BiDi 光模块

3 秒看懂

BiDi 光模块是一种通过单根光纤同时进行双向数据传输的光模块，利用波分复用技术，在一根纤芯里用不同波长区分收/发方向，从而将光纤资源需求减半。

3 分钟产业解释

在传统的光通信中，一条双向链路需要两根光纤：一根发，一根收。随着数据中心，尤其是 AI 训练集群，对内部互联带宽的需求爆炸式增长，光纤资源的消耗和布线复杂度成为关键瓶颈。

BiDi（Bidirectional）光模块应运而生。其核心是WDM（波分复用）技术：模块内部集成一个 WDM 滤波器（通常是薄膜滤波器 TFF 或阵列波导光栅 AWG），将发射端和接收端的光信号调制到成对的不同波长上（例如，Tx 1310nm / Rx 1550nm，或者 Tx 1270nm / Rx 1330nm），然后通过 WDM 滤波器将不同波长耦合进同一根光纤。在对端，另一只配对的 BiDi 模块（波长收发相反）负责将信号分离。

对于网络架构师和资本而言，BiDi 的价值非常直接：在不增加光纤基础设施（暗光纤）投资的前提下，将端口密度或链路带宽翻倍。这在对成本、空间和布线密度极其敏感的数据中心内部互联（DCI）场景中至关重要。据 LightCounting 2024 年 4 月发布的报告估算，在典型超大规模数据中心的 leaf-spine 架构中，采用 BiDi 方案可使光纤跳线采购量减少约 45%-50%，光纤配线架（ODF）端口占用降低一半，相应的布线人工时减少约 40%（口径：基于北美超大规模数据中心 2023 年新建项目调研，样本数未公开披露）。

技术原理

BiDi 光模块的核心机制是基于 WDM 的双向单纤传输。其内部光路与关键参数解释如下：

          BiDi 光模块内部结构（以 TFF 方案为例）
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                                                 │
│  Tx Laser (λ1) ──►┐                             │
│                   │                             │
│              [WDM Filter / Coupler] ──► [Fiber] │
│                   │                             │
│  Rx PD (λ2) ◄────┘                             │
│                                                 │
│  注: λ1 和 λ2 为波长配对，如 (1270nm, 1330nm)    │
│      对端模块收发波长互换。                       │
└─────────────────────────────────────────────────┘

光路工作流程——分步骤说明：

步骤一：发射端电光转换。 交换机/网卡输出的高速电信号进入 BiDi 模块金手指接口，经驱动芯片（Driver）放大后，驱动激光器（Tx Laser）产生特定波长 λ1 的调制光信号。激光器类型根据速率不同，10G/25G 常用 DML（直接调制激光器）或 DFB（分布式反馈激光器），50G/100G PAM4 常用 EML（电吸收调制激光器）或硅光调制器。

步骤二：WDM 合波。 λ1 光信号进入 WDM 滤波器。以 TFF 方案为例，该滤波器是一个镀有数十层介质薄膜的光学元件，其光学特性为：对 λ1 波长高透射（插入损耗通常 0.6dB），对 λ2 波长高反射（隔离度通常 30dB）。λ1 信号高效通过滤波器，耦合进入单根光纤。

步骤三：单纤双向传输。 光纤中同时存在两个方向的光信号——本端发出的 λ1 和对端发来的 λ2。两者在光纤中相向传输，互不干扰，因为它们在波长域是分离的。

步骤四：接收端 WDM 分波。 光纤中传来的混合光信号（含本端反射回的微弱 λ1 和对端发来的 λ2）到达 WDM 滤波器。滤波器将 λ2 信号高效反射至接收端光探测器（Rx PD），同时阻挡 λ1 信号进入接收通道（隔离度决定了阻挡效果）。

步骤五：接收端光电转换。 λ2 光信号被 PD 转换为光电流，经跨阻放大器（TIA）放大、限幅放大器（LA）整形或 DSP 芯片处理后，恢复为高速电信号输出。对于 50G/100G PAM4 信号，DSP 还需完成模数转换、均衡、解码等复杂处理。

对端模块的对称工作： 对端 BiDi 模块的收发波长与本端互换，即对端 Tx 发射 λ2、Rx 接收 λ1，两端的 WDM 滤波器特性相应配对设计。这种“成对使用、波长互换”的机制是 BiDi 的基本特征。

