来源：国盛证券
1. 5G 时代光通信的再思考——流量爆发下的数据密度革命
我们一直在思考一个问题：5G 流量再爆发中，光模块的产业演进路径如何？
结合此前日韩 5G 研究、光博会草根调研，我们本文系统性地从架构的变化衍生出对设备、光芯片、光模块、连接器件以及 PCB 材料演进路径的分析。
站在当前时点，市场担心光通信同质化竞争严重，会影响产品毛利率进而拖累业绩增长，但我们看到，5G 对数通设备、400G、MPO 连接器、高频高速材料等提出新的要求，流量爆发下的数据密度革命即将到来，新产品、新市场的出现将极大提振盈利能力，优秀企业在产品能力、渠道能力、成本管控等方面的竞争优势将进一步体现，从而拉开业绩差距。因此，不必过分担心同质化竞争而忽略了 5G 的大机遇，在全球 5G 放量的前夕，光通信仍是最确定的方向。
1.1 流量驱动下的东西向"叶脊架构"需求增长
5G与400G数据中心是双生式同步发展。当前，全球主要国家正在积极参与5G 的商用化。运营商正在全速部署下一代网络设备，为2020年及以后的5G服务做好准备。4K/8K 高清视频、直播、视频会议、VR/AR等大带宽的持续发酵酝酿，NB-IoT等技术引发物联网产业新一轮增长，海量移动设备的接入，应用端的发展正指向着流量的大爆发。在当下5G应用尚未大规模兴起的情况下，依靠高清视频、AR/VR等既有业务，韩国在5G推出半年的时间点，实现了流量近 3倍增长（DOU 从约8G到25G），结合近期不断涌现的新型应用（如一夜爆红的AI视频换脸 ZAO），我们预计在5G时代随着高宽带应用的逐步落地，流量的爆发将会是数十倍的量级。
云成为大趋势，大型数据中心规模继续增长。根据 Synergy Research 数据显示，2018年年底全球超大规模数据中心数量已经达到430个，美国占据其中 40%。超大规模数据中心的增长势头不减，公司收入每年平均增长 24％，而资本支出增长则超过40％——其中大部分用于建设和装备数据中心。据思科预测，2021 年全球数据中心流量将增长到每年 20.5ZB，且 95%的数据中心流量将是云流量。在即将到来的 5G 时代，流量的爆发将汇聚成数字海啸。过去几年，海外云厂商经历了从需求爆发到去库存的周期轮回，但随着5G 到来，我们认为，数据中心的需求增长仍是确定性的。近期市场担心四季度海外能否起量也仅是短期维度的压制因素，随着2020年5G整体起量，大型数据中心是不可或缺的基础设施。
大型数据中心叶脊架构已成主流架构，新的交换模式可以带来更低的延时，传统三层架构退出历史舞台。首先大型云厂商在即将到来的 5G 时代，以及云进程的进一步深入加速，大型云厂商数据规模越来越大，数据中心内部东西向流量已然占据主导地位，更适于数据中心内部数据交互的扁平胖宽的叶脊架构已成为数据中心的首选。叶脊架构使得数据中心规模变得更大、更扁平化，这使得整个数据中心需要更多的交换机，交换机之间也需要更快的传输速率以及更高的光纤覆盖率来满足内部海量流量的互通。我们在近期国内市场的走访中已经越来越多听到关于叶脊架构的讨论。
交换机之间连接都需要高端光模块来完成，叶脊架构所需高速光模块数量巨大。对于有1000 个机柜（单机柜 30 台服务器）的大型数据中心，总出口带宽 1T，单服务器带宽10G，采用传统三层架构，核心层交换机 4 个，汇聚层交换机 20 个，接入层交换机 2000个。则核心层与汇聚层之间 40G/100G 高速光模块 4*20*2=160 个。同样规模下采用叶脊架构的数据中心，需要的叶交换机数量在 300 个左右（单台叶交换机下行连接 100 台服务器），则下行带宽 100*10G=1000G，为了保证收敛比，上行带宽约为 330G，如果采用 40G 光模块，则对应脊交换机 8 个，则需要的高速光模块是 300*8*2=4800 个；如果采用 100G 光模块，则对应脊交换机 4 个，则需要的高速光模块是 300*4*2=2400 个。对比可知，叶脊架构所需的高速光模块数量是传统三层架构的 15-30 倍。对大型和超大型数据中心而言，随着机柜和服务器数量增加，整体结构将更趋于大型化和复杂化，对应的叶脊架构下所需高速光模块的数量是巨大的，且数据中心规模越大，需求的加速度越大。
100G会有较长的生命力，随着400G的启动会逐步放缓，400G元年启动。我们参考Facebook 基于叶脊网络架构基础的 fabric 网络架构，可以看到对于大型数据中心来说，为了实现数据中心内部东西向流量的通信，在二维叶脊架构基础上，进行了三维拓展，实现了一个立体的结构，使得整个数据中心的拓展延申性得到了维度级的提高。通过fabric 架构，Facebook 可以从容的应对整个数据中心内部东西向流量的爆发带来的通信难题，通过构建了一个互通性极强的立体结构，既保证了数据中心东西向数据通信的畅通，又保证了其大型数据中心规模的可拓展性，使得整个数据中心更具生命力。
