从骨干网相干光通信到硅光、CPO全栈光网技术栈

AI算力爆炸催生光通信技术代际跃迁,800G PAM4、800ZR相干光模块与C+L波段DWDM协同推动单纤带宽飙升至51.2T,重塑数据中心互连与城域光网格局。


光通信网络你以为800G已经顶天了?错!真正的杀手锏,藏在一根比头发还细的光纤里——它现在能跑51.2太比特每秒!

注意,是T,不是G,更不是M!

51.2T等于51200G,等于整整6400个800G通道塞在同一对光纤里!

这啥概念?相当于你家千兆宽带要开51200条才能赶上!这不是实验室吹牛,是Meta、微软、谷歌这些AI巨头正在部署的真实架构!

事情得从最基础的信号说起。

早期数据中心用的NRZ调制,就是“开”代表1,“关”代表0,简单粗暴。
26.6G波特率(Baud Rate),每秒传26.6亿个信号,每个信号1比特,实际速率约25Gbps。

这在十年前够用了,但现在?连GPU集群的边都摸不到!于是工程师们祭出PAM4——脉冲幅度调制4电平。

它不是只有开和关,而是搞出四个电压等级:0、1、2、3,每个符号能传2比特!
同样是53.1G波特率,PAM4就能干到53.1 × 2 = 106Gbps,实际封装成100G光模块。
再把8个这样的通道捆在一起,就是我们现在司空见惯的800G光模块——8×100G,用8对多模或单模光纤,专门跑AI机柜内部、ToR到Leaf这种短距离互联。

但问题来了:8对光纤?在密集到爆炸的AI机房里,布线早就成了灾难!线缆比钢筋还密,散热堪比火山口。

更别提跨园区、跨城市的连接,难道还要挖沟埋几十根光纤?不可能!

于是,真正的王者登场——相干光通信!这玩意儿最早是电信骨干网的专利,现在被AI逼着杀进了数据中心互联(DCI)!



相干光的魔法——DP-16QAM如何把800G塞进一根光纤?

相干光,听着高大上,其实核心就三点:幅度、相位、偏振!传统光通信只看光有没有(强度),相干光则把光当成一个高速旋转的矢量,不仅能调它的“亮度”(幅度),还能调它的“旋转角度”(相位),甚至让它左右摇摆(偏振)!三者组合,状态数直接爆炸。比如DP-16QAM(双偏振16进制正交幅度调制),它在一个偏振态上定义16种光状态(4×4的星座图),两个偏振再叠加,总共256种状态!每种状态代表8个比特(2⁸=256)!所以,只要波特率达到118G,118 × 8 = 944Gbps,扣除编码开销,稳稳输出800G!最关键的是——它只用一根光纤对(收发各一芯),就干掉了IMDD(强度调制直接检测)需要的8对!

这还不算完!相干光模块天生带“调谐”能力,可以像收音机换台一样,切换不同波长(λ)。于是,DWDM(密集波分复用)来了!C波段(1530–1565nm)能塞32个800G波长,L波段(1565–1625nm)再塞32个,总共64个λ!64 × 800G = 51.2Tbps!没错,一束光里跑64个800G,全靠波长隔离。这相当于把一条单车道的乡间小路,瞬间变成64车道的超级高速公路——还不用征地!Meta的Scale-Across网络已经这么干了,谷歌、微软紧随其后。而传统IMDD?还在8车道上堵车呢!

所以结论很明确:AI数据中心内部,800G PAM4是主力,便宜、功耗可控、延迟低;但一旦跨出园区、进入城域或长途,相干光+DWDM就是唯一选择。而且,这场升级不是“可选项”,是“生死线”——因为AI训练集群越来越大,一个模型动辄上万张H100,东西向流量爆炸式增长,没有51.2T的光纤底座,根本撑不住!



光模块厂商的“三国杀”与硅光崛起!

光网革命,最直接的受益者是谁?光模块厂商!但不是所有厂都能吃肉。这场战役明显分成三大阵营:

第一阵营:短距王者——VCSEL+多模光纤派。代表产品:800G SR8。用8个VCSEL激光器(垂直腔面发射激光器),打850nm光进多模光纤,跑50米内,比如GPU到ToR交换机。成本低、功耗低,但距离短、未来难扩展。谁强?Lumentum、II-VI(现Coherent)、光迅科技。关键看VCSEL阵列的良率和自动化封装能力——谁能量产高一致性8通道VCSEL,谁就吃定AI机柜内部这口肉!

