BiDi 光模組

3 秒看懂

BiDi 光模組是一種通過單根光纖同時進行雙向資料傳輸的光模組，利用波長分波多工技術，在一根纖芯裡用不同波長區分收/發方向，從而將光纖資源需求減半。

3 分鐘產業解釋

在傳統的光通訊中，一條雙向鏈路需要兩根光纖：一根發，一根收。隨著資料中心，尤其是 AI 訓練叢集，對內部互聯頻寬的需求爆炸式增長，光纖資源的消耗和佈線複雜度成為關鍵瓶頸。

BiDi（Bidirectional）光模組應運而生。其核心是WDM（波長分波多工）技術：模組內部整合一個 WDM 濾波器（通常是薄膜濾波器 TFF 或陣列波導光柵 AWG），將發射端和接收端的光訊號調變到成對的不同波長上（例如，Tx 1310nm / Rx 1550nm，或者 Tx 1270nm / Rx 1330nm），然後通過 WDM 濾波器將不同波長耦合進同一根光纖。在對端，另一隻配對的 BiDi 模組（波長收發相反）負責將訊號分離。

對於網路架構師和資本而言，BiDi 的價值非常直接：在不增加光纖基礎設施（暗光纖）投資的前提下，將埠密度或鏈路頻寬翻倍。這在對成本、空間和佈線密度極其敏感的資料中心內部互聯（DCI）場景中至關重要。據 LightCounting 2024 年 4 月釋出的報告估算，在典型超大規模資料中心的 leaf-spine 架構中，採用 BiDi 方案可使光纖跳線採購量減少約 45%-50%，光纖配線架（ODF）端口占用降低一半，相應的佈線人工時減少約 40%（口徑：基於北美超大規模資料中心 2023 年新建專案調研，樣本數未公開揭露）。

技術原理

BiDi 光模組的核心機制是基於 WDM 的雙向單纖傳輸。其內部光路與關鍵引數解釋如下：

          BiDi 光模組內部結構（以 TFF 方案為例）
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                                                 │
│  Tx Laser (λ1) ──►┐                             │
│                   │                             │
│              [WDM Filter / Coupler] ──► [Fiber] │
│                   │                             │
│  Rx PD (λ2) ◄────┘                             │
│                                                 │
│  注: λ1 和 λ2 為波長配對，如 (1270nm, 1330nm)    │
│      對端模組收發波長互換。                       │
└─────────────────────────────────────────────────┘

光路工作流程——分步驟說明：

步驟一：發射端電光轉換。 交換器/網絡卡輸出的高速電訊號進入 BiDi 模組金手指介面，經驅動晶片（Driver）放大後，驅動雷射器（Tx Laser）產生特定波長 λ1 的調變光訊號。雷射器型別根據速率不同，10G/25G 常用 DML（直接調變雷射器）或 DFB（分散式反饋雷射器），50G/100G PAM4 常用 EML（電吸收調變雷射器）或矽光調變器。

步驟二：WDM 合波。 λ1 光訊號進入 WDM 濾波器。以 TFF 方案為例，該濾波器是一個鍍有數十層介質薄膜的光學元件，其光學特性為：對 λ1 波長高透射（插入損耗通常 0.6dB），對 λ2 波長高反射（隔離度通常 30dB）。λ1 訊號高效通過濾波器，耦合進入單根光纖。

步驟三：單纖雙向傳輸。 光纖中同時存在兩個方向的光訊號——本端發出的 λ1 和對端發來的 λ2。兩者在光纖中相向傳輸，互不干擾，因為它們在波長域是分離的。

步驟四：接收端 WDM 分波。 光纖中傳來的混合光訊號（含本端反射回的微弱 λ1 和對端發來的 λ2）到達 WDM 濾波器。濾波器將 λ2 訊號高效反射至接收端光探測器（Rx PD），同時阻擋 λ1 訊號進入接收通道（隔離度決定了阻擋效果）。

步驟五：接收端光電轉換。 λ2 光訊號被 PD 轉換為光電流，經跨阻放大器（TIA）放大、限幅放大器（LA）整形或 DSP 晶片處理後，恢復為高速電訊號輸出。對於 50G/100G PAM4 訊號，DSP 還需完成模數轉換、均衡、解碼等複雜處理。

對端模組的對稱工作： 對端 BiDi 模組的收發波長與本端互換，即對端 Tx 發射 λ2、Rx 接收 λ1，兩端的 WDM 濾波器特性相應配對設計。這種“成對使用、波長互換”的機制是 BiDi 的基本特徵。