1.2 北美云厂商的资本开支见底回暖
云厂商资本开支19Q2 实现触底反弹。从北美主要四家云厂商（facebook、亚马逊、微软、谷歌）的资本支出情况来看，2016 年整体进入同比加速增长阶段，到 2018 年 Q1 四家整体资本开支在单季度达到 157 亿美元，同比增速达到高点 115%。随后整体资本开支开始放缓，19 年 Q1 的增速同比和环比均出现下滑，达到最低点，Q2 出现增速回升。数据中心建设模式为循序渐进式，在需求的推动下，预期 400G 将会带动资本开支逐季节回升。
1.3 端口密度升级是大型数据中心必经之路
叶脊架构全连接特性要求每台叶交换机与每台脊交换机一一连接。在叶脊架构中，脊交换机之间或者叶交换机之间不需要链接同步数据（不像三层网络架构中的汇聚层交换机之间需要同步数据）。我们知道叶脊架构的初衷就是提高整个数据中心内部流量的通信效率，对于数据中心内任何两台服务器，只需要经过一台叶交换机和一台脊交换机便能实现服务器间的数据传输，大大提高了数据传输的效率。每个叶交换机的上行链路数等于脊交换机数量，同样的每个脊交换机的下行链路数等于叶交换机的数量，脊交换机和叶交换机之间以 full-mesh 方式连接，即每台叶交换机与每台脊交换机一一连接。
光端口升级是大型数据中心必经之路。随着数据流量的爆发，云厂商数据中心的扩建和升级需求是显而易见的。目前以云厂商为主的大型和超大型数据中心都已采用叶脊架构，对于叶脊架构而言，为了实现总带宽的升级，只通过提高端口的数量而不升级端口带宽的方法来实现升级并不是理想的方案。大型数据中心由于规模大、机柜量多，日常的运维管理维护的难度更大，对数据中心的结构和布线等要求更高。
同时大型云厂商的用户数量巨大，流量的增速更快，云厂商对数据中心的扩展性要求更高。仅通过提高端口数量的做法，会使得整个数据中心结构迅速复杂化，对运维管理的要求更高，且结构的复杂使得后续在同样端口密度下扩展的空间更小，后续若要继续升级依然只能选择光端口升级的方法来实现，是大型数据中心绕不过的核心点。
目前来看，北美主流云计算公司对于下一代产品升级的技术路线尚未形成统一，亚马逊主张使用的是 4x100G DR4，谷歌将由 100G 升到 200G 转换至 2x200G 模块的形式，主要使用 2x200G SR8 和 FR8 光模块，Facebook 则基于其新型 F16 架构使用 100G 光模块实现带宽升级，并计划进一步升级到 200G，微软则更多考虑 400G ZR 可用于长距离互连区域性数据中心之后，再在数据中心内部署 400G，实现跨区域数据中心的超高速数据互通。
流量的加速爆发，使得云厂商们势必需要对现有数据中心进行升级改造或者新建更多的数据中心。这将大大提升数据中心对光通信器件、模块及设备的使用及升级需求，而大型数据中心的结构特点和高扩展性，使得端口 400G 升级成为必经之路。流量的大爆发将成为驱动 400G 光通信产业发展升级的根源力量。
2.1 数据中心网络架构的发展历程
虚拟化、软件定制化数据中心成为时代主流。早期数据中心的规模和需求并不大，一个数据中心所容纳的服务器规模在百台左右。随着数据流量的不断增加，数据中心容纳的服务器从数千台发展到如今的数十万台，规模越来越大。数据中心的技术也从最传统的路由交换技术发展到虚拟化技术(NFV)、软件定义网络（SDN）和二者的结合（SDN/NFV），其架构也从从经典的三层架构发展至今日主流的叶脊架构。追本溯源，数据中心规模的扩大、技术的演进都是因需求端数据量不断地增加而驱动的。在 2008 年以前，经典数据中心架构采用"核心-汇聚-接入"这种传统的三层架构，当时大多数数据中心里的一个服务器对应的就是一个应用，按照功能不同被放置在固定的功能区域内。
但随着数据量的增长，服务器的数量越来越吃紧。服务器的虚拟化趋势越来越强，"提高服务器利用率"、"充分发挥计算资源"成为主流声音。
2011 年起，数据中心网络架构开始逐渐向扁平化架构发展，计算资源池化、SDN/NFV兴起，叶脊架构成为主流。随着移动互联网和云计算的迅猛发展以及 SDN/NFV 的逐渐兴起，数据中心南北向流量和数据中心内部东西向流量的爆发使得叶脊网络架构成为主流。在叶脊网络架构，脊交换机之间或者叶交换机之间不需要链接同步数据（不像三层网络架构中的汇聚层交换机之间需要同步数据）。每个叶交换机的上行链路数等于脊交换机数量，同样的每个脊交换机的下行链路数等于叶交换机的数量。脊交换机和叶交换机之间以 full-mesh 方式连接。传统的三层网络架构是垂直的结构，而叶脊网络架构是扁平的结构，从结构上看，叶脊网络架构更易于水平扩展，以满足日益提升的流量需求。
