bit信息。、01bitPAM4NRZPAM4图表19：NRZ技与PAM4对比 图表20：PAM4原理图资料来源：Tektronix， 资料来源：Fibermall，PAM4DSPDAC拟模式可以通过添加两个NRZDC01//3DSP对于100G50GHz（FIR）PAM4+DSP400GZR中DSP49%。图表21：简的接端PAM4+DSP架构 图表22：400GZR光块中件功耗比资料来源：R.Nagarajan,et.al.,"LowPowerDSP-BasedTransceiversforDataCenterOpticalFiberCommunications",JournalofLightwaveTechnology39,5221(2021)，

资料来源：R.Nagarajan,et.al.,"LowPowerDSP-BasedTransceiversforDataCenterOpticalFiberCommunications",JournalofLightwaveTechnology39,5221(2021)，目前PAM4+DSPPAM4400GPAM4400GDML8*50G4*100GPAM4调400GZR中DSPBOM20-40%。图表23：基于PAM4调制的400GDML光收发模块（8*50G方案）资料来源：鲜枣课堂，CPOCPO（Co-packagedOptics）是一种在数据中心光互连领域应用的光电共封装方案。CPO方案通过将光模块与交换芯片进行共封装，可以降低成本和功耗。长期来看，CPO是实现高集成度、低功耗、低成本、小体积的最优封装方案之一：DSPCPODSPCMOS图表24：可插拔光模块和共封装光学对比资料来源：Yole，CPOCPOSerDes图表25：科CPO构（）传统交机（）的构对比 图表26：思在OFC2023展的CPO 资料来源：思科， 资料来源：思科，LPO，800GPO简介：P（lnrriepugblepicDSPLPO155M622M1.25G2.5G8G10G16G25G32G40G、50G、100G200G、400GeSFPSFP+XFPSFP28QSFP28QSFP+CXPCFP、CSFP图表27：不同速率的光模块技术现状资料来源：中国信通院：《5G承载光模块》白皮书，LPO方案相较于PAM4+DSP有何优势？DSPLPOLPODSP（Driver）Amplifier，TIA）LPO光模块中用到的TIAdriver度。但是，LPO的系统误码率和传输距离有所影响，因此这项技术只适用于短距离的应用场景，例如数据中心服务器到架顶交换机的链接。28：DSP与LPO资料来源：Dell，OFC2023，LPO技术具有以下几个优点：低功耗。LPO50%CPO29Linear-drive方案后，硅光、VCSEL、薄膜铌酸锂功耗均下降50%左右。根据Macom的DSP功能的800G13WMACOMPUREDRIVE800G4W70%。低延迟。DSPDSP/重定时功能增加了延迟，以MACOMPUREDRIVE技术为例，因采用信号串行方案，LPO光模块可以做到皮秒级别的延迟时间。低成本。DSP400GDSPBOM20-40%；LPO的Driver和TIA里集成了EQ功能，成本会较DSP上浮少许，但LPO方案还是可以将光模块成本下降许多。图表29：需DSP的Linear-drive可以省25%耗 图表30：LPO、CPO性比较资料来源：Arista， 资料来源：Dell，OFC2023，MacomLPO解决方案MACOMPUREDRIVEDSP（5%（（P（（）.TLPOLPO2024800GTIADriverLPO前有MacomSemtech科技与MacomMeta、谷歌都有可能逐步接受LPO图表31：国内光模块厂商的LPO进展股票代码股票名称LPO相关产品进度300502.SZ新易盛800G的系列高速光模块产品，基于硅光解决方800G、400G400GZR/ZR+相干光模块产品、以及基于LPO方案的800G光模块产品。