MicroLED光模块传输方案,打破光铜取舍困境

2026-03-05 08:17:328

镀银铜线导体技术能够实现性能传输距离持续延续在1米左右。但我们看往下一代的448G,或者再往下的896G,其遇到的困难点其实是逐步加大的。另外,光模块技术现在是主流方案。光模块的好处是它的传输信号损失,我们预期基本可以为零。所以它的传输距离其实是可以实现很远的。但是现在能看到的是,随着速率提升,整体光模块的功耗功率在提升,这就带来了一些问题,我们后面会具体讲到。首先我们会讲铜的困境,给大家讲一下去年3月份GTC大会之后,大家看到NV英伟达的机柜方案。那时大家看到的铜连接铜线传输技术,又被放到了AI最前线。这里我们会从最底层的原理给大家讲一下铜线的应用场景是怎么来的。首先,这是一个HE规范,在1.6T也就是单通道224G的数据上,有一个传输预算,即芯片到芯片之间的传输预算不超过40dB,并且铜线传输距离必须达到1米。在这40dB的传输损耗里,又会分为几个方面。一个是要考虑芯片封装的损耗。芯片封装损耗基本会在12到18dB之间,这里包含了两个芯片,一个是GPU,另一个是交换芯片。所以,留给我们去看的、留给PCBA包括铜线以及光传输这三种互联技术的预算,就在22到28dB之间。我们看英伟达去年的机柜方案,能看到它是一个框式机柜。这个机柜方案是以交换托盘在中间,计算托盘在上下两边分布的方案。从它的优势,包括单个服务器的高度去看,我们当时做了一个测算。整体最长距离差不多是19U的距离,就在八十多厘米。因为连接采用了Tabled Cable(铜缆)传输方案,它第一层是先连接托盘与托盘之间的互联,到了交换托盘,它还要再实现一段从连接器到交换芯片的互联。所以这里总的传输距离差不多在120厘米左右。当时我们印象很深的是,去年推铜连接时,中间看到比较多的分歧,是关于PCB与overpass方案的分歧。所以我们做了一个测算,讲一下在哪些时候选择铜线,哪些时候选择overpass。这里有四种框式机柜方案的分布。可以选择纯全部PCB的方案,也可以选择一部分的table cage或者table cable方案,再加上两段PCB的方案,以及overpass加上cable和一段PCB的方案。第三种方案是英伟达在NV机柜刚推出时选择的方案。最后一个方案是比较极端的,即全部使用铜线。这里第四方案基本可以忽略,因为我们后面做了一个测算。这个图是我们去年国庆期间画的一个测算图。当然也有其他业内说是别人的测算,但其实不是的。这是我们自己做的一个测算。这个测算其实就是根据链路的长度,也就是机柜间80厘米左右,以及托盘内30厘米左右的距离。我们统统把它换成英寸作为传输单位去做测算。我们看,这里给到了三种方案的测算。PCB我们是按照M8材料的传输损耗做了一个测算,差不多一英寸是1.06dB的传输损耗。铜线相对的传输损耗会低很多。这样测算的话,纯PCB方案的损耗在58dB左右。带了两段PCB的方案损耗在26dB左右。最后用方案三,即加了overpass的方案,它能够实现18dB的传输损耗。刚才我们讲到芯片到芯片之间的预算是40dB,扣掉芯片封装差不多中间是15dB,等于说你的损耗最终要小于25dB,才能够实现传输信号的完整性。所以当时overpass方案的选择,它是一个必然的选择,而不是可以规避的选择。后面我们看到overpass也发生了一些变化。最早的overpass方案是右图,它是带了铜线的。后面改版的像我们看到戴尔的方案,他对交换部分做了一些变化,把两颗交换芯片做了位置更换,或者说整个托盘优化了,往上移。往上移之后,物理上就改变了传输距离,基本在1米以内。所以这一段其实就可以选择不用overpass。这里我们其实想讲的是,铜线现在的优势是它的传输距离可以比PCB更远一些。