2.2 400G 时代交换机率先实现最高密度转发
交换机率先实现 400G 高密度转发，节省能耗、降低成本。交换机在整个数据中心的结构中占据重要的位置，它是整个数据中心的骨架。交换机的升级对于数据中心整体升级来说具有指导性意义。对于 400G 密度升级而言，交换机需先升级至支持 400G 型号的产品，再至上而下的对光模块、布线等进行逐一升级。自 17 年博通 400G 交换机芯片送样后，400G 交换机进展顺利，18 年思科、Arista、Junpier 等主流交换机厂商争相发布400G 交换机产品，到 19 年已能提供丰富的 400G 系列产品，而国内的数通厂商如新华三、锐捷也于 19 年陆续推出 400G 交换机产品，交换机率先实现了 400G 高密度转发。
谷歌、微软、亚马逊已陆续开启 400G 升级进程。谷歌为了满足带宽需求，一般超大规模数据中心会每 2-3 年对整体网络架构进行一次升级。我们参考 Googe 数据中心升级路线，谷歌在 2013 年第五代数据中心谷歌开始启用 40G，2016 年下半年则开始大规模使用 100G，以此类推 2019 年年底有望开启 400G 规模商用。400G 以太网技术的同步实施，在今后的数年内将会继续增长，成为交换芯片和网络平台上普遍采用的速度。与此同时，微软、亚马逊也于 2019 年陆续开展 400G 升级的前期工作，前期的送样测试工作基本完成，400G 升级进展顺利。
针对 Facebook 2019年数据中心新架构的分析。2019 年 3 月，Facebook 在 OCP Summit2019 会议上重磅发布了下一代 IDC 网络 F16、新一代的 Fabric Aggregator-HGRID，以及其核心组件 Minipack，以满足数据中心高速增长的流量需求。新一代 IDC 网络架构 F16相比上一代 4 fabric 网络架构，在没有使用更高速率光模块前提下，通过提升网络平面数及减少跳数来达到同样带宽的需求，这直接提升了 Facebook 对 100G 光模块需求。
我们认为此次架构升级依然利好400G，其架构依然是基于叶脊架构的 Fabric 架构，通过提高端口的数量，使用端口数量更多的交换机，来实现带宽的升级。从短期看Facebook 会更集中于 100G 光模块的需求，而中长期来看更是为顺利过渡至 400G 打好了结实的架构基础。Facebook 通过避开 400G 光模块前期高价的阶段，把其端口密度升级的进程稍稍往后推迟，随着 400G 光模块的放量价格将逐渐下降，在 400G 光模块价格稳定后，facebook 再进行全方位的光端口密度升级，从资本开支角度可以节省资金。
而其新的 F16 架构全新的架构，端口数量较上一代 F4 架构明显大增，对于相同数量的服务器，需要 3-4 倍的 100G 光学器件。海外数据中心光模块专业咨询机构 LightCounting于 2019 年 4 月发布光通信市场预测报告，其中上调了对于以太网段光模块销售收入预测，主要原因是 100G 光模块的销量在增长，同时认为 Facebook F16 数据中心新网络架构对于相同数量的服务器，它需要 3-4 倍的 100G 光学器件，整个数据中心端口数量较之前有数倍增长，那么当 Facebook 开展 400G 升级进程后，对 400G 光模块需求量将会是巨大的。
交换机芯片发展顺利，各大厂商陆续推出 400G 交换机。用于交换机的 56G PAM-4ASIC(专用集成电路)芯片在不断发展的过程中功能日益强大，这些新型的 ASIC 可以提供 12.8Tbps 的带宽，从而使得下一代交换机可提供 32 个 400 Gbps 的端口。从时间线上看，Juniper 在 2018 年 7 月宣布计划将 400G 创新成果注入到 PTX IP 传输系列，QFX数据中心系列和 MX WAN 系列的交换机中。2018 年 10 月，思科加入了 400G 行列中，宣布面向超大规模云提供商，大型企业数据中心和电信提供商，提供 400G 交换机。思科为网络用户推出两款新的 Nexus 3400-S 固定交换机，并为其大型企业和服务提供商常用的应用中心基础设施（ACI）架构推出两款新的 Nexus 9000 交换机，这四个交换机都向后兼容 Cisco 的 100G 平台。同样在 18 年 10 月，Arista 公布了一条支持 400G 的新型交换机产品线，新的 400G 固定系统主要针对的是超大规模云和数据中心网络，这些网络需要更多带宽用于人工智能（AI），机器学习和无服务器计算等技术。Arista 7060X4系列还包括可为 100G 端口提供向后兼容性的光学器件。这使得客户可以灵活地构建高密度叶脊网络，包括与服务器的 100G 连接和叶脊结构中的 400G 连接。