關鍵引數（定性描述）：

• 波長配對：常用組合有 1270/1330nm（用於 10G/25G，源自 IEEE 802.3 標準中 10GBASE-BX 和 25GBASE-BR 定義）、1310/1490nm（用於 GPON，ITU-T G.984 系列標準定義）、1310/1550nm 等。更高速率（如 100G PAM4 BiDi）通常採用 1270/1290/1310/1330nm 四個波長的 LAN-WDM 柵格，每個波長承載 50G PAM4 訊號，兩兩配對實現 100G 單纖雙向（參考 100G BiDi MSA 規範，2020 年釋出 v1.0）。
• 隔離度：核心效能指標，定義為 WDM 濾波器對 λ1 和 λ2 的分離能力，以分貝（dB）表示。典型商用 BiDi 模組要求隔離度 ≥30dB。隔離度不足會導致發射端訊號洩漏進入本端接收通道（近端串擾），惡化接收靈敏度，直接抬高誤位元速率（BER）。在 100G PAM4 場景下，由於 PAM4 訊號本身訊雜比要求更高，隔離度通常要求 ≥35dB。
• 插入損耗：WDM 濾波器引入的額外光功率損失。每增加一個光學介面（如 TFF 濾波器），都會增加約 0.5-1.0dB 的插入損耗。這是 BiDi 模組發射端光功率預算需要額外預留的部分。
• 波長偏移容忍度：雷射器中心波長隨溫度變化會發生漂移（DFB 雷射器典型漂移係數約 0.1nm/°C），WDM 濾波器的通頻寬度必須足夠覆蓋全溫範圍（商業級 0-70°C、工業級 -40~85°C）內的波長漂移，同時保持足夠的隔離度。這是 BiDi 模組工業級應用的主要設計難點之一。
• 技術方案：主要有 TFF（薄膜濾波器） 和 AWG（陣列波導光柵） 兩種。TFF 方案在低通道數（如 2 波長 BiDi）中更成熟、成本更優，全球 TFF 濾波器晶圓主要供應商包括光迅科技、昂納科技、Lumentum 等；AWG 方案更適用於多通道（如 4 波長以上 LAN-WDM）場景，可與矽光晶片整合。

關鍵引數

以下引數是評估和選型 BiDi 光模組時必須關注的核心指標。資料口徑基於主流廠商（中際旭創、新易盛、光迅科技等）2023-2024 年公開產品 datasheet 及 100G BiDi MSA v1.0 規範。

1. 速率（Data Rate）

• 10G：成熟產品，主要用於企業網和傳統資料中心 ToR 下行埠。遵循 IEEE 802.3 10GBASE-BX 標準。
• 25G：當前資料中心單通道主流速率，遵循 IEEE 802.3 25GBASE-BR 標準。2023 年全球 25G BiDi 出貨量約 800-1000 萬隻（來源：LightCounting 2024Q1 High-Speed Optics Report，口徑為全球市場，含 SR/FR/LR 各距離檔）。
• 50G：基於 50G PAM4 單通道，主要見於 5G 前傳和部分企業網上行。標準化程度低於 25G BiDi，主要由裝置商私有協議或 MSA 推動。
• 100G：以 2×50G PAM4 波長分波多工方式實現，是當前 BiDi 在 AI 資料中心的主力產品。遵循 100G BiDi MSA，該 MSA 成員包括阿里巴巴、博通、中際旭創、光迅科技、新易盛、Lumentum 等（截至 2023 年 12 月）。
• 400G：尚處於早期標準化階段，技術路徑尚未收斂。可能方案包括 4×100G PAM4 配合 4 對波長（8 個波長）的單纖雙向，或基於矽光的多波長整合方案。公開資料未見已量產的 400G BiDi 產品。

2. 傳輸距離

• SR（Short Reach）：通常 <100m，多模光纖場景。多模 BiDi 產品較少，因為多模光纖的頻寬距離積限制使短距雙纖方案已足夠經濟。少數廠商有 OM4/OM5 多模 BiDi 產品，主要用於超高密度佈線場景。
• DR/FR（Datacenter Reach / Front-haul Reach）：500m-2km，單模光纖，BiDi 最主流應用區間。100G BiDi FR 典型距離為 2km（來源：100G BiDi MSA）。
• LR（Long Reach）：10km，用於園區網和 5G 中傳。100G BiDi LR 典型功耗約 4.5W（雙纖 100G LR4 約 3.5W，來源：中際旭創 2023 產品手冊）。
• ER（Extended Reach）：40km 及以上，BiDi 應用較少，長距場景以相干技術為主。