关键参数（定性描述）：

• 波长配对：常用组合有 1270/1330nm（用于 10G/25G，源自 IEEE 802.3 标准中 10GBASE-BX 和 25GBASE-BR 定义）、1310/1490nm（用于 GPON，ITU-T G.984 系列标准定义）、1310/1550nm 等。更高速率（如 100G PAM4 BiDi）通常采用 1270/1290/1310/1330nm 四个波长的 LAN-WDM 栅格，每个波长承载 50G PAM4 信号，两两配对实现 100G 单纤双向（参考 100G BiDi MSA 规范，2020 年发布 v1.0）。
• 隔离度：核心性能指标，定义为 WDM 滤波器对 λ1 和 λ2 的分离能力，以分贝（dB）表示。典型商用 BiDi 模块要求隔离度 ≥30dB。隔离度不足会导致发射端信号泄漏进入本端接收通道（近端串扰），恶化接收灵敏度，直接抬高误码率（BER）。在 100G PAM4 场景下，由于 PAM4 信号本身信噪比要求更高，隔离度通常要求 ≥35dB。
• 插入损耗：WDM 滤波器引入的额外光功率损失。每增加一个光学界面（如 TFF 滤波器），都会增加约 0.5-1.0dB 的插入损耗。这是 BiDi 模块发射端光功率预算需要额外预留的部分。
• 波长偏移容忍度：激光器中心波长随温度变化会发生漂移（DFB 激光器典型漂移系数约 0.1nm/°C），WDM 滤波器的通带宽度必须足够覆盖全温范围（商业级 0-70°C、工业级 -40~85°C）内的波长漂移，同时保持足够的隔离度。这是 BiDi 模块工业级应用的主要设计难点之一。
• 技术方案：主要有 TFF（薄膜滤波器） 和 AWG（阵列波导光栅） 两种。TFF 方案在低通道数（如 2 波长 BiDi）中更成熟、成本更优，全球 TFF 滤波器晶圆主要供应商包括光迅科技、昂纳科技、Lumentum 等；AWG 方案更适用于多通道（如 4 波长以上 LAN-WDM）场景，可与硅光芯片集成。

关键参数

以下参数是评估和选型 BiDi 光模块时必须关注的核心指标。数据口径基于主流厂商（中际旭创、新易盛、光迅科技等）2023-2024 年公开产品 datasheet 及 100G BiDi MSA v1.0 规范。

1. 速率（Data Rate）

• 10G：成熟产品，主要用于企业网和传统数据中心 ToR 下行端口。遵循 IEEE 802.3 10GBASE-BX 标准。
• 25G：当前数据中心单通道主流速率，遵循 IEEE 802.3 25GBASE-BR 标准。2023 年全球 25G BiDi 出货量约 800-1000 万只（来源：LightCounting 2024Q1 High-Speed Optics Report，口径为全球市场，含 SR/FR/LR 各距离档）。
• 50G：基于 50G PAM4 单通道，主要见于 5G 前传和部分企业网上行。标准化程度低于 25G BiDi，主要由设备商私有协议或 MSA 推动。
• 100G：以 2×50G PAM4 波分复用方式实现，是当前 BiDi 在 AI 数据中心的主力产品。遵循 100G BiDi MSA，该 MSA 成员包括阿里巴巴、博通、中际旭创、光迅科技、新易盛、Lumentum 等（截至 2023 年 12 月）。
• 400G：尚处于早期标准化阶段，技术路径尚未收敛。可能方案包括 4×100G PAM4 配合 4 对波长（8 个波长）的单纤双向，或基于硅光的多波长集成方案。公开资料未见已量产的 400G BiDi 产品。

2. 传输距离

• SR（Short Reach）：通常 <100m，多模光纤场景。多模 BiDi 产品较少，因为多模光纤的带宽距离积限制使短距双纤方案已足够经济。少数厂商有 OM4/OM5 多模 BiDi 产品，主要用于超高密度布线场景。
• DR/FR（Datacenter Reach / Front-haul Reach）：500m-2km，单模光纤，BiDi 最主流应用区间。100G BiDi FR 典型距离为 2km（来源：100G BiDi MSA）。
• LR（Long Reach）：10km，用于园区网和 5G 中传。100G BiDi LR 典型功耗约 4.5W（双纤 100G LR4 约 3.5W，来源：中际旭创 2023 产品手册）。
• ER（Extended Reach）：40km 及以上，BiDi 应用较少，长距场景以相干技术为主。

3. 功耗 BiDi 模块功耗通常略高于同速率双纤模块，原因是增加了 WDM 滤波器引入的光功率损失（需额外驱动电流补偿）以及部分方案中 DSP 功耗。以 100G 为例，典型功耗对比（来源：各厂商 2023 年产品 datasheet 均值）：