从交换机与光模块的相关性看，400G 有望在 2019 年底迎来规模商用。一般来说从交换芯片推出到光模块开始放量要有 2-3 年的时间，而且通常会有一个快速放量的过程。100G光模块的市场在首款32X100G交换芯片(博通 Tomahawk)开始送样是在2014年，2016 年 100G 的光模块开始规模上量。以此类推，2017 年底博通 32X400G Tomahawk3芯片开始送样，预计到 2020 年 400G 有望迎来规模商用，结合流量爆发加速，这一过程有望更加迅速。
2.3 新一代数据中心交换机主要厂商方案
2.3.1 思科
思科 Nexus 系列产品支持提供全面的 400G 解决方案。思科已宣布其 Nexus 系列相关的 400G 产品将满足所有网络架构的需求，将经济高效地为具有大型网络规模的客户提供高密度的 100G/400G 支持，整个系统将具有更高的灵活性。其 400G Cisco ACI 系统将在抱着高密度带宽的同时，赋予自动化、可视化、稳定性以及安全性。
Nexus 9300-GX 是 Nexus 9000 系列支持 400G 的新一代非模块化产品。该系列基于思科 Cloud Scale 技术，引入完全向后兼容的 400G 光纤接口-四通道小型封装热插拔-双密度(QSFP-DD)端口，可以通过透明方式将现有数据中心交换矩阵从 40Gbps 和 100Gbps 速度迁移到 400Gbps。凭借高度灵活的第二层和第三层可扩展性，以及可以满足虚拟数据中心和自动化云环境不断变化需求的高性能。思科为 Nexus 9000 系列交换机提供了两种操作模式，可以部署思科以应用为中心的基础设施（思科 ACI™模式）或思科Nexus 交换机环境（思科 NX-OS 模式）。
Nexus 3400-S 是 Nexus 3000 产品系列中第一款配备 400G 功能的交换机。配备 50Gbps PAM4 串行解串器（SerDes），专为数据中心而设计，具有业界领先的每瓦特性能。凭借 12.8-Tbps ASIC，Nexus 3408-S 系列提供 128 个 100G 端口或 32 个 400G 端口，允许客户在其结构中使用更少数量的交换机实现大规模的布局，简化管理并降低成本。Nexus 3400-S 提供可编程管道，转换为灵活的配置文件，无论是最长前缀匹配（LPM）优化还是第三层主机优化。此外，Nexus 3400-S 交换机还支持深层网络分析，提供流量监控、队列取证和丢包分析，帮助监控客户网络。
思科对于 400G 系列产品未来持乐观态度。在思科最新季度财报的电话会议中，思科表示面对即将全面开启的 400G 升级，思科相比较竞争对手而言正处于一个有利的位置，思科在 400G 技术上已经足够成熟，并通过和大客户的交流沟通获得了足够的支持，预计公司将会在 400G 升级上取得更大的优势。
2.3.2 Arista
Arista Networks 是为数据中心和云计算环境构建可扩展的高性能和超低延迟网络的领导者。专业的硬件加上世界先进的网络操作系统 Arista EOS，提供跨所有平台的单一二进制系统映像、最长系统运行时间、状态故障修复、零接触服务开通、延迟分析和完全可访问的Linux内核。Arista以太网交换机系统支持VMware虚拟化并且集成了数百个Linux应用程序的，满足当今要求最严苛的数据中心电力和冷却需求。
Arista 7800R3 系列是高密度骨干平台，采用经过验证的云级架构，可编程支持超过 250万条路径、前所未有的 400/100G 密度和灵活的表尺寸。Arista 7800R 具有高达 460Tbps的性能，带有嵌入式 MACsec，是最高容量数据中心网络和通用骨干的理想平台，可满足云、服务提供商和有线网络运营商的需求，具有互联网规模路由和高可靠性。
Arista 7368X4 系列是 4RU 高密度 100G 和 400G 模块化数据中心交换机，具有线速 2 层和 3 层功能和用于软件驱动云网络的高级功能。7368X4 提供丰富的接口速度和密度选择，允许网络无缝演进到 400G。
Arista 7280R3 系列在高密度和灵活的固定配置交换路由器中提供了动态和深度缓冲区、高性能和全互联网规模路由的组合，并融合了 INT、VXLAN 和加速 sFlow 等丰富功能。7280R3 专为下一代云和 IP 存储、内容交付网络和无损双层设计中的互联网对等而构建，同样适用于通用骨干或数据中心边缘。