第二阵营:中距主力——EML+硅光混合派。代表产品:800G DR8(500米)、800G 2×FR4(2km)、800G 2×LR4(10km)。这里用的是InP(磷化铟)EML(电吸收调制激光器),波长1310nm或1550nm,跑单模光纤。技术难点在于:EML贵、驱动功耗高、耦合损耗大。于是硅光(Silicon Photonics, SiPho)杀入!Intel、思科Acacia、Marvell、旭创科技都在押注硅光。硅光把调制器、耦合器、MUX/DEMUX全做在硅片上,用CMOS工艺量产,BOM(物料清单)成本有望压下来。但挑战也大:硅材料本身不发光,还得外接CW(连续波)激光器,混合集成难度高。谁能搞定“EML+SiPho”混合封装,或者纯硅基调制器(低驱动电压),谁就能在800G DR8/FR4市场称王!

第三阵营:长距霸主——相干光模块派。代表产品:400ZR、800ZR/ZR+。形态是QSFP-DD或OSFP,直接插进路由器或交换机,跑120–500+公里。这里面最赚钱的是相干DSP(数字信号处理器)!目前就三家能打:Ciena(WaveLogic)、思科(Acacia)、Marvell(Inphi)。800ZR用118G波特率+DP-16QAM,对DSP算力、功耗、算法(如概率整形PCS)要求极高。毛利率远高于IMDD模块!模块厂商如旭创、光迅、新易盛,要么自研DSP(难),要么买DSP方案(被卡脖子),利润空间有限。但一旦拿下大客户认证,就是长期饭票!

更刺激的是,1.6T已经在路上!106.2G波特率PAM4,200G/lane,8通道就是1.6T!但功耗爆炸——目标20–30W,传统DSP根本压不住。于是业界猛推LPO(线性可插拔光模块),把DSP从光模块里拿掉,让交换芯片自己处理均衡!这对DSP厂商是噩梦,但对交换芯片厂商(如博通)是利好。同时,主动铜缆(AEC)也在抢饭碗——用高速retimer芯片延长铜缆距离到5–10米,功耗比光模块还低!Retimer厂商如Marvell、Semtech、澜起科技,订单爆满!



交换芯片的“权力游戏”——博通、思科、美满的AI网络之争

光模块往上一层,就是交换芯片(Switch ASIC)——AI网络的“CPU”。这里完全是博通的天下!51.2T交换芯片(64×800G)几乎全是博通的Tomahawk 5。为什么?因为博通的SerDes(串行器/解串器)技术强,200G/lane(106G PAM4)良率高;共享缓存架构优化AI集合通信(AllReduce);QoS(服务质量)支持确定性延迟。谷歌、Meta、微软、AWS这些超大规模客户,清一色用博通芯片搭AI网络!这让博通躺着收钱——800G每端口芯片溢价极高。

但也不是没人挑战。思科的Silicon One G300(51.2T)和G400(102.4T)性能不输,但生态弱,主要卖给自己路由器;美满(Marvell)的Teralynx 10(51.2T)和11(102.4T)靠低价+开放策略,在部分中国客户和电信市场分一杯羹。不过,AI网络讲究“端到端”,从GPU到交换机到光模块,全栈协同才能压延迟。博通+英伟达+RoCE(RDMA over Converged Ethernet)这套组合拳,已经形成事实标准。除非你像微软那样自己搞InfiniBand,否则基本逃不出博通的手掌心。

更关键的是,交换机厂商也在洗牌。Arista、思科、Juniper靠800G端口+ZR光模块,把DCI(数据中心互联)从专用DWDM设备手里抢过来!以前跨园区要买一堆transponder(波长转换器),现在直接插800ZR模块进路由器就行。这直接干掉了传统DWDM厂商(如华为、中兴的光传输部门)的饭碗!但思科、Arista反而笑哈哈——一台高端路由器卖几百万,光模块还能再赚一笔,还省了专用设备机架空间!



Ciena——相干光时代的“隐形冠军”

说到相干光,就不能不提Ciena(中文常译作“Ciena”或“赛雅”)。这家公司表面低调,实则手握三大王牌:

第一,WaveLogic DSP技术全球领先。WaveLogic 5e实现800G,WaveLogic 6直接冲1.6T/波长!用更高波特率+高级概率整形(PCS),在同样频谱下塞更多数据。这对运营商和AI巨头太重要了——波长越少,设备越少,功耗越低,机房空间越省!