• 100G BiDi FR：约 3.5-4.0W
• 100G 双纤 CWDM4/FR4：约 2.5-3.5W
• 100G BiDi LR：约 4.0-4.5W
• 100G 双纤 LR4：约 3.5-4.0W

但若从系统级视角计算每 Gbps 有效带宽的功耗，考虑到 BiDi 节省的交换机端口数，整体系统功耗可能更优，需具体场景分析。

4. 工作温度范围

• 商业级（Commercial）：0°C 至 70°C，适用于数据中心内部（有精密空调环境）。大部分数据中心 BiDi 产品为此等级。
• 扩展级（Extended）：-5°C 至 85°C，部分边缘数据中心或室外机柜应用。
• 工业级（Industrial）：-40°C 至 85°C，适用于 5G 前传室外基站、工业以太网等严酷环境。工业级 BiDi 模块对波长温漂控制要求最高，成本显著高于商业级（通常溢价 40%-80%）。

5. 连接器与接口类型

• LC 双工（Duplex LC）：最普遍的形态。外观是标准双工 LC 插头，但实际仅一个端口收发信号，另一个端口物理上不通或作盲孔处理。这种设计保持了与现有双纤布线系统的兼容性——即可以将现有 LC 双工跳线直接接入 BiDi 模块，只是仅使用其中一芯。
• SC 单工（Simplex SC）：早期 GPON BiDi 常用，现数据中心较少见。
• CS/SN 小型化连接器：随 400G/800G 时代高密度面板需求出现，部分厂商在研发适配 BiDi 的小型化接口版本。公开资料未见标准化定义。

6. 波长对

• 1270/1330nm：10G/25G BiDi 最主流组合，O 波段（原始波段），色散最小，适合中短距。
• 1310/1490nm 或 1310/1550nm：GPON/EPON 传统组合。
• 1270/1290/1310/1330nm（LAN-WDM 栅格）：100G BiDi MSA 定义，使用其中两对波长实现单纤 100G。四波长间距约 2.4nm（约 430GHz），对 WDM 滤波器的陡峭度（隔离度 vs.通带宽度的权衡）提出很高要求。
• CWDM4 波长（1271/1291/1311/1331nm）：部分厂商在研发中尝试使用更宽的 20nm 通道间距，以降低滤波器难度。

7. 关键性能指标（KPI）

• 发射光功率（Tx Power）：典型 25G BiDi 为 -5 至 +2dBm，100G BiDi 受 PAM4 调制眼图要求限制，通常在 -3 至 +3dBm。
• 接收灵敏度（Rx Sensitivity）：定义为 BER=10^-12（NRZ 信号）或 BER=2.4×10^-4（PAM4 信号，FEC 前）条件下的最小接收光功率。100G PAM4 BiDi 典型接收灵敏度约 -10dBm（FEC 前）。
• 光回波损耗（ORL）：必须严格控制，避免连接器端面反射导致的信号质量退化。

技术路线

BiDi 技术路线可从不同维度进行划分：按底层光学实现方案、按速率代际演进、按调制格式与 BiDi 的关系。

一、按光学实现方案

方案 A：TFF（薄膜滤波器）方案

• 原理：在玻璃基底上蒸镀数十至数百层高低折射率介质薄膜，形成特定波长的带通/带阻特性。TFF 滤波器以独立光学元件形式封装于模块内部光路中。
• 优点：技术成熟（已有 20 年以上商用历史），成本低（单个 TFF 滤波器芯片成本约 0.5-2 美元，视规格和产量而定），插入损耗低，温度稳定性好。
• 缺点：每增加一个波长通道，需增加一个 TFF 元件，多通道场景下光路复杂、尺寸大。
• 适用场景：2 波长 BiDi（当前主流），少量 4 波长产品。
• 主要供应商：光迅科技（自研 TFF 晶圆，2023 年年报披露滤波器业务收入约 3.2 亿元人民币）、昂纳科技（未上市，公开资料未见具体收入）、Lumentum（2023 财年 WDM 组件收入约 2.8 亿美元，含 TFF 和 AWG）、Coherent（原 II-VI）。