截至日前，Arista 总共推出数十款不同型号的 400G 交换机，丰富的产品线可以覆盖绝大多种不同的数据中心升级方案。在最新的财报中，公司对 400G 产品充满信息，并预计 400G 产品将在未来一年内为公司业绩带来实质性的影响。
2.3.3 新华三 H3C
新华三 S12500 系列交换机也成功完成自身的又一次技术革新和突破。作为新华三数据中心交换机家族中的旗舰产品，S12500 依托多项先进硬件设计理念，让整机性能与机框完全解耦，24 端口 400G 以太网接口板让 S12500 系列在 400G 时代抢占了先机，使之有向未来新的标准不断演进的能力。此次 400G 板卡的成功商用，也让 S12500 成为业界首个支持全速率端口的交换机产品，为用户提供更为灵活的组网方案，及未来更大的平滑扩容空间。
作为数字化解决方案领导者，新华三长期以来引领网络设备和技术架构的创新迭代，本次 400G 以太网商用项目的成功实施，更将进一步推进中国网络建设的升级换代，推动社会迈向智能互联新时代。
2.3.4 锐捷网络
锐捷在 2019MWC 大会重磅推出其 RG-N18018-CX 400G 产品。锐捷网络 Newton18000-X（简称 RG-N18000-X）系列交换机是锐捷网络面向云架构网络推出的新一代高性能核心交换机，该产品在 100T 的交换平台上，是零背板技术的开启者，在提供高效、稳定交换服务的同时，可实现未来 10 年网络可持续平滑升级。
RG-N18000-X 系列交换机采用先进的硬件架构设计，是目前业界顶级配置的核心交换机之一。其采用先进的 CLOS 直接正交交换架构，单机箱最大可支持 576 个 100GE、576个 40GE、2304 个 25GE、2304 个 10GE 全线速接口，未来还将支持单卡 36 个 400GE接口、单机箱最大支持 576 个 400GE 全线速接口。RG-N18000-X 系列提供 RG-N10006-X、RG-N18010-X、RG-N18018-X 三个产品形态，可以根据业务需要部署在互联网数据中心和园区数据中心的场景。
3.1 400G 光模块放量在即
400G光模块将快速放量。根据Ovum预测，2016-2020年全球光器件市场总体保持 10%增长，2020 年销售超过 122 亿美元，其中数据中心占比超过 40%。2015 年全球数通光模块市场空间 26 亿美元，预计 2020 年达到 50 亿美元，年复合增速 15%。根据Lightcounting 想干预测，2018-2020 年全球 400G 光模块市场规模将分别达到 0.56 亿美元，2.8 亿美元和 7.2 亿美元，400G 市场在未来几年将迅速扩大。
数据中心光模块需求企稳回升。根据 LightCounting 最新的研报数据显示，光模块厂商无需担心主要云数据中心运营商需求的长期前景，明年就会看到需求恢复增长，且接下来的未来几年都回保持高速增长，需求的主力来自 100GbE DR1，200GbE，2x200GbE和 400GbE DR4。这与我们上文中云厂商资本开支分析结果趋于一致。
中国的云市场保持高速增长。2018 年我国云计算整体市场规模达 962.8 亿元，增速39.2%。其中，公有云市场规模达到 437 亿元，相比 2017 年增长 65.2%，预计 2019-2022 年仍将处于快速增长阶段，到 2022 年市场规模将达到 1731 亿元。私有云市场规模达 525 亿元，较 2017 年增长 23.1%，预计未来几年将保持稳定增长，到 2022 年市场规模将达到 1172 亿元。
全球范围加速云布局利好光模块。根据 LC 的数据分析，2020 年数据中心光模块市场重新增长的原因是有新的竞争者加入。当前的大型云数据中心市场中，亚马逊，阿里，Facebook，谷歌和微软占据了 65%的市场，对这一市场格局有望发起挑战的最大希望来自中国。除了已经进入前五名的阿里，百度、腾讯、金山云、青云、UCloud 等公司也有望加入其中，还有潜在的可能加入竞争的公司如今日头条。同样被 LightCounting 看好的还有印度的公有云市场，这个未来的世界人口第一大国也将是云市场的重中之重，全球地缘摩擦的加剧将刺激如印度等国家自建云服务，这些都将成为光模块发展的催化剂。
在过去 5 年中，我们看到 100G 崛起给国内厂商带来的机遇，而在过去两年中，随着海外需求增长放缓，市场将目光重新聚焦于 400G。我们认为，100G 仍将是未来一段时间的里程碑式产品，但对成本控制能力的要求会越来越高，需以此来抵消产品价格的下降。而 400G 方兴未艾，虽然在放量时点上存在一定分歧，但从今年 Google 等龙头厂商的需求看，2020-2022 年有望进入黄金期。
