一、數(shù)據(jù)流量以極快速度增長

　　1、 全球流量以爆發(fā)式速度增長

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

　　未來，隨著 5G 鋪開，視頻業(yè)務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、VR、AR 等應(yīng)用會在未來逐漸落地，流量增長 將持續(xù)上演，思科的數(shù)據(jù)顯示，到 2020 年，固 網(wǎng)和移動數(shù)據(jù)流量將達(dá)目前的 2 倍和 5 倍。

全球 IP 流量（Petabytes/月，2015-2020 年）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　2、未來數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信將占據(jù)全部流量 70%以上

　　固網(wǎng)傳輸領(lǐng)域，全球已經(jīng)經(jīng)歷了光纖替代銅線電傳輸數(shù)據(jù)的浪潮，解決了長途傳輸過程 中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)問題。云計算、大數(shù)據(jù)時代的到來，全球企業(yè)快速將業(yè)務(wù)重心轉(zhuǎn)移到云平 臺架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心流量快速提升。

　　根據(jù) Cisco 預(yù)計，到 2019 年，全球通信網(wǎng)絡(luò)流量的 99%和數(shù)據(jù)中心相關(guān)，其中數(shù)據(jù)中心 內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)流量占全部流量的 70%以上。2008 年美國互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心對光纖通信的 需求已經(jīng)超過了電信運(yùn)營商。LightCounting 測算 2015 上半年互聯(lián)網(wǎng)索引公司對服務(wù)器、 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和其他財產(chǎn)和設(shè)備的總投資是 190 億美元。

2019 年全球通信網(wǎng)絡(luò)流量 99%和數(shù)據(jù)中心相關(guān)

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　　2020 年數(shù)據(jù)中心流量將達(dá)到目前的 5 倍

　　IDC 預(yù)測顯示，全球數(shù)據(jù)中心數(shù)量將在 2017 年達(dá)到 860 萬（目前約 400-500 萬），其中大 型數(shù)據(jù)中心（產(chǎn)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(shù)據(jù)中心數(shù)量大幅增加。

　　流量方面，思科的數(shù)據(jù)顯示，到 2020 年，全球進(jìn)行云計算的數(shù)據(jù)總流量將達(dá)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 總流量的 92%，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到 14.1 ZB，是 2015 年的 5 倍，這對數(shù)據(jù)中心 內(nèi)部的信息傳輸和處理提出了很高的要求。

2015-2020 年全球數(shù)據(jù)中心流量（Zettabytes／年）

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　　3、未來數(shù)據(jù)中心將向 200G、400G 甚至更高的傳輸速度演進(jìn)

　　目前全球數(shù)據(jù)中心以 40G、100G 模塊為主（國內(nèi)目前正在測試 25G），數(shù)據(jù)中心內(nèi)部（芯 片內(nèi)部、芯片與芯片之間、機(jī)架內(nèi)部、機(jī)架與機(jī)架之間等）的傳輸以電信號傳輸為主。

　　數(shù)據(jù)中心流量的爆發(fā)式增長，對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部傳輸提出了新的要求，未來數(shù)據(jù)中心必定 很快向 200G、400G 甚至更高的傳輸速度演進(jìn)。

　　光傳輸已經(jīng)進(jìn)入到 Computercom 階段

　　光通信已經(jīng)發(fā)展了近 40 年，從 1980s 左右開始，相繼完成了 WAN、MAN、LAN、System、 Board 領(lǐng)域的滲透。

光傳輸發(fā)展路徑

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　　傳統(tǒng)光通信模塊主要是由 III-V 族半導(dǎo)體芯片、高速電路硅芯片、被動光學(xué)組件及光纖封 裝而成，其中成本主要來自 III-V 族半導(dǎo)體芯片及系統(tǒng)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?dāng)_大等局限，業(yè)界發(fā)現(xiàn)摩爾定律不再適用，傳統(tǒng)的銅電路已經(jīng)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(xiàn)困難

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　　芯片層面光進(jìn)銅退成為必然

　　數(shù)據(jù)中心對于帶寬的需求并非看平均水平，而是要應(yīng)對諸如“雙 11”等高峰期的爆發(fā)式 流量，銅線的這一傳輸極限未來將無法滿足數(shù)據(jù)中心通信和云計算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，需 要更快的傳輸速度，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的光進(jìn)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(shù)有望成為顛覆

　　硅光子技術(shù)是基于硅和硅基襯底材料（如 SiGe/Si、SOI 等），利用現(xiàn)有 CMOS 工藝進(jìn)行 光器件開發(fā)和集成的新一代技術(shù)，結(jié)合了集成電路技術(shù)的超大規(guī)模、超高精度制造的特 性和光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢，是應(yīng)對摩爾定律失效的顛覆性技術(shù)。