300308.SZ中际旭创LPOLPO方面已有技术储备和产品开发，可以积极应对客户需求的变化。000988.SZ华工科技（CPOLPO等）已研发立项。603083.SH剑桥科技LPO800G产品布局丰富，特别是聚焦基于硅光和LPO产品的开发。资料来源：新易盛2022年年报，中际旭创投资者调研记录，剑桥科技投资者调研记录，华工科技投资者问答，剑桥科技投资者问答，32800GLPO资料来源：新易盛，AI内存之间的传输速度因带宽和物理延迟而被限制，将数据传输通道改为光子，或将有效解决冯诺依曼瓶颈。AIAI光连接需求大幅增长芯片的计算能力，通信网络带宽和器件用量双增长。根据英伟达发布会，一套满配的GH200241AI充分释放AIAOCAIDCI方AAciepicalCable和ADrctahCable，直AOC400GDAC输的AOCDAC未来有望加速向AOC升级。图表33：光模块、AOC、DAC的适用场景资料来源：进化出DonfgablepcalAdrpMuiplerROADMXpicalrosconcCAI20ROADM310040020维的OXC130图表34：OXC大简光互络复杂度 图表35：太光OXC光纤性，配套用于OXC产品资料来源：华为， 资料来源：第24届中国国际光电博览会，材料侧：硅光/薄膜铌酸锂光通信系统中电光调制器是关键环节，通常可以按照材料平台分为三大类别。电光调制器通过调制将高速电子信号转换为光信号，制备电光调制器有三种较为常见的方案，可以按照材料的不同划分为磷化铟方案、硅光方案、铌酸锂方案。磷化铟调制器目前使用较为广泛，且历史较久，适合中长距离光通信网络的收发模块，但存在尺寸、功耗、成本较高的欠缺，因此材料侧也出现了硅光和薄膜铌酸锂两种较为创新的平台，铌酸锂方案又可以分为传统铌酸锂和薄膜铌酸锂方案，前者适用于长距离、大容量传输场景，但由于体积较大，与光器件小型化的发展趋势相悖，且难以进行大规模晶圆制造；而薄膜铌酸锂调制器尺寸更小、损耗和功耗较低、带宽更大、成本更低，是更为理想的材料平台。具有较高的调制速度和较大的带宽，适用于中距离和长距离光通信。在高性能计算和骨干网通信中有应磷化铟(InP)用。具有较高的调制速度和较大的带宽，适用于中距离和长距离光通信。在高性能计算和骨干网通信中有应磷化铟(InP)用。特性类别硅光(SiP) 利用材的学性具有度成和备本低优。要于短距离收发模块。铌酸锂铌酸锂具有优异的电光调制性能，在传统调制器中应用广泛，适用于高速高带宽的长距离通信，但体积较大。资料来源：硅光///图表37：硅光的三种产品形式资料来源：中能国泰集团，硅光本质上是硅基光电子大规模集成技术，较传统方案更具优势，集中体现在速率高、成本/功耗低、集成化程度高、体积更小等方面。硅光技术是一种利用硅材料的光学和电学特性来实现光学器件的制造和集成的技术，硅作为主要材料，通过在硅基底上制备硅光材料还是光电共封装CPOCMOS图表38：基于硅光芯片制作的光模块内部构造资料来源：天堂硅谷，硅材料自身应用历史悠久，掣肘硅光技术发展难点集中于光激光器，技术升级突破进展中。硅基材料自身发光效率较低，光激光器成为技术痛点，因此市面上主要硅光方案一般是CMOS方案（采用大规模集成电路技术工艺集成单片硅光引擎）或者混合集成方案（C114图表39：1992-2030硅光技术路线资料来源：Yole，。（Si-Ge、、CMOS、射频等、光子器件（激光/探测器、光开关、调制解调器等、图表40：混合光子集成与单片硅光子集成的示意图资料来源：JifengLiu,"MonolithicallyIntegratedGe-on-SiActivePhotonics",Photonics2014,1(3),162-197，前文CPO是把硅光模块和CMOS连接距离，从而降低传输损耗，速度与质量双提升，除了硅光的制造工艺，光模块的封装技术与硅光落地难度密切相关，共封装技术进一步降低了硅光单片集成的难度，未来两者有望形成良性循环，将光通信从800G/1.6T时代加速引向硅光时代。