一、數據流量以極快速度增長

　　1、 全球流量以爆發式速度增長

　　全球流量正在以極快的速度發展，以國內為例，三大運營商骨干網從 2009 年以前的 10G 帶寬技術、2010 年推廣 40G 帶寬技術、2012 年實施 100G 骨干波分技術、2015 年測試 400G 技術，寬帶增速以倍數級增長。

　　未來，隨著 5G 鋪開，視頻業務、物聯網、VR、AR 等應用會在未來逐漸落地，流量增長 將持續上演，思科的數據顯示，到 2020 年，固 網和移動數據流量將達目前的 2 倍和 5 倍。

全球 IP 流量（Petabytes/月，2015-2020 年）

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　　2、未來數據中心內部網絡通信將占據全部流量 70%以上

　　固網傳輸領域，全球已經經歷了光纖替代銅線電傳輸數據的浪潮，解決了長途傳輸過程 中的網絡建設問題。云計算、大數據時代的到來，全球企業快速將業務重心轉移到云平 臺架構，數據中心流量快速提升。

　　根據 Cisco 預計，到 2019 年，全球通信網絡流量的 99%和數據中心相關，其中數據中心 內部的網絡流量占全部流量的 70%以上。2008 年美國互聯網公司數據中心對光纖通信的 需求已經超過了電信運營商。LightCounting 測算 2015 上半年互聯網索引公司對服務器、 數據中心網絡設備和其他財產和設備的總投資是 190 億美元。

2019 年全球通信網絡流量 99%和數據中心相關

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　　2020 年數據中心流量將達到目前的 5 倍

　　IDC 預測顯示，全球數據中心數量將在 2017 年達到 860 萬（目前約 400-500 萬），其中大 型數據中心（產量超過 9000 架的空間或有超過 225000 平方英尺的計算空間）的占比將 超過 70%，數據中心數量大幅增加。

　　流量方面，思科的數據顯示，到 2020 年，全球進行云計算的數據總流量將達到網絡數據 總流量的 92%，數據中心的數據流量將達到 14.1 ZB，是 2015 年的 5 倍，這對數據中心 內部的信息傳輸和處理提出了很高的要求。

2015-2020 年全球數據中心流量（Zettabytes／年）

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　　3、未來數據中心將向 200G、400G 甚至更高的傳輸速度演進

　　目前全球數據中心以 40G、100G 模塊為主（國內目前正在測試 25G），數據中心內部（芯 片內部、芯片與芯片之間、機架內部、機架與機架之間等）的傳輸以電信號傳輸為主。

　　數據中心流量的爆發式增長，對數據中心內部傳輸提出了新的要求，未來數據中心必定 很快向 200G、400G 甚至更高的傳輸速度演進。

　　光傳輸已經進入到 Computercom 階段

　　光通信已經發展了近 40 年，從 1980s 左右開始，相繼完成了 WAN、MAN、LAN、System、 Board 領域的滲透。

光傳輸發展路徑

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　　傳統光通信模塊主要是由 III-V 族半導體芯片、高速電路硅芯片、被動光學組件及光纖封 裝而成，其中成本主要來自 III-V 族半導體芯片及系統封裝。

　　隨著晶體管加工尺寸不斷減小，電互連面臨著信號延遲大、傳輸帶寬小、功耗大、信號 串擾大等局限，業界發現摩爾定律不再適用，傳統的銅電路已經接近物理瓶頸，50Gb／s 已接近傳輸極限。

銅線在高速傳輸信號（>10G）時出現困難

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　　芯片層面光進銅退成為必然

　　數據中心對于帶寬的需求并非看平均水平，而是要應對諸如“雙 11”等高峰期的爆發式 流量，銅線的這一傳輸極限未來將無法滿足數據中心通信和云計算產業的發展需求，需 要更快的傳輸速度，數據中心內部的光進銅退成為必然。

電、III-V 族、硅光子材料性能對比

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　　二、硅光子技術有望成為顛覆

　　硅光子技術是基于硅和硅基襯底材料（如 SiGe/Si、SOI 等），利用現有 CMOS 工藝進行 光器件開發和集成的新一代技術，結合了集成電路技術的超大規模、超高精度制造的特 性和光子技術超高速率、超低功耗的優勢，是應對摩爾定律失效的顛覆性技術。

　　硅光子架構主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動光學組件和光纖封裝完成，使用該技術的芯片中，電流從計算核心流出，到轉換模塊通過光電效應轉換為光信號發射 到電路板上鋪設的超細光纖，到另一塊芯片后再轉換為電信號。