3. 功耗 BiDi 模組功耗通常略高於同速率雙纖模組，原因是增加了 WDM 濾波器引入的光功率損失（需額外驅動電流補償）以及部分方案中 DSP 功耗。以 100G 為例，典型功耗對比（來源：各廠商 2023 年產品 datasheet 均值）：

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

但若從系統級視角計算每 Gbps 有效頻寬的功耗，考慮到 BiDi 節省的交換器埠數，整體系統功耗可能更優，需具體場景分析。

4. 工作溫度範圍

• 商業級（Commercial）：0°C 至 70°C，適用於資料中心內部（有精密空調環境）。大部分資料中心 BiDi 產品為此等級。
• 擴充套件級（Extended）：-5°C 至 85°C，部分邊緣資料中心或室外機櫃應用。
• 工業級（Industrial）：-40°C 至 85°C，適用於 5G 前傳室外基站、工業乙太網路等嚴酷環境。工業級 BiDi 模組對波長溫漂控制要求最高，成本顯著高於商業級（通常溢價 40%-80%）。

5. 聯結器與介面型別

• LC 雙工（Duplex LC）：最普遍的形態。外觀是標準雙工 LC 插頭，但實際僅一個埠收發訊號，另一個埠物理上不通或作盲孔處理。這種設計保持了與現有雙纖佈線系統的相容性——即可以將現有 LC 雙工跳線直接接入 BiDi 模組，只是僅使用其中一芯。
• SC 單工（Simplex SC）：早期 GPON BiDi 常用，現資料中心較少見。
• CS/SN 小型化聯結器：隨 400G/800G 時代高密度面板需求出現，部分廠商在研發適配 BiDi 的小型化介面版本。公開資料未見標準化定義。

6. 波長對

• 1270/1330nm：10G/25G BiDi 最主流組合，O 波段（原始波段），色散最小，適合中短距。
• 1310/1490nm 或 1310/1550nm：GPON/EPON 傳統組合。
• 1270/1290/1310/1330nm（LAN-WDM 柵格）：100G BiDi MSA 定義，使用其中兩對波長實現單纖 100G。四波長間距約 2.4nm（約 430GHz），對 WDM 濾波器的陡峭度（隔離度 vs.通頻寬度的權衡）提出很高要求。
• CWDM4 波長（1271/1291/1311/1331nm）：部分廠商在研發中嘗試使用更寬的 20nm 通道間距，以降低濾波器難度。

7. 關鍵效能指標（KPI）

• 發射光功率（Tx Power）：典型 25G BiDi 為 -5 至 +2dBm，100G BiDi 受 PAM4 調變眼圖要求限制，通常在 -3 至 +3dBm。
• 接收靈敏度（Rx Sensitivity）：定義為 BER=10^-12（NRZ 訊號）或 BER=2.4×10^-4（PAM4 訊號，FEC 前）條件下的最小接收光功率。100G PAM4 BiDi 典型接收靈敏度約 -10dBm（FEC 前）。
• 光回波損耗（ORL）：必須嚴格控制，避免聯結器端面反射導致的訊號質量退化。

技術路線

BiDi 技術路線可從不同維度進行劃分：按底層光學實現方案、按速率代際演進、按調變格式與 BiDi 的關係。

一、按光學實現方案

方案 A：TFF（薄膜濾波器）方案

• 原理：在玻璃基底上蒸鍍數十至數百層高低折射率介質薄膜，形成特定波長的帶通/帶阻特性。TFF 濾波器以獨立光學元件形式封裝於模組內部光路中。
• 優點：技術成熟（已有 20 年以上商用歷史），成本低（單個 TFF 濾波器晶片成本約 0.5-2 美元，視規格和產量而定），插入損耗低，溫度穩定性好。
• 缺點：每增加一個波長通道，需增加一個 TFF 元件，多通道場景下光路複雜、尺寸大。
• 適用場景：2 波長 BiDi（當前主流），少量 4 波長產品。
• 主要供應商：光迅科技（自研 TFF 晶圓，2023 年年報揭露濾波器業務營收約 3.2 億元人民幣）、昂納科技（未上市，公開資料未見具體營收）、Lumentum（2023 財年 WDM 元件營收約 2.8 億美元，含 TFF 和 AWG）、Coherent（原 II-VI）。