但是往后继续去延伸,往448G去迭代,或者做Sky 2的部分,它的困境就是传输距离随着带宽迭代,会越来越受限制。所以这是铜的困境。另外就是光的部分。这个图跟上面图其实差不多。意思是随着AI芯片迭代,互联需求往上走,整体带宽从400G、800G到1.6T,增长比较快。但光的问题是会遇到光模块的散热问题。光模块的散热问题,就会导致可靠性问题。我们从最近华为发的一篇文章,看到它列出一个数据,光模块每个月会有一些闪断率,这个闪断率就是因为散热问题导致的。这也从方面可以看到,我们去年一直在推一些标的,比如顶通。顶通他现在做的事情其实就是对光模块进行散热,在交换机的液冷接口(page)上面做一个冷盘,间接对光模块散热。今天我们发表了一个观点,就是PH6的800G光模块、800G交换机也上了液冷的page。整体原因是,首先1.6T光模块的功耗大于800G。但考虑功耗散热问题,不是从单个去看待,而是一个系统整体。因为TH6的800G交换机,相比TH,整体交换容量从51.2T提升到了102.4T,整体800G接口也翻了倍,所以系统整体功耗提升也比较突出。这也是为什么我们看到新华三的交换机也会上那种page的东西。这几种厂商的应对,都是为了解决目前激光方案因功耗散热问题导致的可靠性每月闪断。接下来,前面是一个背景情况,现在我们想要讲一个前沿的新技术,就是MicroLED光传输技术。首先我们标题写的是光模块,MicroLED光模块。但我更宁愿把它称作是一个光传输技术。因为MicroLED只是作为一个光源,所以它不管是用于目前的LPO光模块,或是后续的CPO,以及像是OIO,包括其他的OCS等相关技术。MicroLED只是作为一个发光源、在传输的光源部分。这项技术的优点是,相比现在的激光方案,它可以降低68%的功耗,同时传输距离能达到50米。它属于光跟铜的中间,解决了可靠性问题,又能解决铜线传输距离过短的问题。接下来我们会具体介绍方案。这里是激光方案以及MicroLED方案的功耗对比。激光方案大概是9.8到12瓦,MicroLED方案是在3.1到5.3瓦的功耗,整体功耗相比激光有明显下降。目前做出来的原型,不需要对现有生态做很大变化,不需要更改交换机,也不需要更改现有接口。因为现在的MicroLED,其实可以直接对现有的像OSFP、QSFP这种接口在里面做一些内部更换就可以实现。这很好地应对了它可以去适应生态,而不是让生态来适应它。这是一个MicroLED的设计图。它能够实现功耗大幅下降,是因为框架设计不同。现有激光方案,以800G光模块为例,是8x100G,即8通道,每个通道100G传输速率,这样功耗就降不下来。MicroLED方案,是每通道2G,实现400通道,用四百通道来实现800G传输。第一方面是因为通道数大,且每通道的发光功耗较低,所以功耗可控。第二方面,因为MicroLED现在可以做得很少,可以做到10微米,或者像5微米、两微米也都可以做到。所以在一个800G光模块里,为了确保可靠性,可以做20%的冗余。比如用400个MicroLED可以实现800G传输。在这个光模块里可以用450到500颗芯片。这也意味着它的净吞吐其实可以达到900到1000G,在长时间使用里,哪怕有部分的灯,比如10%的MicroLED灭了,但它依然可以实现800G传输。这就是为什么它的可靠性在冗余做得足够大(10%到20%冗余)时,是逼近于铜的。在先前的华为发表文章里也讲到,铜的可靠性是每月没有闪断的,所以可靠性是目前传输方案里最高的。这个图想展示的是,现有MicroLED技术已经可以实现2G传输。MicroLED分三个颜色,蓝色、绿色以及红色。目前红色良率偏低,比较成熟的方案是绿色方案以及蓝色方案。目前看,它的单通道数据最高可以达到6G。所以如果做800G光模块,只需要2G是绰绰有余的。我们看接下来做到1.6T再到3.2T,其实是可以迭代满足的。