ZR/ZR+ 光模块

3 秒看懂

一句话定义：ZR/ZR+ 是将相干光传输技术浓缩进 QSFP‑DD/OSFP 标准可插拔封装的光模块，主攻 80–120 km 城域数据中心互连（DCI），让相干从“机柜级系统”变成“即插即用的光模块”。

关键标签：相干可插拔 · DCI · 400ZR/800ZR · 低功耗 · OIF 标准 · 硅光子 · 城域点对点

3 分钟产业解释

为什么 DCI 需要相干

传统数据中心园区内互连（<10 km）多采用 直检光模块（如 400G‑DR4/LR4），技术简单、功耗低、单价可做到数百美元级。但当距离拉大到 40–120 km（典型的两个城市数据中心、或城市不同园区之间），直检方案面临光功率预算不足、强色散和非线性损伤，必须引入中继设备或敷设更多光纤，后者成本高昂且运营复杂。

相干技术 通过高阶调制（如 DP‑16QAM）和强大的数字信号处理（DSP），在单波长上挤入数倍于直检的比特，同时对色散、偏振模色散具备电子补偿能力，允许无中继 100 km 以上的传输。问题在于传统相干系统是机框级设备，功耗动辄数十瓦乃至上百瓦，单端口成本数万美元，主要用于数千公里骨干网，对城域 DCI 来说过于昂贵和笨重。

ZR/ZR+ 的市场卡位

距离/容量轴：
直检方案 (0–10 km, 简单便宜) ←→ 传统机框相干 (80–2000+ km, 昂贵复杂)
                      ↑
                ZR/ZR+ 填补中间地带
              (40–120+ km, 标准化, 中等成本)

ZR/ZR+ 把相干电芯片、硅光集成、调制器、探测器、激光器打包进 QSFP‑DD/OSFP 模块，典型功耗控制在 15–20 W，单模块成本压缩到千美元级（具体以厂商报价及批量采购为准），让云厂商可以按需直采模块、架设点对点城域光层，大幅避免向电信运营商租用专线的持续费用。

400ZR 与 ZR+ 的关键区别

注意：截至 2025 年 4 月，OIF 已启动 800ZR 项目讨论，但正式实现协议尚未发布，具体规格以 OIF 后续公布为准。

技术原理

相干检测基本架构

发射端（Tx）：在 400ZR 里，激光器出光后被分成 X、Y 两路偏振，每路各有同相（I）和正交（Q）调制器，构成双偏振 16 进制正交幅度调制（DP‑16QAM）。每个符号携带 4 比特/偏振×2=8 比特，在约 60+ Gbaud 的符号速率下产生约 480 Gbps 的线路速率，扣除 FEC 开销后净荷 400 GbE。

激光器 → 分光器 → [Ix/Qx 调制器] ┐
                      ├→ 偏振合束 → 光纤
         [Iy/Qy 调制器] ┘

接收端（Rx）：信号光与本振激光器进入 90°光混合器，平衡探测器输出 I/Q 电信号，经高速 ADC 采样后送入 DSP 芯片。DSP 执行色散补偿、偏振解复用、载波相位恢复和多级前向纠错（FEC），恢复原始比特流。

光纤信号 ┬→ 90°混合器 → 平衡PD(I)
         │                   ↓ ADC → DSP → 输出
本振激光 ┤                   ↑ ADC
         └→ 90°混合器 → 平衡PD(Q)

抖落功耗：DSP 是核心战场

相干 DSP 承载的巨大计算量来自：

• 色度色散补偿（对于 120 km 单模光纤，色散可达到数百 ps/nm）
• 偏振模色散跟踪与补偿
• 载波频率/相位估计
• 软判决+硬判决级联 FEC（如 OIF 建议的 OFEC）

传统相干 DSP 功耗数十瓦，而 QSFP‑DD 模块整体功耗上限约为 15–20 W（依据硬件规范版本及散热条件），分配给 DSP 的功率包络通常须压缩至 5–8 W。这就要求 7 nm/5 nm 先进制程、专用指令集和高度并行架构，使 DSP 成为整个模块中壁垒最高的环节。

硅光集成的作用

硅光（SiPh）把调制器、锗探测器、波分复用器等大规模集成在硅基芯片上，有利于缩减光器件体积和成本。400ZR 多数方案采用硅光集成，但 InP（磷化铟）方案在激光器效率、调制器带宽等方面仍有竞争优势。两者长期并存，选择取决于良率、成本与供应链。

