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AI 产业链行情走到哪步了?(2)

AI 产业链行情走到哪步了?(2)
AI 产业链可以理解为 6 个层次:
1. 底层算力 - GPU / 专用芯片 (验证指标:NVDA,AMD,AVGO,MRVL,TSM 
2. 先进封装 / HBM 内存(验证指标: SOXQ?)
3. 云基础设施  / 超大规模数据中心(验证指标: MSFT,META
4. 基础模型 / 大模型厂商(验证指标: 暂无)
5. AI 应用层 / 垂直 SaaS(验证指标: AIQ,BOTZ)
6. AI agent / Robotics (新兴层 - 早期验证中)
这会重新改进了一下,在每一层选出来有代表性的标的按照市值加权只做一个简易指数:
算力层: NVDA,AMD,AVGO,MRVL,TSM 
封装存储层:MU,AMAT,LRCX,KLAC (抱歉此处没有三星和sk海力士)
云计算层:MSFT,META
2. 先进封装 / HBM 内存(验证指标: MU,AMAT,LRCX,KLAC

共封装光学(CPO)是一种旨在通过将通信所需的重要元件(即光学及电子元件)更紧密地结合在一起,解决当今数据密集网络中日益增长的带宽密度、通信时延、铜线传输距离以及电源效率挑战的方案。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/2017892452246258335
基本逻辑之一:互联和算力同等重要。直觉上容易觉得AI集群的瓶颈就是GPU本身——更多GPU、更快GPU。但实际上,一个训练任务的速度取决于最慢的那个环节。

想象一个极端情况:你有10000块GPU,但它们之间传数据的管道细如毛线。每块GPU算完一层,需要把中间结果广播给其他GPU做梯度同步,如果这条路堵了,GPU就只能干等。这时候GPU利用率可能只有30-40%,再多的算力也是浪费。

这就是为什么NVDA的NVLink、InfiniBand,以及整个光互连产业,在AI时代跟GPU本身一样被重视。算力是上限,互连是瓶颈。

再通俗点,过去几十年,"盖更高的楼"靠的是把砖头(晶体管)做得越来越小——这就是摩尔定律。但现在砖头已经小到物理极限了,再小就不稳了。把几栋楼并排/叠起来,用桥梁连接——这就是先进封装干的事。
基本逻辑之二:电信号不够用,需要用光在芯片内部,数据以电流形式流动,距离是微米到毫米级。PCB走线是厘米级,勉强可以,但已经开始有损耗。到了机柜间,距离变成米到十米级,铜线的问题就暴露出来了:

铜线传输高频电信号时,有个物理本质的问题:趋肤效应 + 介质损耗,频率越高,信号在铜线上衰减越快。100Gbps以上的信号,铜线跑不了几米就严重失真,误码率爆炸。你可以用更粗的铜线、更好的均衡芯片去补救,但功耗和成本同步飙升,而且有物理上限。

光就不一样。光子没有电荷,不受电磁干扰,在光纤里的衰减极低,100Gbps跑几十公里都没问题。

所以从机柜间开始,必须把电信号变成光。这就是E/O转换(电→光),传完到对面再 O/E转换(光→电)还原回来。

传统路线:光芯片(激光器、调制器、探测器)加上部分电芯片(Driver、TIA)打包在一起,叫光引擎。光引擎再加上DSP,装进标准化外壳,就是一块可插拔的光模块。这块模块插进交换机,和交换ASIC之间还隔着一段PCB走线——大约10厘米。这就是传统光交换机的结构。

CPO路线的区别只有一个地方:光引擎不再做成独立的可插拔模块,而是直接和交换ASIC封装在同一块基板上。那段10厘米的PCB走线消失了,变成5毫米的共封装内部连接。

信号从GPU出发到另一块GPU,要经过这条链:

发送方向(电变光):DSP先把数字信号编码成PAM4格式,Driver把这个信号放大到足够驱动激光器的功率,激光器/调制器把电信号变成光信号打出去。

接收方向(光变电):探测器把光信号变成极其微弱的电流,TIA把这个微弱电流放大成DSP能处理的电压,DSP再解码恢复原始数字信号。

光引擎是什么?