方案 B：AWG（陣列波導光柵）方案

• 原理：基於矽基或二氧化矽基平面光波導技術，利用陣列波導的精確長度差產生波長相關相位延遲，實現多波長的複用/解複用。
• 優點：支援多通道（典型 4/8/16/32 通道），可與矽光晶片整合，適合大通道數場景。
• 缺點：插入損耗較高（AWG 本身典型損耗 3-5dB，需額外的半導體光放大器補償），對溫度敏感（通常需加熱器或溫控電路），成本高於 TFF 方案。
• 適用場景：400G/800G 及以上速率的 BiDi（未來），CWDM/DWDM 多通道場景。
• 產業進展：2024 年 OFC 會議上，多家廠商展示基於矽光 AWG 整合的 800G 單向收發器雛形，但 BiDi 化的 AWG 整合方案公開報道少見。

方案 C：矽光整合方案

• 原理：將雷射器（外接或異質整合）、調變器、WDM 複用/解複用器、光電探測器整合在同一矽基晶片上。WDM 功能可通過片上 AWG、微環諧振器（MRR）或級聯 Mach-Zehnder 干涉儀實現。
• 優點：體積最小（晶片尺寸通常 <10mm²），大規模製造後成本潛力最大，功耗最低（去除分立光學對準損耗）。
• 缺點：矽光晶片良率仍在爬坡，雷射器與矽的異質整合難度高，對封裝精度要求極高（亞微米級對準），微環方案對溫度極度敏感需精確溫控。
• 進展：Intel 在 2023 年展示了整合微環調變器的 100G 矽光傳送晶片，但未釋出 BiDi 版本。Acacia（思科子公司）在相干矽光領域領先，BiDi 相關公開產品未見。矽光 BiDi 是重要技術方向，但截至 2024 年 7 月，尚未有公開量產的矽光 BiDi 可插拔模組。

二、按速率代際演進

速率代際	典型調變格式	波長方案	標準化狀態	2023年市場規模估算
10G BiDi	NRZ	1270/1330nm	IEEE 802.3 完備	成熟存量市場，新增出貨佔比下降，約 300-500 萬隻/年
25G BiDi	NRZ	1270/1330nm	IEEE 802.3 完備	當前主力，約 800-1000 萬隻/年
50G BiDi	PAM4	1270/1330nm 或 LAN-WDM	MSA 為主	約 150-250 萬隻/年，5G 前傳驅動
100G BiDi	PAM4 (2×50G)	LAN-WDM 四選二	100G BiDi MSA v1.0	快速增長，約 200-300 萬隻/年
200G/400G BiDi	PAM4 (4×50G/4×100G)	8 波長或相干	未標準化	尚未形成規模市場

（資料來源：LightCounting 2024Q1 報告、Cignal AI 2024 年 3 月報告交叉驗證，口徑為全球出貨量估算值，廠商未精確揭露 BiDi 分項資料，此處為行業機構模型推算，誤差範圍 ±15%）

三、BiDi 與相關技術的關係——競合圖譜

BiDi vs. CPO（共封裝光學）

• 關係：並非直接競爭，解決不同層次問題。BiDi 解決單根光纖的雙向傳輸效率，CPO 解決光引擎與交換晶片的電學互連損耗。
• 時間線：BiDi 是可插拔模組時代的最佳化方案，已大規模商用；CPO 預計 2025-2027 年有望開始小規模部署（來源：Broadcom 2023 年投資者日演示材料，CPO 量產時間表為“2025 年及以後”）。
• 共存可能：未來的 CPO 引擎內部可能內建 BiDi 功能的 WDM 濾波器，兩者是疊加關係。

BiDi vs. LPO（線性驅動可插拔光學）

• 關係：互補。LPO 通過去除 DSP 來降功耗和延遲，BiDi 通過 WDM 來節省光纖。兩者可同時應用。
• 產業例項：2024 年 OFC 展會，部分廠商展示了“LPO + BiDi”概念的 100G 模組原型，同時實現低功耗和單纖雙向。但公開資料未見量產產品。

BiDi vs. SR4/DR4 雙纖方案

• 替代關係：BiDi 在光纖資源緊張、佈線成本高的場景替代雙纖方案。在光纖充裕、短距離（<100m）場景，雙纖方案仍是更簡單的選擇。
• 滲透率趨勢：LightCounting 2024 年 4 月報告預測，到 2027 年，BiDi 在資料中心 25G/100G 光模組中的出貨量佔比將從 2023 年的約 15% 提升至約 25%（口徑：全球資料中心用光模組）。