第二,C+L波段开放线路系统(Open Line System)布局早。要跑64×800G,光有模块不够,还得有支持C+L波段的ROADM(可重构光分插复用器)、WSS(波长选择开关)、EDFA/Raman放大器。Ciena的Reconfigurable Line System早就支持C+L,一套系统能管理128个波长!运营商升级时,必须买它的WSS和放大器,软件还得用它的MCP/Blue Planet自动化平台。

第三,“相干路由”战略卡位精准。Ciena的8100系列路由器和WaveRouter,直接支持插ZR/ZR+模块!等于把transponder功能集成进路由器,彻底干掉独立transponder市场。这招太狠——客户省了设备、省了运维,Ciena却同时赚了路由器和光模块的钱!

当然,Ciena也有软肋:它不做800G PAM4模块,吃不到AI机房内部的红利;相干模块面临思科Acacia、Marvell的DSP价格战;超大规模客户倾向买白盒模块+开放线路系统,压缩集成商利润。但总体看,AI驱动的城域/长途光网升级,Ciena是最大赢家之一——因为它卡在了“管道”最肥的那段!



硅光与共封装:1.6T时代的终极对决

未来3–5年,1.6T是必争之地。但1.6T PAM4(106.2G波特率)面临三大地狱级挑战:功耗、热密度、信号完整性。OSFP-XD模块虽能散热,但30W功耗在高密度机架里仍是灾难。于是,两大技术路线浮出水面:

路线一:硅光规模化。Intel押注硅光最深,把调制器、探测器、波导全集成在硅片上,用300mm晶圆量产,成本有望比EML低50%。旭创、思科也在跟进。关键突破点在于:能否实现低电压驱动(<2V)、高带宽(>70GHz)、与激光器的高效耦合。一旦成功,1.6T DR8模块成本将断崖式下降。

路线二:共封装光学(CPO, Co-Packaged Optics)。把光引擎直接封装在交换芯片旁边,用微米级电互联代替厘米级电走线,功耗可降50%以上!NVIDIA、博通、思科都在搞。但CPO有个致命问题:不可插拔!一旦坏一个光通道,整个交换芯片报废。运维成本极高。所以目前只适合超大规模自用集群(如谷歌TPU Pod),不适合通用市场。

可以预见,未来将是“硅光主导可插拔CPO主导专用集群”的双轨制。

而光模块厂商的价值,将从“组装厂”向“PIC(光子集成电路)设计+封装”升级。谁掌握硅光流片能力、激光器集成技术、先进封装(如2.5D/3D),谁就能笑到最后!



【第七章:投资地图——谁是真·赢家,谁是炮灰?】

总结这场光网革命的投资逻辑,必须看清三层结构:

底层(受益确定性最高):  
- 相干DSP:Ciena(WaveLogic)、Marvell(Inphi)  
- C+L光器件:WSS(Lumentum、II-VI)、泵浦激光器(II-VI、nLIGHT)  
- Retimer/AEC:Marvell、Semtech、澜起  

中层(高增长但竞争激烈):  
- 800G光模块:旭创科技、光迅科技、新易盛(需看OSFP热设计+客户认证)  
- 交换芯片:博通(绝对龙头)、Marvell(挑战者)  
- 硅光:Intel(长期)、国产硅光初创(风险高)  

上层(结构性风险):  
- 纯PAM4 DSP厂商:若LPO普及,市场将萎缩  
- 传统DWDM设备商:被ZR pluggable+路由器取代  
- 多模光纤/VCSEL厂商:1.6T若转向单模,SR市场见顶  

特别提醒:出口管制风险不可忽视。美国对高端相干DSP(如WaveLogic 6)出口限制,可能影响中国客户采购。国产替代如华为海思、光迅自研DSP。



【终章:这不是升级,是重构!AI正在重写光通信规则】

AI不是在“用”网络,而是在“重塑”网络。从NRZ到PAM4,从IMDD到相干光,从C波段到C+L,从8光纤到单纤51.2T——每一步都是被AI算力逼出来的绝地求生。

而这背后,是一场横跨材料、器件、芯片、系统、软件的全栈竞赛。赢家通吃,输家出局。但机会也前所未有:一根光纤的价值,正在从“管道”变成“金矿”。未来五年,光通信行业将迎来继4G/5G之后最强劲的资本开支周期,而AI就是唯一的燃料。

记住这句话:算力决定国力,光网决定算力。谁掌控了光,谁就掌控了AI时代的命脉!