做光通讯器件有两类截然不同的工艺:

1. 光芯片用的是InP/GaAs这类化合物半导体,激光器、调制器、探测器都长在这类材料上;

2. DSP用的是普通CMOS硅工艺,和GPU、CPU是同一类东西。这两种工艺完全不兼容,没办法做在同一块芯片上。

所以产业链自然分成两段:有人专门做"把光芯片打包成一个可用的光学子组件",这就是光引擎;有人负责"把光引擎和DSP合体装进标准化外壳",这就是光模块。

天孚通信是A股里做纯光引擎最典型的公司,它不做光模块整机,专门卖这个"半成品"组件。

光模块是什么?

光模块 = 光引擎 + DSP + 标准接口外壳。

旭创(中际旭创)、新易盛、天孚通信的模块部门、LITE、COHR、AAOI都在这一层竞争。富士康旗下的鸿腾精密(FN)是代工厂,帮LITE和COHR生产。

光引擎打包好之后有两个去处:

传统路线是装进光模块外壳,做成可插拔模块,插进交换机的端口。光引擎和交换ASIC之间还隔着DSP和约10cm的PCB走线。

CPO路线是光引擎不装进模块外壳,直接裸着放到交换ASIC旁边,共封装在同一块基板上。DSP可以去掉(LPO路线)或者仍然保留,但物理距离从10cm压到5mm,功耗大幅下降。

所以天孚这类光引擎厂的逻辑比光模块厂更干净:不管传统路线还是CPO路线,光引擎都必须存在,它只是换了个装配方式。光模块厂则面临CPO时代自己被绕过的风险。

光交换机是什么?

一台102.4T的交换机,本质就是一颗交换ASIC加上128个800G光模块。每个光模块插在交换机外壳的端口槽里,和ASIC之间通过PCB走线连接,这段走线大约10厘米,在800G时代还勉强能接受,每模块功耗约30W。

1.6T后信号速率翻倍,PCB走线的损耗和发热几乎平方级增长。功耗预算装不下,散热也跑不动,传统结构物理上走不通了。CPO成为唯一出路。

CPO的本质只改了一件事

把光引擎从光模块外壳里搬出来,直接贴着ASIC封在同一块基板上。电走线从10厘米压到5毫米,功耗从30W降到9W。其他东西,光纤、光信号本身一点没变。激光器因为怕热单独外置,叫ELS。

NPO和LPO是两个完全独立的维度。NPO改的是位置(光引擎离ASIC多近),LPO改的是架构(要不要DSP这颗芯片)。两者可以任意组合,所以市场上同时存在好几条技术路线并行演进。
对比中美三家光模块企业,产业链位置和行业壁垒来看:

其中天孚,COHR,LITE 靠近原材料和核心器件,有足够的稀缺性,更有定价权。COHR自产InP衬底,是"从矿山到成品"的垂直整合。LITE的激光器IP专利壁垒高,竞争者复制成本以十年计。天孚在光引擎封装上有独特工艺,CPO趋势还会放大其议价权。

新易盛,中际旭创,AAOI 这三家都在光模块组装层:上游芯片价格不由自己决定,下游客户(Meta/谷歌/NVDA)是寡头买方,年度价格谈判是惯例。新易盛靠LPO拉高了毛利率(~49%),但这个优势能持续多久取决于LPO是否被快速普及。旭创靠规模和良率,每代产品初期有溢价,量产后价格下滑是必然规律。
这篇文章还没有讲完。我翻了一些研报和公司财报以及知乎科普文章,大致了解了一下先进封装和光模块的基础。
还没有有说到市场叙事部分,下次再说。