800G/1.6TAI800G20241.6T20251.6T技术新材料将更加开放，硅光在高速率背景下有这比较明显的纸面优势，整体进展有望持续加速，硅光份额在未来数年有望实现持续的提升。薄膜铌酸锂薄膜铌酸锂//1.6/3.2T望向单波200/400G演进，薄膜铌酸锂的大带宽优势将更加突出。薄膜铌酸锂有何优势？传统的体铌酸锂波导层的芯层-包层折射率差非常小，带来波导模场太大的问题；波导模场面积很大，相应的电极之间的距离就会随之增加，那么实现电（硅/二氧化硅）。铌酸锂进入门槛较高，全球玩家稀少。铌酸锂调制器设计难度大，工艺复杂，技术门槛高，全球仅三家光通信厂商可以批量生产电信级别的铌酸锂调制器：日本的富士通（omLumnum（29光库科技图表41：体材料铌酸锂调制器（左）与薄膜铌酸锂调制器结构资料来源：光电汇，三、光子的现在与未来—光交换/光计算OCS体系（OpticalCircuitSwitching，OCS）技术，通过两组微机电系统（MEMS）棱镜动态地将光纤输入端口折OCS图表42：单个OCS设备通过MEMS棱镜将N个输入映射到N个输出光纤资料来源：谷歌，使用MEMS、低功耗、低成本。MEMS光开关的关键部件有：a）光纤准直器，b）相机模块，c）MEMSd）e）Palomar两个MEMS反射镜阵列工作。由绿线指示的带内光信号路径，与带内信号路径叠加，850nm图表43：歌PalomarOCS核心件 图表44：歌PalomarOCS光路意图资料来源：GoogleLLC《MissionApollo:LandingOpticalCircuitSwitchingatDatacenterScale》，

资料来源：GoogleLLC《MissionApollo:LandingOpticalCircuitSwitchingatDatacenterScale》，我们认为，谷歌OCS的优势在于：I/O3DClos本。OCS/I/O通data-flow3D目前潜在的缺陷可能主要集中于方案成熟度：Clos/3DClosSpine-Leaf3D3DClos聚焦到投资层面，我们认为：OCS充分体现光子在超大型AI超算架构下的优势和重要性，而随着通信速率从400G-800G-1.6T的提升，未来内部短距离场景互联很可能也将向光倾斜。tpuv5p天孚tpu的大规模互联性，即使光交换机并不需要光口，其光模块数量也依旧保持庞大需求，tpu用，内部光纤距离和要求都有了明显提升，重点推荐光纤互联：太辰光。Intel等为主的光计算芯片53202435光子具有光速传播、抗电磁干扰、光波任意叠加等特性，因此光子天生适合做数据并行传输，因而光子芯片运算速度极快。光子学技术在计算机中的应用包含两个层次，一个层次是利用光子作为传输信息载体的光互联技术，另一个层次是直接在光域实现信息的处理和运算。光计算芯片可以分为模拟光计算和数字光计算。模拟光计算最经典的就是计算机视觉中的傅立叶变换，传统的进行二进制计算的点芯片处理傅立叶变换积分会消耗很大一部分算力，然而光通过透镜的过程本身就是一次傅立叶变换。数字光计算与电计算相似，通过构建逻辑门实现计算。前沿学界正在尝试将光互联搬进芯片内。芯片外的光互联尺度已经越来越短，那么，在芯片内若将电子结构一并改为光子结构，从理论上说可以进一步增强芯片性能，同时，由于无需光电/电光转换，能耗进一步降低。2017Deeplearningwithcoherentnanophotoniccircuits种网络状干涉器，在光通过干涉器的时候，利用它们相互之间的干涉和对干涉器的控制来进行线性运算，可以总结为用一个干涉器的集联来完成大规模的线性计算，以此应用于人工智能的矩阵计算。2023531图表45：网状光干器概念 图表46：光卷积处器概念 资料来源：Shenet.al，《Deeplearningwithcoherentnanophotoniccircuits》，