3.2 QSFP-DD 或成 400G 光模块主流封装形式
400G 光模块的三种封装形式。400G 共有三种封装形式，分别是 QSFP-DD、OSFP 和CFP8。与传统的电信接入网传输设备不同，数据中心互联需要实现信息量更大、更密集的传输，要求交换设备拥有更高速率、更低功耗，以及更加小型化。数据中心 400G 光模块的解决方案是目前主流的 QSFP-DD 和 OSFP 两种封装形式。QSFP-DD 的尺寸更小，更适合数据中心应用，是主流发展方向；OSFP 封装尺寸稍大一些，功耗更大，更适合电信应用。
OSFP 和 QSFP-DD 同样在电接口上提供了 8 个传输通道，支持 25GBaud 波特率的PAM4 信号（50Gb/s），因此可以实现 8x50Gb/s=400Gb/s 的信号传输。最后一种CFP8 封装是三种型号中功耗最高尺寸最大的，其功耗最高达到 18w，尺寸是其他两种封装形式的两倍，更适合长距离传输的电信接入网和 DWDM 转发系统。
QSFP-DD 或成为 400G 光模块主流封装方式。由于当前 400G 光模块的需求最主要的来源是大型云厂商，对于大型云厂商的大型、超大型数据中心而言，并不要求长距离传输，且对能耗指标和尺寸要求较高，综合来看，QSFP-DD 是最适合数据中心的 400G 光模块。目前全球领先的光模块厂商都推出了各自的 400G 光模块，我们可以看到除了被收购的 Finisar 以外，其他厂商都采用了 QSFP-DD 封装——市场已经认可了 QSFP-DD 作为 400G 光模块封装的首选。除此之外，部分厂商推出了 OSFP 封装光模块作为补充。
3.3 光模块主流厂商的进展情况
OSFP 和 QSFP-DD 是 400G 光模快的的主流封装形式，国内厂商纷纷发力 400G 的研发生产。在 2019 年 9 月深圳举办的光电博览会上，多家企业纷纷展出了 400GQSFP-DDDR4、400G QSFP-DD FR4、400G QSFP-DDLR4 和 400G QSFP-DD SR8 等光模块以及400G AOC 等产品，表明相关光模块光器件厂家已具备 400G 的商用能力。从公司官网数据来看，中际旭创具有最全的 400G 产品线，其次是新易盛，具有规模出货能力，剑桥科技也在今年推出了新品。
3.3.1 中际旭创
中际旭创旗下旭创科技拥有全面的 400G OSFP 和 400G QSFP-DD 光通信模块产品组合。OSFP 包括 4x50Gx2 和 4X100G 两种架构方案，该系列的产品符合 IEEE 802.3bs 和OSFP MSA 标准，主要应用于 400G 以太网、数据中心和云网络。QSFP-DD 包括 8x50G和 4X100G 两种架构方案。该系列的产品符合 IEEE 802.3bs 和 QSFP-DD MSA 标准，主要应用于 400G 以太网、数据中心和云网络。这两种方案各有优势，400G QSFP-DD 在与 100G/200G QSFP28/56 的向后兼容性方面表现卓越，而 400G OSFP 则在向上升级至800G 方面具有优势。
中际旭创在高端光通信收发模块产品研发和设计领域、成本管控及经营管理上均具有突出优势。公司拥有包括独特光学设计封装平台、超高的光学耦合效率、高速光模块的设计能力、高频电路和信号完整性专业设计及自主研发的全自动高效测试平台等业内领先技术，且在经营管理上实行精细化管理，通过销售订单为主导的生产模式和优秀的供应链管理，在降低成本的同时保证产品质量，提高产品竞争力，深受国内外知名客户的青睐。根据 Lightcounting 报告，苏州旭创在 2017 年全球光模块市场份额中位列第二。
中际旭创有望继续享受 400G 的红利。2017 年 3 月的 OFC 会议上，公司推出业内首款400G OSFP 产品。2018 年 3 月的 OFC 会议上，公司率先推出世界首款 400G QSFP-DDFR4 光通信模块。除了研发进度处于领先优势，在送样测试及小批量供货方面都领先于竞争对手，根据公司 2018 年年报，公司 400G 产品在 18 年下半年开始向客户小批量供应，在业内保持了 400G 产品导入客户的领先优势。预计中际旭创将延续 100G 时代的态势，充分享受 400G 时代红利。未来公司将继续受益于数据中心流量的增加，预计至2021 年，400G 高速光模块需求将有较大增加，并成为中际旭创业绩主要驱动力。
3.3.2 新易盛