上游

BiDi 光模組的產業鏈上游，聚焦於光晶片、電晶片、無源光學元件和封裝材料四大板塊。這些核心要素決定了模組的效能天花板和成本結構。

一、光學晶片（光晶片）

1. 發射端——雷射器晶片

• DFB 雷射器（分散式反饋雷射器）：25G BiDi 主力光源，邊發射型結構，內建布拉格光柵實現單縱模輸出。BiDi 應用對 DFB 晶片的核心要求是中心波長精度——需控制在全溫範圍內（商業級 0-70°C）偏離標稱值不超過 ±2nm，以匹配 WDM 濾波器通帶。全球 DFB 晶片主要供應商：Lumentum（美國）、Coherent（原 II-VI，美國）、三菱電機（日本）、住友電工（日本）、光迅科技（中國，自研 25G DFB，2023 年產能約 20 萬片晶圓/年）、源傑科技（中國，2023 年科創板上市，招股書揭露 25G DFB 晶圓年產能約 6 萬片）。
• EML 雷射器（電吸收調變雷射器）：50G/100G PAM4 BiDi 光源，將 DFB 雷射器與電吸收調變器單片整合，實現更高頻寬和更低啁啾。EML 晶片製造難度顯著高於 DFB，全球主要供應商集中在美日：Lumentum、Coherent、Broadcom（收購 Avago 光模組業務後保留的 EML 技術）、三菱電機。中國國產 EML 仍在研發階段，公開資料未見規模量產。源傑科技招股書揭露 50G EML 處於“產品開發階段”（截至 2023 年 6 月）。
• VCSEL（垂直腔面發射雷射器）：在 BiDi 中應用較少，主要用於多模短距場景（VCSEL 工作波長通常為 850nm，單模光纖場景偶有 1310nm VCSEL 研究，未商用）。
• 矽光雷射器：外接連續波（CW）雷射器作為光源，調變功能由矽調變器完成。方案尚在演進中，Quantum Photonics、Ayar Labs 等在研發，與 BiDi 結合的產品未見。

2. 接收端——探測器晶片

• PIN 光電二極體：25G/50G 常用，結構簡單、成本低。國產化率較高，供應商包括光迅科技、武漢敏芯、三安整合等。25G PIN 晶片單價約 1-2 美元。
• APD（雪崩光電二極體）：具有內部增益，可提升接收靈敏度 5-8dB，用於長距離 BiDi（LR/ER）。InP 基 APD 主要依賴進口，Lumentum、住友電工佔主要份額。光迅科技揭露具備 25G APD 晶片自研能力（2023 年報），但產能和良率資料未公開。

二、無源光學元件

這是 BiDi 模組區別於雙纖模組的核心上游環節。

1. WDM 濾波器（TFF/AWG 晶圓）

• TFF 濾波器：BiDi 最核心的無源元件。在光學玻璃基底上，通過離子輔助沉積（IAD）或磁控濺射工藝，交替沉積高折射率（如 Ta₂O₅）和低折射率（如 SiO₂）介質薄膜，層數從數十至數百層不等，實現極窄帶的波長選擇透射/反射特性。典型 TFF 濾波器尺寸約 1.5mm×1.5mm×0.5mm。
• 主要 TFF 供應商：
  • 光迅科技（中國武漢）：自研 TFF 濾波器產線，從鍍膜到切割、測試全流程垂直整合。2023 年報揭露光無源器件營收（含 TFF、隔離器、準直器等）約 5.8 億元人民幣。
  • 昂納科技（中國深圳，未上市）：業內公認的 TFF 濾波器主要供應商之一，向多家光模組廠商供貨。公開財務資料缺乏。
  • Lumentum（美國，NASDAQ: LITE）：傳統光學鍍膜巨頭，為全球光模組廠商供應 WDM 元件。2023 財年（截止 2023 年 6 月）光通訊元件營收約 2.8 億美元，含 TFF、AWG 及隔離器等。
  • Coherent（美國，NYSE: COHR）：原 II-VI，鍍膜技術積累深厚。2023 財年網路業務營收約 24 億美元，但未單獨拆分 TFF 濾波器細分營收。
• AWG 晶圓：主要供應商包括 NeoPhotonics（已被中際旭創收購，2022 年完成交割）、光迅科技、仕佳光子（中國，2022 年上市科創板，AWG 晶片產品供應）。仕佳光子 2023 年報揭露 AWG 晶片及器件營收約 1.2 億元人民幣。

2. 其他無源元件

• 光隔離器：防止反射光返回雷射器造成不穩定，BiDi 模組中必須部署。供應商：光迅科技、珠海光庫科技（2023 年隔離器業務營收約 2.1 億元人民幣）。
• 光纖準直器：將光纖出射的發散光準直為平行光，用於與 TFF 濾波器耦合。技術門檻較低，供應充分。