资料来源：Menget.al,《Compactopticalconvolutionprocessingunitbasedonmultimodeinterference》，光子计算芯片以光子为信息的载体具有高速并行、低功耗的优势，我们认为，光计算是未来高速、大数据量、多矩阵计算的人工智能计算处理的最具有潜力的方案之一。目前来看，全光计算还处于概念阶段，距离商业化应用较远，当下可以关注上文所述的硅光芯片间互联，如硅光光模块、CPO共封装光学等。四、光子的更多场景—卫星+汽车卫星光—星间激光将光通信带入卫星一直是全球产业链发展的重要方向，与传统的微波或者无线电通信相比，激光通信具有需要功率小，通信速率高，保密性好等特点，尤其是在卫星通信频谱资源日益拥挤的时代，无需专用频谱的卫星激光通信有望加速发展，但与之相对的是，星地之间的气象条件复杂，星地之间瞄准与捕获机制复杂等等痛点，一直制约了星地激光通信的发展。从目前来看，虽然全球各国都积极进行了相关实验卫星或实验项目的尝试，星地激光通信要成为主流仍然有较长的路要走。图表47：卫星激光通信优劣势优势通信速率高保密性好轻量化节省建设成本劣势接收机和发射机之间的瞄准系统复杂发射天线和接收天线重量和成本的平衡难度较高远距离传输容易出现信号衰弱和延时等问题

GHzGHzTHz量级，比微3~5Tbps速率传输信息。激光具有较窄的发散角，指向性好，没有卫星电磁频谱资源限制约束（因此无需申请空间频率使用许可证），通信过程中不易受外界干扰，抗干扰能力强。0.8~1.55μm束宽极窄，在空间中不易被捕获，保证了激光通信所需的安全性和可靠性。3~5低功耗的要求。进而简化卫星网络结构，从而多方面节省建设成本。卫星激光通信发散角小，需要光学系统以及高精度的跟瞄辅助机制完成建链。尤其是接收机和发射机之间的瞄准非常困难。空间光通信系统要完成远距离卫星间光信号的发射与接收，必须进行远距离卫星间或者空间站间目标的捕获与跟踪，前者依赖于激光通信系统，后者取决于光学跟瞄系统（PAT）。出于获取最小光斑的需求，发射天线可以设计成接近衍射极限，但同时给精确对准带来了困难。为了接收更多的能量信号，接收天线直径越大越好，但这会增加系统的体积、重量和成本。提高接收灵敏度十分重要。600千米~3.6境对激光通信信号会有较大干扰。虽然激光通信不受电磁干扰，但大气中的气体分子、水雾、霾等与激光波长相近的粒子会引起光的吸收和散射，极大地妨碍、吸收光波的传输；同时，大气湍流也会严重地影响到信号的接收。资料来源：Ofweek，物联网智库，但随着低轨星座的发展，星与星之间的激光通信有望率先起量，星间激光通信是指利用激光束作为载波在空间进行图像、语音、信号等信息传递，具有传输速率高、抗干扰能力强、系统终端体积小、质量轻、功耗低等优势，可以大幅降低卫星星座系统对地面网络的依赖，从而减少地面信关站的建设数量和建设成本。除了继承了上文中提到的优点外，由于星座间两星的距离较短，同时发射端与接收端同处于太空环境中，不会受到云雨气象条件干扰的同时，激光的发射与捕获环节的技术难度也相较星地通信低。StarlinkV1.5V1.5202163000颗V1.5星链得以像诸如南极洲等信关站难以部署的地区提供稳定的卫星互联网服务。图表48：StarlinkV1.5卫星搭载的激光载荷资料来源：satellitetoday，与传统的地面光通信类似，卫星激光通信所用的设备也由光学部分和电学（通信）部分组成，与地面不同的是，卫星上由于两颗卫星之间相对位置高速变化，对于接受系统也提出了更高的要求，因此下图中的PAT（跟踪/瞄准系统）为卫星端激光终端独有。