关键参数

技术路线

相干模块形态演进

以上成本与功耗为行业公开讨论范围，具体以各厂商规格书和合同价格为准。

硅光 vs InP

• 硅光路线：优势在于利用 CMOS 工艺大规模集成调制器、无源器件和探测器；激光器通常通过异质集成或外置，整体量产性较好。代表厂商：中际旭创、英特尔、Coherent（部分产品）等。
• InP 路线：激光器和调制器可通过同一种材料体系实现，光电转换效率高，调制带宽潜力大；代工生态较硅光小，但有 Indie Semiconductor、Lumentum、Infinera 等厂商深耕。在 400ZR 市场，硅光占据主流出货份额，但 InP 仍活跃于长距 ZR+ 及高端应用。

与直检方案对比

上游

DSP 芯片（Marvell/Inphi, Broadcom, Cisco/Acacia）
  ├─ 设计/流片（7 nm/5 nm）
  │
硅光芯片/调制器
  ├─ 硅光代工（GlobalFoundries, TSMC 硅光工艺, Intel）
  ├─ InP 外延/晶圆（III‑V 代工厂，如 IQE, WIN Semiconductors）
  │
TIA/Driver 芯片
  └─ 模拟/混合信号芯片制造商
  │
激光器（外置或异质集成）
  └─ 半导体激光器供应商
  │
光电探测器（PD）/平衡探测器
  └─ 光探测器供应商
  │
无源光学元件（波分复用器、隔离器、光纤阵列等）
  └─ 精密光学加工商

上游壁垒主要集中于 DSP 芯片，其对算法、先进制程和系统级验证要求极高，供应集中度最高。硅光代工和 InP 晶圆制造是扩张产能的物理瓶颈。

下游

• 超大规模云厂商 DCI：Google、Microsoft、Amazon、Meta 等是 400ZR 最早和最核心的采购方，用于直连相距数十至一百余公里的数据中心。
• 电信运营商城域汇聚：部分运营商将 ZR/ZR+ 用作 IP over DWDM 的远端模块，降低城域 ROADM 网络的每比特成本。
• 二级云/托管/企业专线：内容分发网络、金融专线、科研网等需要长距离点对点带宽且希望自建光层的用户。
• 边缘/园区互联：少数超长距园区（如大学、工业区）亦可能采用 ZR，但非主要市场。

受益公司

按产业链环节分类（具体参与程度随时间变化，以各公司最新财报和行业报告为准）：

提醒：以上仅供参考产业格局，不构成任何投资建议、买卖判断或目标价指引。

市场规模

公开数据来源以 LightCounting 和 Cignal AI 的跟踪报告为主，以下为行业估算口径：

• 据 LightCounting（2024 年 3 月发布）预测，包括 400ZR、ZR+ 及未来 800ZR 在内的可插拔相干模块市场规模在 2023 年约为 3–4 亿美元，受益于头部云厂商规模化部署，预计 2026 年有望突破 10 亿美元，2028 年可能达到 20 亿美元 级别（来源：LightCounting “Coherent Optics Report”，2024）。
• Cignal AI（2024 年 1 月）指出，2023 年 400ZR/ZR+ 出货量同比增长逾 80%，是高速光模块中增速最快的细分领域之一。
• 从地区看，北美超大规模云厂商贡献了大部分采购量；中国云厂商在 2023 年也开始对 400ZR 进行小规模测试和导入，但规模明显小于北美（Cignal AI 报告，2024）。

注意：上述数字为第三方机构估算，与各公司实际财务报表可能有所差异，读者应以最新报告版本为准。

玩家对比

以光模块环节为例，对比主要供应商（基于公开财报、展会演示及行业采访）：

上述信息来自各公司 2023 年年度报告、OFC 2024 公开展示及行业媒体。具体份额、产能数字公开披露有限，不可直接对比。

风险

• DSP 供应集中度：相干 DSP 供应商高度集中于 Marvell、Broadcom、Cisco 三家，光模块厂商难以摆脱对上游的依赖。若出现供应中断或技术路线变化，可能影响全行业交付节奏。
• 云厂商资本开支波动：ZR/ZR+ 需求与云计算、AI 基础设施资本开支高度相关。宏观环境、AI 投资回报周期不确定，可能引发采购计划的缩减或延迟。
• 价格竞争与盈利压力：光模块环节参与玩家增多，ASP 存在持续下滑压力（LightCounting 指出 400ZR 模块单价 2023–2024 年已有明显降幅）。若降幅快于成本下降，模块厂商利润率将被压缩。
• 技术路线迭代风险：800ZR 标准化尚在进行，不同厂商早期方案互不兼容，可能出现技术先动者被后发标准淘汰的风险。此外，CPO（共封装光学）等技术若在城域场景取得突破，有可能对可插拔相干形成长期替代威胁。
• 标准碎片化：“ZR+”命名缺乏统一标准，互操作性差，可能导致客户锁定于单一供应商，抑制第二轮市场扩张。
• 散热与密度限制：高密度部署时，交换机的面板散热能力可能成为瓶颈，部分场景下会限制端口速率或 ZR 模块的使用数量，影响需求释放节奏。