　　硅光子架構(gòu)主要由硅基激光器、硅基光電集成芯片、主動光學(xué)組件和光纖封裝完成，使用該技術(shù)的芯片中，電流從計算核心流出，到轉(zhuǎn)換模塊通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)射 到電路板上鋪設(shè)的超細(xì)光纖，到另一塊芯片后再轉(zhuǎn)換為電信號。

硅光子系統(tǒng)的實現(xiàn)展示

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　　相對電傳輸，采用高速光纖的光傳輸架構(gòu)，可以通過單一鏈路 25Gb／s 的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到 100Gb ／s 的傳輸速度，甚至更快。而在傳輸介質(zhì)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(xiàn)光電集成。

　　一旦硅光子技術(shù)得以成熟，對于現(xiàn)有的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)將是一個本質(zhì)的顛覆，此外在包括 超級計算、軍工、傳感器、細(xì)胞和 DNA 分析、虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域，硅光子技術(shù)也 能發(fā)揮其光學(xué)特性和半導(dǎo)體特性，未來市場空間巨大。

　　硅光子行業(yè)爆發(fā)將即

　　1、硅光子技術(shù)進(jìn)入集成應(yīng)用階段

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

硅光發(fā)展歷程（1960s-2015）

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　　硅光子器件與產(chǎn)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(huán)節(jié)的功能單元，主要包括光源、調(diào)制器、探測器、波導(dǎo)等。

　　硅光芯片將若干基本器件進(jìn)行單片集成，以實現(xiàn)高性能、低功耗、低成本等特性，包括 光發(fā)送集成芯片、光接收集成芯片、光收發(fā)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(diào)制器陣列芯片等）等。

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

硅光子器件和產(chǎn)品分類

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　　硅光子技術(shù)經(jīng)過近 50 年發(fā)展，逐漸走出了萌芽階段，近十年來，基于硅光平臺的光調(diào)制 器、光探測器、光開關(guān)和異質(zhì)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(tǒng)光電子器件，為大規(guī)模光子集成奠定基礎(chǔ)。

　　根據(jù) Intel 的硅光子產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期，對比當(dāng)前狀態(tài)，到 2019 年，硅光子技術(shù)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(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃

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　　2、預(yù)計硅光子行業(yè)兩年左右可能迎來爆發(fā)

　　在當(dāng)前的流量爆發(fā)式增長的需求推動下，目前硅光子技術(shù)進(jìn)入關(guān)鍵發(fā)展時期。

　　當(dāng)前行業(yè)有眾多催化劑刺激：適用硅光子技術(shù)的 PAM-4 調(diào)制（能一個信號調(diào)制兩個比特 信號）被 400G 以太網(wǎng)采納作為標(biāo)準(zhǔn)；已經(jīng)有部分硅光產(chǎn)品已經(jīng)到達(dá)批量生產(chǎn)和批量出貨 的階段；數(shù)據(jù)中心給光工業(yè)帶來的規(guī)模效應(yīng)。

硅光子行業(yè)發(fā)展催化劑

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　　當(dāng)然，未來的發(fā)展也一些不確定性：傳統(tǒng) CMOS 生產(chǎn)線并不能直接生產(chǎn)硅光器件，而是 需要做一定改動及優(yōu)化，而且工藝制造在商用過程中有一定難度；在相當(dāng)大的產(chǎn)量和更 高傳輸速度需求下，硅光子技術(shù)才能體現(xiàn)成本優(yōu)勢；封裝存在一定難度，當(dāng)前封裝約占 最終收發(fā)器產(chǎn)品成本的 80－90%，未來目標(biāo)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(yè)發(fā)展風(fēng)險

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　　3、硅光子技術(shù)整競爭格局

　　硅光子技術(shù)涉及“設(shè)計－制造－封裝”等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從產(chǎn)業(yè)鏈來看，包括原材料供應(yīng)商（晶 圓廠等）、設(shè)計廠商、制造廠商、封裝廠商、系統(tǒng)集成商等，當(dāng)前商用產(chǎn)品較少，整個產(chǎn) 業(yè)還沒有形成穩(wěn)定的競爭格局。

　　硅光子技術(shù)是半導(dǎo)體技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的結(jié)合，并且對于通信行業(yè)的影響將是顛覆性的， 在這一領(lǐng)域，目前投入研發(fā)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(dǎo)體廠商和華為等設(shè)備商也加入了這一領(lǐng) 域的競爭。

　　硅光子技術(shù)是光學(xué)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的結(jié)合，但隨著硅基激光器等光學(xué)分立器件取得突 破性的進(jìn)展，硅光子技術(shù)的半導(dǎo)體屬性越來越強(qiáng)，在整個產(chǎn)業(yè)鏈中電子公司的 地位越來越重要，話語權(quán)也越來越重。

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