图表49：激光通信载荷架构资料来源：高铎瑞等《卫星激光通信发展现状与趋势分析（特邀）》，激光信号的高质量收发。主要完成空间光信号的瞄准、捕获、跟踪，利用具备方位和俯仰功能的跟瞄转台，加上控制信号的计算与处理，实现需要通信的两颗卫星激光通信光学天线的精确对准，并保证双方互发的激光信号能通过光学分系统进入对方的通信分系统。通信分系统由激光载波单元、电光调制单元、光放大单元、光解调单元等构成，主要完成卫星激光通信系统光信号的调制/解调、光放大及信号处理等功能。/（IntensityModulation/DirectDetection,IM/DD）方式，分为开关键控（On-OffKeying,OOK）和脉冲位置调制（PulsePositionMdulioPM。相干通信体制采用相位调制/相干探测方式，分为二进制相移键控（BinaryPhase-Shift（（DifferentialPhase-ShiftKeying,DPSK）/自差相干探测、正交相移键控（QuadraturePhase-ShiftKeying,QPSK）/（）相干调制具有精度高，传输速率高，传输距离长等特点，但是由于其需要额外的电路元件，同时由于运行环境处于太空，需要对这部分电路元件进行抗辐照处理，因此成本较高。图表50：非相干调制与相干调制对比关键指标 非相干体制 相干体制接收灵敏度抗干扰

低于相干体制20dB，增加低噪放后，仍低于相干接收机6dB以上。景光干扰。

比非相干高，相同条件下，终端体积和功耗有优势。抗背景噪声能力强，接收机信噪比高，具备近日凌免疫的能力。接收机结构复杂，实现具有较高技术门系统复杂性 接收机结构简单，易于实现。非相干发射机的激光器和调制有集成成本 芯片的货架产品接收机直接探测成较低。

槛。相干接收机需增加混频移相器和本振激光器，成本较高。资料来源：夏方园等《激光星间链路终端技术发展与展望》，由于目前Starlink尚未公布其星间卫星通信的主要参数，我们只能参考当前主流的卫星激光通信产品的参数与调制方式。从已公开数据来看，当前海外主要低轨星座的卫星组件都采用了相干中的BPSK调制模式，主流通信速率均为10Gbps左右。51：Tesat、SpaceMicro和Mynaric指标TesatUSASpaceMicroEuropeMynaric链路距离/km150040004500调制方式BPSKBPSKBPSK信息速率/Gbps101010重量/kg820.918功耗/W8015060资料来源：夏方园等《激光星间链路终端技术发展与展望》，我国的光通信行业经过多年发展，在相关激光器，光放大器等组件上已经形成了较为成熟的产业链，卫星通信上的光学部分与通信部分与地面光通信有着较高的相似度，我国有望凭借在传统光通信行业上的深厚积累，快速追赶欧美先进水平，除了国产星座搭载激光通信载荷外，随着全球星间激光链路放量，国内光器件厂商也有望切入全球市场。汽车之光—激光雷达激光雷达是以发射激光束对目标进行探测、跟踪和识别的雷达系统，激光雷达通过将接收到的反射信号与发射信号进行比较、进行数据处理之后，可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态甚至形状等特征参数。激光发射系统：用于制造、生成激光，光线经由激光发射器发出，通过控制光线方向和线数的光束控制器，最后通过发射光学系统校正后发射。激光接收系统：被反射的光经接收光学系统汇集后，光电探测器将接收到的反射光转化电信号。信息处理系统：接收到的信号经过放大处理和数模转换，经由信息处理模块计算，获取目标表明形态、物理属性等特性，最终建立物体模型。扫描系统：主要用于扩大光源的探测范围，并产生实时的平面图信息。激光雷达&光通信，产业进入加速整合期。激光雷达产业链与光通信行业具有高度协同相关性。ROSA850nm1310nm1550nm905nm905nm和1550nm方案有何不同？