方案 B：AWG（阵列波导光栅）方案

• 原理：基于硅基或二氧化硅基平面光波导技术，利用阵列波导的精确长度差产生波长相关相位延迟，实现多波长的复用/解复用。
• 优点：支持多通道（典型 4/8/16/32 通道），可与硅光芯片集成，适合大通道数场景。
• 缺点：插入损耗较高（AWG 本身典型损耗 3-5dB，需额外的半导体光放大器补偿），对温度敏感（通常需加热器或温控电路），成本高于 TFF 方案。
• 适用场景：400G/800G 及以上速率的 BiDi（未来），CWDM/DWDM 多通道场景。
• 产业进展：2024 年 OFC 会议上，多家厂商展示基于硅光 AWG 集成的 800G 单向收发器雏形，但 BiDi 化的 AWG 集成方案公开报道少见。

方案 C：硅光集成方案

• 原理：将激光器（外置或异质集成）、调制器、WDM 复用/解复用器、光电探测器集成在同一硅基芯片上。WDM 功能可通过片上 AWG、微环谐振器（MRR）或级联 Mach-Zehnder 干涉仪实现。
• 优点：体积最小（芯片尺寸通常 <10mm²），大规模制造后成本潜力最大，功耗最低（去除分立光学对准损耗）。
• 缺点：硅光芯片良率仍在爬坡，激光器与硅的异质集成难度高，对封装精度要求极高（亚微米级对准），微环方案对温度极度敏感需精确温控。
• 进展：Intel 在 2023 年展示了集成微环调制器的 100G 硅光发送芯片，但未发布 BiDi 版本。Acacia（思科子公司）在相干硅光领域领先，BiDi 相关公开产品未见。硅光 BiDi 是重要技术方向，但截至 2024 年 7 月，尚未有公开量产的硅光 BiDi 可插拔模块。

二、按速率代际演进

（数据来源：LightCounting 2024Q1 报告、Cignal AI 2024 年 3 月报告交叉验证，口径为全球出货量估算值，厂商未精确披露 BiDi 分项数据，此处为行业机构模型推算，误差范围 ±15%）

三、BiDi 与相关技术的关系——竞合图谱

BiDi vs. CPO（共封装光学）

• 关系：并非直接竞争，解决不同层次问题。BiDi 解决单根光纤的双向传输效率，CPO 解决光引擎与交换芯片的电学互连损耗。
• 时间线：BiDi 是可插拔模块时代的优化方案，已大规模商用；CPO 预计 2025-2027 年有望开始小规模部署（来源：Broadcom 2023 年投资者日演示材料，CPO 量产时间表为“2025 年及以后”）。
• 共存可能：未来的 CPO 引擎内部可能内置 BiDi 功能的 WDM 滤波器，两者是叠加关系。

BiDi vs. LPO（线性驱动可插拔光学）

• 关系：互补。LPO 通过去除 DSP 来降功耗和延迟，BiDi 通过 WDM 来节省光纤。两者可同时应用。
• 产业实例：2024 年 OFC 展会，部分厂商展示了“LPO + BiDi”概念的 100G 模块原型，同时实现低功耗和单纤双向。但公开资料未见量产产品。

BiDi vs. SR4/DR4 双纤方案

• 替代关系：BiDi 在光纤资源紧张、布线成本高的场景替代双纤方案。在光纤充裕、短距离（<100m）场景，双纤方案仍是更简单的选择。
• 渗透率趋势：LightCounting 2024 年 4 月报告预测，到 2027 年，BiDi 在数据中心 25G/100G 光模块中的出货量占比将从 2023 年的约 15% 提升至约 25%（口径：全球数据中心用光模块）。

上游

BiDi 光模块的产业链上游，聚焦于光芯片、电芯片、无源光学元件和封装材料四大板块。这些核心要素决定了模块的性能天花板和成本结构。

一、光学芯片（光芯片）

1. 发射端——激光器芯片

• DFB 激光器（分布式反馈激光器）：25G BiDi 主力光源，边发射型结构，内置布拉格光栅实现单纵模输出。BiDi 应用对 DFB 芯片的核心要求是中心波长精度——需控制在全温范围内（商业级 0-70°C）偏离标称值不超过 ±2nm，以匹配 WDM 滤波器通带。全球 DFB 芯片主要供应商：Lumentum（美国）、Coherent（原 II-VI，美国）、三菱电机（日本）、住友电工（日本）、光迅科技（中国，自研 25G DFB，2023 年产能约 20 万片晶圆/年）、源杰科技（中国，2023 年科创板上市，招股书披露 25G DFB 晶圆年产能约 6 万片）。
• EML 激光器（电吸收调制激光器）：50G/100G PAM4 BiDi 光源，将 DFB 激光器与电吸收调制器单片集成，实现更高带宽和更低啁啾。EML 芯片制造难度显著高于 DFB，全球主要供应商集中在美日：Lumentum、Coherent、Broadcom（收购 Avago 光模块业务后保留的 EML 技术）、三菱电机。中国国产 EML 仍在研发阶段，公开资料未见规模量产。源杰科技招股书披露 50G EML 处于“产品开发阶段”（截至 2023 年 6 月）。
• VCSEL（垂直腔面发射激光器）：在 BiDi 中应用较少，主要用于多模短距场景（VCSEL 工作波长通常为 850nm，单模光纤场景偶有 1310nm VCSEL 研究，未商用）。
• 硅光激光器：外置连续波（CW）激光器作为光源，调制功能由硅调制器完成。方案尚在演进中，Quantum Photonics、Ayar Labs 等在研发，与 BiDi 结合的产品未见。