三、電子晶片（電晶片）

1. 驅動晶片（Driver）：將輸入電訊號放大以驅動雷射器。25G NRZ 驅動晶片技術成熟，價格約 1-3 美元/通道。主要供應商：Semtech（美國）、MaxLinear（美國）、杭州洪芯微電子（中國，國產替代方向）。

2. 跨阻放大器（TIA）：位於探測器後端，將微弱光電流轉換為電壓訊號並放大。高靈敏度 TIA 對 BiDi 長距效能有重要影響。供應商：Semtech、MaxLinear、廈門優迅（中國）。

3. DSP 晶片（數字訊號處理器）：50G/100G PAM4 BiDi 的核心電晶片，完成 ADC 取樣、時鐘恢復、均衡、PAM4 解碼/FEC 等複雜功能。DSP 晶片是當前高速 BiDi 模組中技術壁壘最高、獲利率最高、也最受制於美國出口管制的環節。

• 全球主要供應商：Broadcom（美國，市場領導地位）、Marvell（美國，收購 Inphi 後獲得 PAM4 DSP 技術優勢）、Credo（開曼/中國上海，科創板上市，2022 年推出 100G PAM4 DSP 產品）。
• 供應風險：2023 年 10 月美國商務部工業與安全域性（BIS）更新出口管制規則，對先進計算晶片和半導體制造裝置的出口限制進一步收緊，雖然當前未直接限制光模組 DSP 晶片出口至中國，但若管制範圍擴大，將構成重大供應鏈風險。公開資料未見 Broadcom 和 Marvell 在 2024 年已受到相關限制的公告。

四、封裝材料

1. 管殼與基座：BiDi 模組常用的封裝形式包括 SFP+/SFP28（10G/25G）、QSFP28（100G）。管殼以金屬（鋅合金/不鏽鋼壓鑄）為主，涉及精密模具和組裝。供應端分散，國內廠商眾多。

2. TO-CAN 與 BOX 封裝：雷射器晶片需封裝在 TO-CAN（同軸封裝）或 BOX（蝶形封裝）管體內，提供氣密封裝和散熱通道。TO-CAN 基座材料和鍍金工藝直接影響高頻效能和可靠性。

3. 光學膠與耦合：WDM 濾波器與光纖/雷射器/探測器的對準耦合依賴高精度光學膠和自動化耦合裝置。耦合環節是模組製造的核心工藝瓶頸之一，對良率影響大。

下游

BiDi 光模組的下游應用，可劃分為三大類場景：雲端運算/網際網路廠商的超大規模資料中心、電信運營商的 5G/城域/接入網路、企業園區/分支機構網路。這三類場景對 BiDi 的需求驅動力、規模量級和各指標訴求存在顯著差異。

一、雲端運算與網際網路廠商——超大規模資料中心（核心需求場景）

這是當前 BiDi 光模組最大、增長最快的市場。代表客戶：亞馬遜 AWS、微軟 Azure、Google GCP、Meta、阿里巴巴、騰訊、字節跳動等。據 Synergy Research Group 2024 年 1 月報告，截至 2023 年底全球超大規模資料中心數量已達 992 座，其中美國佔 51%、中國佔 15%。

1. 核心需求驅動——AI 訓練叢集的“光纖風暴” AI 大型模型訓練（如 GPT-4 級別模型，預訓練階段使用萬卡級 GPU 叢集）對 GPU 之間的高速互聯提出極致要求。以 NVIDIA 推薦配置為例，一個含 1024 張 H100 GPU 的叢集，使用 InfiniBand NDR 400G 互聯，所需的光連線數量可達數萬根光纖。在典型的 leaf-spine 三層架構中，每個 spine 交換器需向下連線數百個 leaf 交換器，每個連線可能佔 2-8 芯光纖。光纖數量的爆炸增長直接導致：

• 物理空間不足：光纖配線架（ODF）、機架頂部理線空間已近極限。
• 佈線人工費飆升：資料中心佈線是人力密集型工作，北美資料中心佈線人工費中位數約 75-120 美元/小時（來源：Turner & Townsend 2023 年資料中心建造成本報告）。
• 光纖資產浪費：前期鋪設的“暗光纖”可能用盡，新增光纜涉及土木工程，週期長達數月。