公司部分 400G产品有望量产，积极布局数通市场。公司在 OFC2018 期间展出系列 400G光模块产品，能在 1RU 尺寸内实现 12.8Tbps 传输容量，为高性能应用的大容量传输需求提供便利。19 年 1 月公司发布业界首例功耗在 10W 以下应用于大规模数据中心的400G QSFP-DD 和 OSFP 封装的 DR4 以及 FR4 产品，为业界最低功耗的 400G 系列光模块产品。目前公司正积极进入数通市场，有望在 400G 市场弯道超车。
OSFP 旨在支持下一代 800G 光学模块，这些模块将使用 8 个 100Gbps 通道，并向后兼容 100G QSFP。它们符合 OSFP MSA，根据 CMIS（通用管理接口规范）的规定，可通过I2C 接口提供数字诊断功能。新易盛的 400G QSFP56-DD 收发器正在解决实现高速 400G互连的技术挑战。这些收发器有四个光通道，工作在 100Gbps PAM4 调制，提供高达 400Gbps 的解决方案。收发器在电气侧具有 53.125Gbps PAM4 的 8 个通道。它们符合 QSFP-DD MSA。根据 CMIS（通用管理接口规范）的规定，可通过 I2C 接口提供数字诊断功能。QSFP-DD 可在 1U 交换机插槽中实现高达 14.4Tbps 的总带宽。
整体而言，新易盛扎根四川，成本控制能力优秀，且近年来调整产品及渠道结构，瞄准海外高端市场的战略已经在收入端和利率端有所体现，400G 市场有望实现弯道超车。
3.3.3 Finisar
Finisar 于 2018 推出其业界首款 400G QSFP-DD LR8 收发器样品，可以满足服务提供商对 10km 传输距离的必要条件。通过使用 50GPAM4 调制技术，样品可以达到光模块在解复用单模光纤(SMF)上超过 10km 的数据传输。另外，Fninsar 还将展示 10kmLR8 模块的细分产品，例如 2kmFR8 模块，该产品可在数据中心互联中产生重要作用。LR8 模块和 FR8 模块都使用 DML 发射器技术，为 400G 提供了低功耗、低风险和低成本的解决方案。
除了 QSFP-DD 产品外，Finisar 另一种产品是基于 CFP8 的 400G LR8 光模块。公司并没有基于 OSFP 的相关产品。
3.4 主流芯片/收发器厂商的进展情况
3.4.1 博通
博通 BCM87400 支持 QSFP-DD 和 OSFP 光模块。博通 BCM87400 的 400GbE PAM48:4 gearbox PHY 芯片芯片采用了最新 7nm 工艺平台，相比其他 16nm 工艺器件，可以更好地降低功耗，适用于 12W 光模块。BCM87400 系列器件是业界性能最高，功耗最低的单芯片 400GbE PAM-4 PHY 收发器平台，能够以 56Gbaud 驱动四通道 112Gb/sPAM-4，同时支持 DR4/FR4/LR4 光链路。在 400GbE 模式下，BCM87400 将 8 个 53Gb/s的通道（26-Gbaud PAM-4）从系统侧转换为 4 个 106Gb/s 通道（53-Gbaud PAM-4）。BCM87400 利用 Broadcom 市场领先的 PAM-4 PHY 技术平台，代表业界首款采用 7-nm CMOS 的 400G PAM-4 PHY 收发器。Broadcom 先进的 DSP 技术和均衡技术可在保持世界上最低功耗的同时补偿光学损伤，从而可在可插拔光学模块和共同封装的光学解决方案中进行部署。
随着市场上 12.8Tbps 交换机的可用性普遍提升（例如思科 Nexus 9300 交换机），超大规模数据中心运营商和云服务提供商将在这类交换机上部署 400G 端口，以满足客户持续增长的高带宽需求。低功耗 7nm Centenario PAM4 DSP 芯片可满足使用 QSFP-DD 或OSFP 光模块的高密度 400G 连接要求，跟目前可用的 CMOS 解决方案相比，每个 400G光模块降低 4W功耗的意义非常重大，在超大规模网络部署向 400G 光模块演进过程中，它可以有效缓解市场对功耗的担忧，这有助于 400GbE 网络基础设施向前发展。
3.5 关于硅光
3.5.1 硅光技术简介
硅基光电子包括硅基光子材料、硅基光子器件、硅基光子集成三个主要方面。其中硅基光子器件，是指以硅半导体材料技术制作的各种光有源及无源器件，包括硅基发光二极管、硅基激光器、硅基光探测器、硅基光调制器、平面波导、光栅耦合器等。