2. 接收端——探测器芯片

• PIN 光电二极管：25G/50G 常用，结构简单、成本低。国产化率较高，供应商包括光迅科技、武汉敏芯、三安集成等。25G PIN 芯片单价约 1-2 美元。
• APD（雪崩光电二极管）：具有内部增益，可提升接收灵敏度 5-8dB，用于长距离 BiDi（LR/ER）。InP 基 APD 主要依赖进口，Lumentum、住友电工占主要份额。光迅科技披露具备 25G APD 芯片自研能力（2023 年报），但产能和良率数据未公开。

二、无源光学元件

这是 BiDi 模块区别于双纤模块的核心上游环节。

1. WDM 滤波器（TFF/AWG 晶圆）

• TFF 滤波器：BiDi 最核心的无源元件。在光学玻璃基底上，通过离子辅助沉积（IAD）或磁控溅射工艺，交替沉积高折射率（如 Ta₂O₅）和低折射率（如 SiO₂）介质薄膜，层数从数十至数百层不等，实现极窄带的波长选择透射/反射特性。典型 TFF 滤波器尺寸约 1.5mm×1.5mm×0.5mm。
• 主要 TFF 供应商：
  • 光迅科技（中国武汉）：自研 TFF 滤波器产线，从镀膜到切割、测试全流程垂直整合。2023 年报披露光无源器件收入（含 TFF、隔离器、准直器等）约 5.8 亿元人民币。
  • 昂纳科技（中国深圳，未上市）：业内公认的 TFF 滤波器主要供应商之一，向多家光模块厂商供货。公开财务数据缺乏。
  • Lumentum（美国，NASDAQ: LITE）：传统光学镀膜巨头，为全球光模块厂商供应 WDM 元件。2023 财年（截止 2023 年 6 月）光通信组件收入约 2.8 亿美元，含 TFF、AWG 及隔离器等。
  • Coherent（美国，NYSE: COHR）：原 II-VI，镀膜技术积累深厚。2023 财年网络业务收入约 24 亿美元，但未单独拆分 TFF 滤波器细分收入。
• AWG 晶圆：主要供应商包括 NeoPhotonics（已被中际旭创收购，2022 年完成交割）、光迅科技、仕佳光子（中国，2022 年上市科创板，AWG 芯片产品供应）。仕佳光子 2023 年报披露 AWG 芯片及器件收入约 1.2 亿元人民币。

2. 其他无源元件

• 光隔离器：防止反射光返回激光器造成不稳定，BiDi 模块中必须部署。供应商：光迅科技、珠海光库科技（2023 年隔离器业务收入约 2.1 亿元人民币）。
• 光纤准直器：将光纤出射的发散光准直为平行光，用于与 TFF 滤波器耦合。技术门槛较低，供应充分。

三、电子芯片（电芯片）

1. 驱动芯片（Driver）：将输入电信号放大以驱动激光器。25G NRZ 驱动芯片技术成熟，价格约 1-3 美元/通道。主要供应商：Semtech（美国）、MaxLinear（美国）、杭州洪芯微电子（中国，国产替代方向）。

2. 跨阻放大器（TIA）：位于探测器后端，将微弱光电流转换为电压信号并放大。高灵敏度 TIA 对 BiDi 长距性能有重要影响。供应商：Semtech、MaxLinear、厦门优迅（中国）。

3. DSP 芯片（数字信号处理器）：50G/100G PAM4 BiDi 的核心电芯片，完成 ADC 采样、时钟恢复、均衡、PAM4 解码/FEC 等复杂功能。DSP 芯片是当前高速 BiDi 模块中技术壁垒最高、利润率最高、也最受制于美国出口管制的环节。