905nmInGaAs全，这样可以发射更高的激光功率以达到更高的测距灵敏度和信噪比。我们认为，两种方案未来有望相辅相成，1550nm雷达可用于检测汽车前方或后方数百米的障碍物，更便宜的905nm雷达则专注于感知汽车周围环境。图表52：汽车激光雷达光电探测器材料响应度与波长的关系资料来源：A.Carrasco-Casadoet.al,《Free-spaceopticallinksforspacecommunicationnetworks》，激光雷达常见的工作模式有飞行时间法（oF、调幅连续波（MCW）和调频连续波（FMCW）几种。、AMCW图表53：ToF达工原理 图表54：AMCW雷达作原理资料来源：P.Sandbornet.al,《FMCWLidar:ScalingtotheChip-LevelandImprovingPhase-Noise-LimitedPerformance》，

资料来源：P.Sandbornet.al,《FMCWLidar:ScalingtotheChip-LevelandImprovingPhase-Noise-LimitedPerformance》，FMCW（图表55：FMCW雷达工作原理资料来源：P.Sandbornet.al,《FMCWLidar:ScalingtotheChip-LevelandImprovingPhase-Noise-LimitedPerformance》，将三者对比来看，ToF最大的优势是利用现有的光通信产业链能迅速搭建测试环境，产业化进程较快。从长远来看，FMCW通过出色的环境光抗干扰性能、人眼安全性、高信噪比、更远的探测距离，有望占据激光雷达市场的一席之地。EEL和VCSEL和VCSELVCSELDFB/FP/DBR最后从生产工艺和产线的角度看，激光雷达本身量级较光通信体量差距较大，光通信厂商可复用现有产线快速进行切换，其成本可控。光通信厂商可以满足激光雷达产业链快速扩产的要求。L3L3+年汽车产业L3L3+年中国激光43.1201963.1%CAGR。图表56：中国激光雷达市场规模预测（单位：亿美元）502021E

中国激光雷达市场规模预测（单位：亿美元）2022E 2023E 2024E 2025E资料来源：沙利文研究，前瞻产业研究院，头部激光雷达公司营收持续增长，映证激光雷达需求。随着产业链趋于成熟，激光雷达行业参与者众多，竞争较为激烈，但头部厂商仍然保持着营收体量稳健上涨的势头，证实了激光雷达潜在市场广阔，能够容下较多厂商参与。图表57：纳斯达克上市激光雷达企业近期营收表现（百万美元）禾赛科技 Ouster Luminar cepton70605040302010021Q1 21Q2 21Q3 21Q4 22Q1 22Q2 22Q3 22Q4 23Q1 23Q2 23Q3资料来源：，随着激光雷达成本不断降低，以往只有理想L72010月底发布的问界M9192线激250184/20Hz。图表58：近期上市新车激光雷达配置梳理上市时间车型官方指导价（万元）激光雷达参数2023年9月72023款Max猎光17.371颗速腾聚创M系列，等效125线2023年11月小鹏P7系列22.99-32.492颗速腾聚创，126线2023年12月极氪0072024款智22.99-27.991颗激光雷达驾版系列2023年2月理想L72023Max37.981颗禾赛科技，128线2023年12月华为问界M946.98-56.981颗192线激光雷达2025年一季度蔚来ET9803颗，其中2颗为侧面广角资料来源：懂车帝，有驾，蔚来官网，荣格汽车，L3EPS五、边缘计算：始于AI，赋能应用模型由大到小，AI走上应用的快速路4月份，pnImAlmanMIT“未来的I进展不会OpenaI2023AIMLC-LLMLLM为端（PonMc和bMLC的主要功能包括了：、GPUpythonMLCLLMAIPythonMLCLLM新模型、新想法和新的编译器pass图表59：MLC项目概览资料来源：机器之心，MLC-LLM等模型给中小开发者提供了低成本，快速训练专属于自己的小模型的完整工具，而MLC-LLM则为中小开发者在算力较低的环境或者边缘进行模型的推理搭建了基础，三大工具，我们认为已经形成了AI走向边缘的“基建雏形”。