以上均为产业层面的潜在风险因素，不指向任何具体公司的投资风险。

误读纠偏

❌ 误读 1：“ZR 可以替代所有长途相干系统”

ZR 专为 120 km 以下点对点设计，长途网络需要更复杂的非线性补偿、灵活栅格和 ROADM 线路适配，这些不在 400ZR 协议范围内。长途仍依赖机框相干或更高性能的嵌入式光引擎。

❌ 误读 2：“ZR+ 是 OIF 正式标准”

OIF 至今仅发布了 400ZR 实现协议（IA），未制定“ZR+”的统一定义。“ZR+”通常指厂商在 400ZR 硬件基础上增加高阶调制切换、更高发射功率或更长覆盖距离的专有扩展，不同厂商之间可能无法互操作。

❌ 误读 3：“硅光已完全取代 InP”

400ZR 大量采用硅光集成，但 InP 在激光器效率和调制器带宽上仍有固有优势，尤其在要求更高链路预算的长距 ZR+ 及 800ZR 预研中保持活跃。两者将在未来较长时期共存。

❌ 误读 4：“ZR 功耗低，散热要求可以忽略”

ZR 模块的总功耗虽远低于机框相干，但其功率密度极高（15–20 W 浓缩于不及手指粗细的金属壳内）。交换机面板的散热设计、最大插装密度和气流管理是实际部署时必须仔细评估的工程问题，否则可能引发高温告警或降速。

❌ 误读 5：“ZR 是无中继百公里传输的唯一方案”

虽然 ZR 能在 120 km 内实现无中继，但对于部分光缆老化或接头损耗大的线路，也可能需要外置光放或选择更高链路预算的 ZR+。此外，部分云厂商仍使用低成本直检模块配合波分复用/中继器，需根据具体链路预算做方案比选。

最新事件

• 2024 年 3 月，OFC 2024：多家供应商展示 800ZR 早期样机或原型，采用 5 nm DSP 和 ≥120 Gbaud 符号率，目标支持 800 GbE 城域传输。OIF 在会场公开讨论 800ZR 项目初始需求。
• 2024 年 2 月，Marvell 发布新一代相干 DSP（Orion 系列），采用 5 nm 制程，支持 1.2 Tbps 总吞吐量，可应用于 800ZR/ZR+ 和可插拔 WDM 场景。
• 2023 年底，云厂商批量部署：北美头部云商在 2023 年第四季度电话会中提及 DCI 开支增加，多家分析师指出 400ZR 已成为新建城域连接的主流选择（来源：LightCounting 2023 年 Q4 季度更新）。
• 2023 年 9 月，OIF 启动 800ZR 项目：正式立项“800ZR Coherent”，成立工作组，预计 2025–2026 年完成 IA 草案。
• 中际旭创、新易盛 2023 年报：均披露相干模块收入大幅增长，主要来自北美数据中心客户及电信级 ZR+ 应用，具体数字见各公司财报。
• CPO 与可插拔的路线之争：2024 年 OFC 上，关于共封装光学（CPO）在城域场景的适用性被广泛讨论，但多数受访专家认为可插拔相干在 2020 年代末前仍将是主流。

跟踪指标

信源

• 标准与技术：OIF 400ZR Implementation Agreement；OIF “800ZR Coherent” Project 公告
• 市场数据：LightCounting “Coherent Optics Report” 及季度更新；Cignal AI “Coherent Optical Components” 报告；Dell’Oro Group “Optical Transport” 季度报告
• 厂商信息：Marvell Technology、Broadcom、Cisco、Coherent、Lumentum、中际旭创、新易盛 等公司官方白皮书、财报与投资者演示材料
• 行业会议：OFC 2023/2024、ECOC 2023/2024 技术论文与 workshop 纪要
• 新闻报道：Lightwave、Optical Connections、Fierce Telecom、光纤在线等行业媒体

声明：本概念页内容仅供参考产业认知，不构成任何形式的投资建议或交易推荐。所有技术规格与市场数据均为公开信息或第三方估算，实际数字应以官方标准、厂商规格书及权威机构最新报告为准。如有重大变化，请读者自行核实。