只需要要么单个芯片传输速率更高,要么把通道数往上翻一倍加,所以这个技术可以持续迭代。另外就是带宽问题。现在224G单通道,频率是53.4GHz。但因为这里传输每通道其实只有2G,所以在1G多赫兹频率上去实现这个传输速率,是可以完全满足现在技术的。有网友讲,以前的LED无法实现这么高的传输。这句话讲明了为什么MicroLED在光通讯里更好,因为更小的尺寸会带来更小的串联电阻。这张PPT我们看到在国外有两家公司,这家龙头叫Everything,是跟台积电合作的公司。同时微软目前做的800G MicroLED光模块原型,也是使用它的方案。这公司有宣布自己产品的roadmap。从这个图看到,它不是一个远期5年10年的概念,而是可能今年明年逐步落地的产品。最后我们会介绍一下在MicroLED光传输技术里,零部件的增量。这里确实会有比较大变化。首先光源会发生变化,从激光转变成MicroLED光芯片传输。我们刚才提到,假设每个通道2G,要实现800G光传输,最低需要400颗。如果要提高可靠性,避免一颗或几颗灯灭导致传输信号完整性不够,就要做ECC冗余以及热备通道。如果做到像500颗,基本上可靠性就会接近于铜线。同样如果要升到1.6T或3.2T,基本上通道数或单通道速率翻倍就可以实现。目前MicroLED这部分卡点还是在稳定性方面。我们看MicroLED芯片,最初诞生主要不是为了光通讯,而是为了显示。最近几年我们看到像是Meta的眼镜,包括像是Rokid的眼镜,开始使用MicroLED显示来做AR眼镜的单镜片单色显示。这部分代表MicroLED的绿色和蓝色单色现在逐步成熟。但在消费级里,目前还没有大规模商用,有两个问题。一个是红光良率不足,做全彩的话,红光发光光效还比较弱,所以在消费级还没大规模应用。第二就是贵,一片镜片,如果去年看,基本要到600块钱左右,今年在300块钱左右,往后看会再降。但对于一个只卖一千多到两千块钱的眼镜,这个模组已经很贵了。但这两个问题在AI光通讯里不存在。首先它不需要做彩色,只需要用绿色或蓝色这种更成熟方案做光传输。第二在AI里,尤其光模块,价格并不那么敏感。而且相比激光方案,MicroLED方案是直接调制,所需附带零件没那么多,所以从成本角度看,它还低于现在的一些模块。MicroLED我主要看好的公司像聚飞、三安、华灿,这几家公司后面我们看好会比较受益于MicroLED光传输。第二就是透镜,因为MicroLED光相比于激光有缺陷,激光是直射,MicroLED光是发散的。但光传输要求是直线光射,所以需要增加透镜零件。NLA透镜方案没法实现大量聚焦,光还是会发散。所以会有一个叫TRR的透镜,它可以做直射10米的MicroLED光聚焦。这个透镜用量也比较大,基本一颗MicroLED芯片对应一颗透镜。同时在模块里有接收端和发射端,一边用MicroLED芯片发光,接收端使用CMOS传感器做可见光接收。所以说两端都需要透镜来做光聚焦工作。所以它的数量其实是通道数乘以2。这里两端指的是,比如800G光模块,一端插服务器,另一端插交换机,这是指两个光模块。这个透镜增量也比较大,相关公司我们觉得潜在受益的像聚飞,包括做消费级透镜的像蓝特光学美迪凯这些公司。CMOS可以用类似手机摄像头零部件的元件,它跟通道数是一比一关系,因为它只在接收端使用,发射端用MicroLED芯片。基本上800G会用到最低400个,如果冗余考虑高,就要用到500多个CMOS,这也是一个比较大的增量。最后是MicroLED光传输的光纤。这部分选择使用的不是过往光纤,而是多芯成像光纤。这个光纤现在已经大规模量产,在医疗领域用。这个光纤跟MicroLED光模块对应关系,差不多最低25个光模块用一条线。因为单根线最大线芯数是1万根。考虑最低800G光模块通道是400个,所以1万除以400得到1比25。