相比于 InP 和 GaAs 半导体材料技术，以硅半导体材料的最大优势是可以利用集成电路领域最成熟有效的制造设备，大幅降低成本、提高系统集成度。在摩尔定律下，集成电路每单位价格逐年下降。由于高纯硅的独特性，集成度越高，晶体管的价格越便宜。在20 世纪 60 年代初，一个晶体管要 10 美元左右，但随着晶体管越来越小，直小到一根头发丝上可以放 1000 个晶体管时，每个晶体管的价格只有千分之一美分。
硅光可以使用 8 英寸和 12 英寸晶圆，使用高产能工厂、拥有精确工艺控制、从而能在高度复杂、高度集成的芯片上实现大产能、高良率的可能性。而 III/V 族（即 InP 和 GaAs，Si 和 Ge 为Ⅳ族）仍然使用着硅晶圆早期的技术，停留在 2 英寸、3 英寸、4 英寸；比现硅晶圆能达到的精度要粗 10 倍；工艺控制和自动化程度也要落后很多。
3.5.2 前路并不平坦，400G 时代或遇发展新机遇
硅光因为材料的变化，虽提高了集成度、降低功耗，但代价却是发光效率，这使得硅光的商用化进程并非坦途。其核心原因是传统光学材料（磷化铟 InP 和砷化镓 GaAs）是直接带隙半导体，而硅光半导体材料（Si）是间接带隙半导体。传统光学材料 InP 能发出850nm、1310nm 和 1550nm 三种光，而且发光效率比较高（能耗低），而硅光要使用的半导体材料 Si 的发光性能不好，只能发出 850nm 的光，而且发光能耗高、效率低（发光效率和外量子转换效率（EQE）仅为直接带隙半导体 InP、GaAs 的十万分之一）。
间接带隙半导体在电子跃迁时，有声子产生，导致发光效率低。从能带图谱可以看出，电子在跃迁时，由于 k 轴空间位置出现了变化，导致部分能量释放给晶格，转化为声子。而直接带隙中的电子跃迁前后，k 轴无位置变化，于是便有更大的几率将能量保持光子的形式释放出来。
Si 材料仅在光波长低于 850nm 时，才能提高效率。光学特征要与光器件匹配。传统光学材料的工作波长有短波长 850nm、长波长 1310nm 和 1550nm。相比之下 Si 材料，仅对于波长低于 850nm 的光具有较强的吸收系数，而对于长波长 1310nm 和 1550nm 的光吸收系数比较低，导致外量子效率较低。
以上两个主要技术点解决办法通常是通过掺杂引入发光体、石墨烯等纳米材料，将能量引入发光体或改进其面临的缺点使其发光，以提高发光效率。
400G 时代硅光光模块或遇发展新机遇。当前大型数据中心使用的 100G 光模块已大规模放量，传统光模块技术成熟稳定、价格实惠，硅光光模块并没有优势。而即将到来的400G 时代，由于传统的 VCSEL、EML、DML 信号调制方式已经接近带宽极限，对硅光技术来说是一次弯道超车的机会。若在制定标准或协议时考虑硅光技术，或将会对硅光技术以及硅光光模块的应用带来一定程度促进，400G 时代光模块或遇发展新机遇。
各大厂商重视硅光领域技术布局。目前英特尔公司已经出货了超过 100 万个 100G 硅光光模块，并开始展望硅光 400G 进程。英特尔一直致力于将处理器上的电子 I/O 通过光学 I/O进行取代。思科通过收购硅光专业公司 Luxtera后为硅光市场提供了重大推动力。思科将直接控制关键的成本投入，并更直接地控制传输技术路线图。通过收购 Aurrion，瞻博网络（Juniper）也已经进入硅光领域，并打算通过合约制造合作伙伴参与商业市场。
根据 Ovum 最新研究显示，硅光光模块已经占据整体光模块市场收入的四分之一。Ovum预计这一比例到 2024 年将增至近 40%。硅光市场发展的主要驱动力是数据中心内部连接市场的增长。硅光子学的最大看点是将精细化和昂贵的光学制造技术转化为大规模的CMOS 制造经济。其他的吸引力在于其更小的外形尺寸和更低的功耗。历史上的挑战一直是如何获得基于硅的解决方案来发射、调节和探测光线。制造成本也是一个挑战。
4.1 被低估的数据中心光学连接方案
数据中心内部光学连接需要借助光模块和光纤连接器来实现。此前市场对光模块比较重视，但低估了 400G 高密度下光连接的增量市场。要实现交换机 A 和交换 B 之间的连接，需要借助光模块和光纤连接器来实现。光模块的电口插进交换机 A 的电口使二者相连，将电信号通过光模块转换成光信号，并将光模块的另一端光接口与光纤连接器相连实现光信号传输，再依次将光纤连接器的另一端与另一个光模块的光口相连，光模块的电口和交换机 B 的电口连接，最终实现两台交换机之间的连接
光纤连接器种类多样，按客户具体要求可进行灵活定制。光纤连接器可根据接头型号（两端定制，有 MPO/FC/SC/ST/MU/LC 等型号）、端面（两端）、光纤芯数（2 芯、4 芯、8 芯、12 芯、16 芯等）、光纤模式（单模 or 多模，OS1/OS2 或者 OM1/OM2/OM3/OM4/OM5）、光缆外径、全长、尾纤长度等要求进行精准定制，满足客户的各种需求。