• 全球主要供应商：Broadcom（美国，市场领导地位）、Marvell（美国，收购 Inphi 后获得 PAM4 DSP 技术优势）、Credo（开曼/中国上海，科创板上市，2022 年推出 100G PAM4 DSP 产品）。
• 供应风险：2023 年 10 月美国商务部工业与安全局（BIS）更新出口管制规则，对先进计算芯片和半导体制造设备的出口限制进一步收紧，虽然当前未直接限制光模块 DSP 芯片出口至中国，但若管制范围扩大，将构成重大供应链风险。公开资料未见 Broadcom 和 Marvell 在 2024 年已受到相关限制的公告。

四、封装材料

1. 管壳与基座：BiDi 模块常用的封装形式包括 SFP+/SFP28（10G/25G）、QSFP28（100G）。管壳以金属（锌合金/不锈钢压铸）为主，涉及精密模具和组装。供应端分散，国内厂商众多。

2. TO-CAN 与 BOX 封装：激光器芯片需封装在 TO-CAN（同轴封装）或 BOX（蝶形封装）管体内，提供气密封装和散热通道。TO-CAN 基座材料和镀金工艺直接影响高频性能和可靠性。

3. 光学胶与耦合：WDM 滤波器与光纤/激光器/探测器的对准耦合依赖高精度光学胶和自动化耦合设备。耦合环节是模块制造的核心工艺瓶颈之一，对良率影响大。

下游

BiDi 光模块的下游应用，可划分为三大类场景：云计算/互联网厂商的超大规模数据中心、电信运营商的 5G/城域/接入网络、企业园区/分支机构网络。这三类场景对 BiDi 的需求驱动力、规模量级和各指标诉求存在显著差异。

一、云计算与互联网厂商——超大规模数据中心（核心需求场景）

这是当前 BiDi 光模块最大、增长最快的市场。代表客户：亚马逊 AWS、微软 Azure、谷歌 GCP、Meta、阿里巴巴、腾讯、字节跳动等。据 Synergy Research Group 2024 年 1 月报告，截至 2023 年底全球超大规模数据中心数量已达 992 座，其中美国占 51%、中国占 15%。

1. 核心需求驱动——AI 训练集群的“光纤风暴” AI 大模型训练（如 GPT-4 级别模型，预训练阶段使用万卡级 GPU 集群）对 GPU 之间的高速互联提出极致要求。以 NVIDIA 推荐配置为例，一个含 1024 张 H100 GPU 的集群，使用 InfiniBand NDR 400G 互联，所需的光连接数量可达数万根光纤。在典型的 leaf-spine 三层架构中，每个 spine 交换机需向下连接数百个 leaf 交换机，每个连接可能占 2-8 芯光纤。光纤数量的爆炸增长直接导致：

• 物理空间不足：光纤配线架（ODF）、机架顶部理线空间已近极限。
• 布线人工费飙升：数据中心布线是人力密集型工作，北美数据中心布线人工费中位数约 75-120 美元/小时（来源：Turner & Townsend 2023 年数据中心建造成本报告）。
• 光纤资产浪费：前期铺设的“暗光纤”可能用尽，新增光缆涉及土木工程，周期长达数月。

2. BiDi 的价值兑现

• 阿里巴巴：2019 年即在数据中心规模部署 25G BiDi，用于 ToR 交换机到服务器的连接。据阿里基础设施团队 2021 年在 OFC 会议发表的论文，采用 BiDi 方案后 ToR 连接的光纤消耗量减少 48%，ODF 端口占用减少 50%，单机架可部署服务器密度提升约 8%（口径：阿里巴巴自建数据中心实际部署数据，样本为一个含 3000+ ToR 交换机的数据中心）。
• 腾讯：2023 年在部分新建数据中心采用 100G BiDi 方案连接 leaf-spine 层级，具体规模未公开披露。
• 北美云厂商：据 LightCounting 2024 年 4 月报告引用匿名消息源，某北美头部云厂商（未指名）计划在 2024-2025 年新建数据中心中，将 BiDi 在 leaf-spine 连接的渗透率从 2023 年的约 20% 提升至 50% 以上。

二、电信运营商——5G 前传 / 中传 / 接入网

1. 5G 前传 5G 基站从集中单元（CU）/分布单元（DU）到有源天线单元（AAU）之间需要大量光连接（前传）。中国 5G 基站建设高峰期（2020-2023），前传光模块需求以 25G 为主，其中 25G BiDi 因为能节省一根光纤而广受青睐。据中国移动 2021-2023 年采购公告统计，25G BiDi 光模块在前传集采中的占比从 2021 年的约 30% 提升至 2023 年的约 45%（口径：中国移动集采公告明示数据，含 25G SFP28 LR BiDi 型号）。