2. BiDi 的價值兌現

• 阿里巴巴：2019 年即在資料中心規模部署 25G BiDi，用於 ToR 交換器到伺服器的連線。據阿里基礎設施團隊 2021 年在 OFC 會議發表的論文，採用 BiDi 方案後 ToR 連線的光纖消耗量減少 48%，ODF 端口占用減少 50%，單機架可部署伺服器密度提升約 8%（口徑：阿里巴巴自建資料中心實際部署資料，樣本為一個含 3000+ ToR 交換器的資料中心）。
• 騰訊：2023 年在部分新建資料中心採用 100G BiDi 方案連線 leaf-spine 層級，具體規模未公開揭露。
• 北美雲端廠商：據 LightCounting 2024 年 4 月報告引用匿名訊息源，某北美頭部雲端廠商（未指名）計劃在 2024-2025 年新建資料中心中，將 BiDi 在 leaf-spine 連線的滲透率從 2023 年的約 20% 提升至 50% 以上。

二、電信運營商——5G 前傳 / 中傳 / 接入網

1. 5G 前傳 5G 基站從集中單元（CU）/分佈單元（DU）到有源天線單元（AAU）之間需要大量光連線（前傳）。中國 5G 基站建設高峰期（2020-2023），前傳光模組需求以 25G 為主，其中 25G BiDi 因為能節省一根光纖而廣受青睞。據中國移動 2021-2023 年採購公告統計，25G BiDi 光模組在前傳集採中的佔比從 2021 年的約 30% 提升至 2023 年的約 45%（口徑：中國移動集採公告明示資料，含 25G SFP28 LR BiDi 型號）。

• 主要客戶：中國移動、中國電信、中國聯通、各國 5G 網路運營商。
• 特殊要求：工業級溫度（-40~85°C），室外部署，對可靠性和波長溫漂控制要求遠超資料中心級。

2. 接入網（PON） GPON/EPON BiDi 是 BiDi 技術的最早大規模應用場景，採用 BOSA（單纖雙向光收發次模組）封裝，速率以 1G/2.5G/10G（XGS-PON）為主。該領域已進入存量替換和升級週期，增長平穩。主要裝置商：華為、中興通訊、諾基亞、Calix。

三、企業網路

校園網、大型企業園區、政府網路中的樓宇間光纖互聯。這一場景對 BiDi 需求體量遠小於前兩者，但往往要求 LR/ER 長距離，對模組的相容性和管理便利性有較高要求。增量空間有限，屬長尾市場。

受益公司

基於前述產業鏈上下游分析，以下公司因 BiDi 光模組發展而在不同環節存在業務關聯。以下資訊均來自各公司公開揭露的定期財務報告及投資者交流紀要，口徑為 2023 年度資料及 2024 年公開揭露內容。本內容不構成任何投資建議，亦不暗示買進、賣出或持有。

一、光模組製造商（中游核心環節）

1. 中際旭創（300308.SZ）

• BiDi 相關業務：全球高速光模組市場份額領先，100G BiDi FR/LR 產品已批次供貨多個雲端廠商客戶。2023 年報揭露“單纖雙向（BiDi）系列產品營收佔比提升”，未給出具體金額。2024 年 3 月投資者交流中表示“100G BiDi 需求強勁，產能持續擴張”。
• 財務參考：2023 年營收約 109 億元人民幣（YOY +6%），光模組出貨量約 1100 萬隻（含所有速率），綜合毛利率 29.2%。未單獨揭露 BiDi 產品營收。
• 上游整合：2022 年完成收購 NeoPhotonics（含 AWG 技術及矽光能力），有利於 BiDi 相關 WDM 元件的自供。

2. 新易盛（300502.SZ）

• BiDi 相關業務：產品組合覆蓋 25G/50G/100G BiDi，在 100G BiDi 細分市場具備較高份額。2023 年報提及“高速單纖雙向模組在多客戶獲得認證和批次訂單”。2023 年 OFC 展會展示基於矽光的 BiDi 模組原型機。
• 財務參考：2023 年營收約 38 億元人民幣（YOY +15%），境外營收佔比約 80%。未單獨揭露 BiDi 產品營收。

3. 光迅科技（002281.SZ）

• BiDi 相關業務：具備從 TFF 濾波器晶片到 BiDi 模組的垂直整合能力。2023 年報提到“自研 WDM 濾波器在 BiDi 模組中的自供率提升，優化了產品成本結構”。BiDi 模組覆蓋 10G-100G，主要面向電信市場和資料中心市場。
• 財務參考：2023 年營收約 58 億元人民幣（YOY -2%），光無源器件（含 TFF 濾波器）營收約 5.8 億元。未單獨揭露 BiDi 模組營收。

4. 華工科技（000988.SZ）——子公司華工正源

• BiDi 相關業務：華工正源是光模組製造領域的重要參與者，產品覆蓋 25G/100G BiDi。2023 年半年報提及“400G 及以下光模組產品在多個客戶獲得突破”，BiDi 具體資料未揭露。
• 財務參考：華工科技 2023 年營收約 94 億元人民幣，華工正源光通訊業務營收約 21 億元。未單獨揭露 BiDi 產品營收。