硬件赋能，AIGC2023210StableDiffusion，6ControlNet20238Gen3PCXElite和音频芯片S78Gen3专为AIGCAI性能提升98%，100XEliteAI4.5751308Gen31StableDiffusion17020认为，云端协同的“混合A”路线有望帮助移动端AIPCAIAI“本地运行AIGC”有望成为智能手机、PC的新卖点。AI能力近年始终作为智能手机的辅助功能，常用于广告算法、应用推荐、照片标记等不痛不痒的后台能力。当下随着AIAI触AI英特尔发布酷睿UltraAIPCAIPC集成了AI应用加速NPUPCAIAI创作，AIPCPC用户的使用习惯和场景，也改变了PCPCAI应用中心。图表60：英特尔AIPC加速计划资料来源：Intel，AIoT20232023AI飞轮下的百花齐放当下市场以及投资者关注的应用方向，主要集中于基于云端算力的如ChatGPT，Midjourney，CopilotI其实AIAIAIMA925GNSS能够内生解决V2X图表61：自驾驶芯每秒别率对比 图表62：美车规模组 资料来源：工信部， 资料来源：美格智能，AIAI在边缘应用方向1：基于生成式模型的“智能助理”AI人工智能体GPTLLMAIAgent通过其能够胜任更加复杂的任务，这为AIAgent扮演人类日常生活的“助理”提供了可能。图表63：AIAgent系统架构资料来源：medium，ainomic，汽车是AIAgent最具潜力的应用场景之一。车主在驾驶时，需要既快又准地对汽车进行操作，在座舱还未智能化的时代，这种操作依靠机械按钮、操作杆进行，而未来的人AIAgentAI赋予的智能化可以将Agent的能AIAgent5个图表64：车载AIAgent能力的5个层次资料来源：此外，我们观察到了海外爆火的应用“id图表65：Rewind应用资料来源：Rewind官网，Prompt求，可以通过本地算力直接响应客户需求。第二，对于像“id类涉及到用户隐私资料的部分，为了保证用户安全，所有的数据归纳将会完全依靠本地算力进行。因此，在降本，隐私方面，边缘算力对于“生成式智能助理”能否形成商业闭环，至关重要。边缘应用方向2：具身智能具身智能是指能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统。AIGC的“智能”表现在能够进行上下文理解和情景感知，输出文字、图像、声音，而具身智能能够在物理世界中进行操作和感知，输出各种机械动作。通过物理环境的感知和实际操作，具身智能可以获得更全面的信息和数据，进一步提高对环境的理解和决策能力。按照具身智能的定义，目前具身智能的实例繁多，其中包括人形机器人、自动驾驶汽车等。DOJOD1（362TFLPOS@FP8）OptimusIDCL4>100Mbps5-10ms图表66：特斯拉机器人进展资料来源：第一财经，AI物联网：复苏与扩张共振伴随万物互联的趋势进一步加速，海内外物联网行业发展稳步进行，连接数持续增加。/（2021—20232023年1123.1246772。IoT18%1432023IoT16%167图表67：国三大运商物网端用户况 图表68：全物联网场预情况蜂窝物联网终端用户（亿户）蜂窝物联网终端用户增速（%，右轴）2520151050

33%32%31%30%29%28%27%26%25%24%2022年11月2023年3月2023年6月2023年9月资料来源：工信部， 资料来源：iot-analytics，物联网按照通信方