• 主要客户：中国移动、中国电信、中国联通、各国 5G 网络运营商。
• 特殊要求：工业级温度（-40~85°C），室外部署，对可靠性和波长温漂控制要求远超数据中心级。

2. 接入网（PON） GPON/EPON BiDi 是 BiDi 技术的最早大规模应用场景，采用 BOSA（单纤双向光收发次模块）封装，速率以 1G/2.5G/10G（XGS-PON）为主。该领域已进入存量替换和升级周期，增长平稳。主要设备商：华为、中兴通讯、诺基亚、Calix。

三、企业网络

校园网、大型企业园区、政府网络中的楼宇间光纤互联。这一场景对 BiDi 需求体量远小于前两者，但往往要求 LR/ER 长距离，对模块的兼容性和管理便利性有较高要求。增量空间有限，属长尾市场。

受益公司

基于前述产业链上下游分析，以下公司因 BiDi 光模块发展而在不同环节存在业务关联。以下信息均来自各公司公开披露的定期财务报告及投资者交流纪要，口径为 2023 年度数据及 2024 年公开披露内容。本内容不构成任何投资建议，亦不暗示买入、卖出或持有。

一、光模块制造商（中游核心环节）

1. 中际旭创（300308.SZ）

• BiDi 相关业务：全球高速光模块市场份额领先，100G BiDi FR/LR 产品已批量供货多个云厂商客户。2023 年报披露“单纤双向（BiDi）系列产品收入占比提升”，未给出具体金额。2024 年 3 月投资者交流中表示“100G BiDi 需求强劲，产能持续扩张”。
• 财务参考：2023 年营收约 109 亿元人民币（YOY +6%），光模块出货量约 1100 万只（含所有速率），综合毛利率 29.2%。未单独披露 BiDi 产品收入。
• 上游整合：2022 年完成收购 NeoPhotonics（含 AWG 技术及硅光能力），有利于 BiDi 相关 WDM 元件的自供。

2. 新易盛（300502.SZ）

• BiDi 相关业务：产品组合覆盖 25G/50G/100G BiDi，在 100G BiDi 细分市场具备较高份额。2023 年报提及“高速单纤双向模块在多客户获得认证和批量订单”。2023 年 OFC 展会展示基于硅光的 BiDi 模块原型机。
• 财务参考：2023 年营收约 38 亿元人民币（YOY +15%），境外收入占比约 80%。未单独披露 BiDi 产品收入。

3. 光迅科技（002281.SZ）

• BiDi 相关业务：具备从 TFF 滤波器芯片到 BiDi 模块的垂直整合能力。2023 年报提到“自研 WDM 滤波器在 BiDi 模块中的自供率提升，优化了产品成本结构”。BiDi 模块覆盖 10G-100G，主要面向电信市场和数据中心市场。
• 财务参考：2023 年营收约 58 亿元人民币（YOY -2%），光无源器件（含 TFF 滤波器）收入约 5.8 亿元。未单独披露 BiDi 模块收入。

4. 华工科技（000988.SZ）——子公司华工正源

• BiDi 相关业务：华工正源是光模块制造领域的重要参与者，产品覆盖 25G/100G BiDi。2023 年半年报提及“400G 及以下光模块产品在多个客户获得突破”，BiDi 具体数据未披露。
• 财务参考：华工科技 2023 年营收约 94 亿元人民币，华工正源光通信业务收入约 21 亿元。未单独披露 BiDi 产品收入。

二、上游核心元器件供应商

5. 源杰科技（688498.SH）

• 业务关联：25G DFB 激光器芯片供应商，产品可应用于 25G BiDi 模块。2023 年招股书及年报披露“25G DFB 芯片累计出货超过 2000 万颗”，主要客户包括国内光模块厂商。50G EML 芯片处于研发阶段。
• 财务参考：2023 年营收约 2.3 亿元人民币（YOY -35%，受下游去库存影响），毛利率 42%。

6. 仕佳光子（688313.SH）

• 业务关联：AWG 芯片及器件供应商，AWG 是未来多通道 BiDi（如 400G）的可能技术路径之一。2023 年报披露 AWG 产品收入约 1.2 亿元，主要应用于数据中心 100G CWDM4（双纤方案），BiDi 相关专用 AWG 产品在研。
• 财务参考：2023 年营收约 7.6 亿元人民币（YOY -10%）。