如果需要更多冗余,基本就是1比18的关系。这个光纤收益,我目前找下来,主要就是长飞光纤这个公司。这就是我们做了一个总结,推荐的一些公司,一个是MicroLED芯片,另外我们觉得值得重视的还有像兆驰股份。因为兆驰现在是A股里目前既有MicroLED芯片,同时又有规模化产能的公司,更多可以做上下游垂直一体化整合。目前公司也做了一些预先工作,我们看好公司后续在这一块有机会逐步发力。最后还有一个是光关联连接器,这个其实在太辰光的调研也讲过。因为通道数更多,导致连接器精密度必然要提升,带来更多屏蔽以及精密度提升。所以说连接器我们觉得也是一个增量环节。以上就是我今天带来的一些新技术的演讲,谢谢大家。全文总结:本报告深入探讨了AI数据中心高速互联中,铜缆与光模块两种主流传输方案面临的挑战,并重点介绍了一种前沿的替代技术——MicroLED光传输方案。第一部分:现有技术的困境
铜缆的困境:当前镀银铜线能在1米距离内满足1.6T(224G单通道)的传输预算。但其传输损耗随距离和速率提升而急剧增加。报告以英伟达框式机柜方案为例,详细分析了为满足40dB总预算,必须采用overpass等复杂设计来补偿PCB和连接器的损耗。未来向448G/896G更高速率迭代时,铜缆的传输距离将受到根本性限制。光模块的困境:传统激光光模块传输距离远、信号损耗低,但其功耗随速率提升而增加,导致严重的散热问题。散热不佳引发了可靠性挑战,表现为光模块每月可能出现“闪断”。报告引用华为数据及产业实践(如顶通的液冷散热方案、新华三交换机引入液冷)说明了行业正积极应对此问题。
第二部分:MicroLED光传输方案——破局之道报告提出,MicroLED光传输技术有望打破“光”与“铜”的取舍困境。
核心优势:相比传统激光方案,功耗降低高达68%;传输距离可达50米,介于铜缆的短距离与长距离光模块之间,同时通过设计冗余解决了可靠性问题。工作原理:摒弃传统激光器少数高速通道(如8x100G)的模式,采用海量低速MicroLED通道并行传输(如400个2G通道实现800G)。这种“化整为零”的方式实现了低功耗。同时,由于MicroLED芯片尺寸微小(微米级),可在模块内集成大量冗余芯片(如20%),即使部分芯片失效,也能确保总带宽不降,使可靠性逼近铜缆。技术成熟度与兼容性:单通道速率已可达6Gbps,能满足800G、1.6T及未来3.2T的迭代需求。该技术无需改变现有交换机设备和标准接口(如OSFP/QSFP),易于融入当前生态。产业进展:已有海外龙头公司(如Everything与台积电合作)推出产品路线图,微软已制作800G原型,表明该技术并非远期概念,而是近年内有望落地的方案。
第三部分:产业链增量环节与受益公司技术变革将带来新的零部件需求:
MicroLED芯片:光源从激光器变为MicroLED芯片。受益公司包括兆驰股份(具备芯片与产能,可垂直整合)、聚飞光电三安光电华灿光电。透镜:由于MicroLED光发散,需要专用透镜(如TRR透镜)进行聚焦。用量与通道数直接相关(通道数x2),增量显著。潜在受益公司包括聚飞光电蓝特光学美迪凯。CMOS传感器:在接收端用于探测可见光,每个通道对应一个,用量大。属于成熟部件的增量应用。特种光纤:采用多芯成像光纤(如万芯级)替代传统光纤,以实现海量通道的并行光传输。主要受益公司为长飞光纤。高精密连接器:通道数大增要求连接器精度和屏蔽性能提升,带来增量机会,如太辰光
结论:MicroLED光传输技术通过低功耗、高可靠、适中距离的特性,为AI数据中心高速互联提供了新的优化解决方案,并有望带动从芯片、光学元件到光纤连接器的全产业链增量机会。


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