硅光子系統的實現展示

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　　相對電傳輸，采用高速光纖的光傳輸架構，可以通過單一鏈路 25Gb／s 的標準達到 100Gb ／s 的傳輸速度，甚至更快。而在傳輸介質上，采用硅作為集成光器件襯底，可以利用已 有的集成電路工藝制作光器件，有助于降低成本及實現光電集成。

　　一旦硅光子技術得以成熟，對于現有的傳統通信系統將是一個本質的顛覆，此外在包括 超級計算、軍工、傳感器、細胞和 DNA 分析、虛擬現實在內的應用領域，硅光子技術也 能發揮其光學特性和半導體特性，未來市場空間巨大。

　　硅光子行業爆發將即

　　1、硅光子技術進入集成應用階段

　　硅光子技術最早1969年由貝爾實驗室提出，50年來大體經歷了技術探索（1960s－2000s）、 技術突破（2000s－2008 年）、 集成應用（2008 年至今）三個階段。

硅光發展歷程（1960s-2015）

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　　硅光子器件與產品可分為三個層次：硅光器件、硅光芯片、硅光模塊。

　　硅光器件是各個環節的功能單元，主要包括光源、調制器、探測器、波導等。

　　硅光芯片將若干基本器件進行單片集成，以實現高性能、低功耗、低成本等特性，包括 光發送集成芯片、光接收集成芯片、光收發集成芯片、相同功能器件陣列化集成芯片（探 測器陣列芯片、調制器陣列芯片等）等。

　　硅光模塊是最終系統級的產品形式，即將光源、硅光子器件/芯片、外部驅動電路（激光 器驅動、調制器 IC 和探測器讀出放大 IC 等）集成到一個模塊，包括光發送模塊、光接 收模塊和光收發一體模塊等

硅光子器件和產品分類

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　　硅光子技術經過近 50 年發展，逐漸走出了萌芽階段，近十年來，基于硅光平臺的光調制 器、光探測器、光開關和異質激光器相繼推出， Intel 2015 年推出的硅基光電雪崩探測器 首次驗證了硅光電子器件性能超越同類傳統光電子器件，為大規模光子集成奠定基礎。

　　根據 Intel 的硅光子產業發展規劃，產業已經進入快速發展期，對比當前狀態，到 2019 年，硅光子技術在每秒峰值速度、能耗、成本方面分別能提高 8 倍、降低 85%、降低 84%。

硅光子產業發展規劃

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　　2、預計硅光子行業兩年左右可能迎來爆發

　　在當前的流量爆發式增長的需求推動下，目前硅光子技術進入關鍵發展時期。

　　當前行業有眾多催化劑刺激：適用硅光子技術的 PAM-4 調制（能一個信號調制兩個比特 信號）被 400G 以太網采納作為標準；已經有部分硅光產品已經到達批量生產和批量出貨 的階段；數據中心給光工業帶來的規模效應。

硅光子行業發展催化劑

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　　當然，未來的發展也一些不確定性：傳統 CMOS 生產線并不能直接生產硅光器件，而是 需要做一定改動及優化，而且工藝制造在商用過程中有一定難度；在相當大的產量和更 高傳輸速度需求下，硅光子技術才能體現成本優勢；封裝存在一定難度，當前封裝約占 最終收發器產品成本的 80－90%，未來目標是從目前的 5 美元/Gb，到 2020 年降至 0.1 美元/Gb 以下。

硅光子行業發展風險

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　　3、硅光子技術整競爭格局

　　硅光子技術涉及“設計－制造－封裝”等生產環節，從產業鏈來看，包括原材料供應商（晶 圓廠等）、設計廠商、制造廠商、封裝廠商、系統集成商等，當前商用產品較少，整個產 業還沒有形成穩定的競爭格局。

　　硅光子技術是半導體技術和光學技術的結合，并且對于通信行業的影響將是顛覆性的， 在這一領域，目前投入研發的公司不僅包括 Mellanox、Luxtera、Acacia、Finisar、Avago 等光通信公司，Intel、IBM、思科、Imec 等半導體廠商和華為等設備商也加入了這一領 域的競爭。

　　硅光子技術是光學技術和半導體技術的結合，但隨著硅基激光器等光學分立器件取得突 破性的進展，硅光子技術的半導體屬性越來越強，在整個產業鏈中電子公司的 地位越來越重要，話語權也越來越重。

　　越來越多的電子公司看到硅光子技術的未來前景，包括思科、意法半導體、NEC、華為 海思等公司也投入研發，加上此前的英特爾、IBM 等，電子大廠擁有的資本優勢、客戶 優勢、資源優勢使得其在硅光子領域的發展中話語權越來越重。