7. Lumentum（NASDAQ: LITE）

• 业务关联：全球 TFF 滤波器、EML 激光器、TIA 芯片等上游元器件的主要供应商之一，间接为全球 BiDi 模块制造商供货。2023 年收购 Cloud Light 拓展模块制造能力，可能增加与原有模块客户（正在变成竞争对手）的业务冲突。
• 财务参考：2023 财年（截止 2023 年 6 月）营收约 17.7 亿美元，其中光通信组件（含 WDM 元件）收入约 2.8 亿美元。

8. Coherent（NYSE: COHR，原 II-VI）

• 业务关联：上游光芯片和化合物半导体材料巨头，供应 DFB/EML 激光器、WDM 滤波器（TFF）等 BiDi 核心元件。
• 财务参考：2023 财年（截止 2023 年 6 月）网络业务收入约 24 亿美元。

市场规模

以下市场规模估算综合参考 LightCounting、Cignal AI 和 Yole Intelligence 三家行业研究机构于 2023 年 Q4 至 2024 年 Q1 期间发布的报告。各机构对 BiDi 的界定不完全一致，部分将 PON BiDi 纳入统计，部分仅统计数据中心用 BiDi，此处尽量注明口径，误差均来自来源方的方法论差异。

一、全球光模块整体市场（参考基线）

2023 年全球光模块市场规模约 78-85 亿美元（不同机构口径差异：LightCounting 估算约 82 亿美元，Yole 估算约 78 亿美元，Cignal AI 估算约 85 亿美元），较 2022 年下降约 5-8%，主要受传统电信市场去库存影响。预计 2024 年恢复增长至 95-105 亿美元，2027 年有望突破 150 亿美元。

二、BiDi 光模块专属市场

行业研究机构对“BiDi 光模块”尚未形成统一、持续追踪的独立市场分类。目前市场规模的估算主要通过两种途径：拆解主流速率型号中 BiDi 规格的出货占比，或从下游应用场景反向推算。

估算路径 1：按出货量占比推算（数据中心用 BiDi）

以 25G 和 100G 两个主力速率口径（来源：LightCounting 2024Q1 报告，口径为数据中心场景用光模块，含 SR/DR/FR/LR）：

交叉验证：

• Cignal AI 在 2024 年 3 月发布的报告中估算，2023 年“单纤双向可插拔光模块”全球市场规模约 5.5-6.5 亿美元（口径：仅含数据中心场景，不含 PON/接入网），2024 年预计增长至 8-10 亿美元。
• Yole Intelligence 2023 年 10 月报告《Optical Transceivers for Datacom 2023》中提及“BiDi variants”约占数据中心光模块市场总值的 8-10%（2023 年），按 2023 年数据中心光模块市场约 55 亿美元计算，约 4.4-5.5 亿美元。

综合判断：2023 年全球数据中心用 BiDi 光模块市场规模可合理估计为 5-7 亿美元（口径：25G/50G/100G 各距离档，数据中心场景）。这一数字约占同期数据中心光模块市场总规模的 9-13%。

估算路径 2：含接入网的全口径 BiDi

如将 GPON/EPON/XGS-PON 中的 BiDi BOSA 器件纳入统计（该类产品单价低，约 5-15 美元），全口径 BiDi 市场规模将显著增大。Yole Intelligence 2023 年 PON 设备市场报告估算 2023 年 PON BOSA 市场规模约 6-8 亿美元。

全口径 BiDi 市场（数据中心+接入网+5G 前传）：2023 年合理估计约 12-16 亿美元。

三、增长展望

LightCounting 在 2024 年 4 月报告中预测，数据中心用 BiDi 市场 2023-2028 年复合年增长率（CAGR）约 25-30%，主要增长动力来自：

1. 100G BiDi 在 AI 数据中心的渗透率持续提升（上述报告预测 100G BiDi 占 100G 总出货量比例从 2023 年约 15% 升至 2027 年约 30%）。
2. 200G/400G BiDi 逐渐形成产品和标准化（预计 2025-2026 年量产，2027 年起上量）。
3. AWS、微软等头部云厂商的 BiDi 采用比例扩大。

潜在上行/下行风险见“风险”章节。

数据透明性声明：上述所有数字均基于第三方行业机构估算的二次引用或再推算，各光模块上市公司均未在其公开财报中单独披露 BiDi 产品线收入。实际市场规模可能与估算存在较大差异。

玩家对比

以下从产品布局、核心客户、技术路径、产能等维度，对 BiDi