二、上游核心元器件供應商

5. 源傑科技（688498.SH）

• 業務關聯：25G DFB 雷射器晶片供應商，產品可應用於 25G BiDi 模組。2023 年招股書及年報揭露“25G DFB 晶片累計出貨超過 2000 萬顆”，主要客戶包括國內光模組廠商。50G EML 晶片處於研發階段。
• 財務參考：2023 年營收約 2.3 億元人民幣（YOY -35%，受下游去庫存影響），毛利率 42%。

6. 仕佳光子（688313.SH）

• 業務關聯：AWG 晶片及器件供應商，AWG 是未來多通道 BiDi（如 400G）的可能技術路徑之一。2023 年報揭露 AWG 產品營收約 1.2 億元，主要應用於資料中心 100G CWDM4（雙纖方案），BiDi 相關專用 AWG 產品在研。
• 財務參考：2023 年營收約 7.6 億元人民幣（YOY -10%）。

7. Lumentum（NASDAQ: LITE）

• 業務關聯：全球 TFF 濾波器、EML 雷射器、TIA 晶片等上游元器件的主要供應商之一，間接為全球 BiDi 模組製造商供貨。2023 年收購 Cloud Light 拓展模組製造能力，可能增加與原有模組客戶（正在變成競爭對手）的業務衝突。
• 財務參考：2023 財年（截止 2023 年 6 月）營收約 17.7 億美元，其中光通訊元件（含 WDM 元件）營收約 2.8 億美元。

8. Coherent（NYSE: COHR，原 II-VI）

• 業務關聯：上游光晶片和化合物半導體材料巨頭，供應 DFB/EML 雷射器、WDM 濾波器（TFF）等 BiDi 核心元件。
• 財務參考：2023 財年（截止 2023 年 6 月）網路業務營收約 24 億美元。

市場規模

以下市場規模估算綜合參考 LightCounting、Cignal AI 和 Yole Intelligence 三家行業研究機構於 2023 年 Q4 至 2024 年 Q1 期間釋出的報告。各機構對 BiDi 的界定不完全一致，部分將 PON BiDi 納入統計，部分僅統計資料中心用 BiDi，此處儘量註明口徑，誤差均來自來源方的方法論差異。

一、全球光模組整體市場（參考基線）

2023 年全球光模組市場規模約 78-85 億美元（不同機構口徑差異：LightCounting 估算約 82 億美元，Yole 估算約 78 億美元，Cignal AI 估算約 85 億美元），較 2022 年下降約 5-8%，主要受傳統電信市場去庫存影響。預計 2024 年恢復增長至 95-105 億美元，2027 年有望突破 150 億美元。

二、BiDi 光模組專屬市場

行業研究機構對“BiDi 光模組”尚未形成統一、持續追蹤的獨立市場分類。目前市場規模的估算主要通過兩種途徑：拆解主流速率型號中 BiDi 規格的出貨佔比，或從下游應用場景反向推算。

估算路徑 1：按出貨量佔比推算（資料中心用 BiDi）

以 25G 和 100G 兩個主力速率口徑（來源：LightCounting 2024Q1 報告，口徑為資料中心場景用光模組，含 SR/DR/FR/LR）：

速率類別	2023 年全球出貨量	BiDi 佔比（估算）	2023 年 BiDi 出貨量區間	平均單價區間	2023 年 BiDi 市場規模區間
25G SFP28	~3800 萬隻	15-20%	570-760 萬隻	$35-55	2.0-4.2 億美元
100G QSFP28	~1600 萬隻	12-18%	192-288 萬隻	$120-220	2.3-6.3 億美元
50G SFP56	~600 萬隻	10-15%	60-90 萬隻	$55-85	0.3-0.8 億美元
合計（資料中心場景）					4.6-11.3 億美元

交叉驗證：

• Cignal AI 在 2024 年 3 月釋出的報告中估算，2023 年“單纖雙向可插拔光模組”全球市場規模約 5.5-6.5 億美元（口徑：僅含資料中心場景，不含 PON/接入網），2024 年預計增長至 8-10 億美元。
• Yole Intelligence 2023 年 10 月報告《Optical Transceivers for Datacom 2023》中提及“BiDi variants”約佔資料中心光模組市場總值的 8-10%（2023 年），按 2023 年資料中心光模組市場約 55 億美元計算，約 4.4-5.5 億美元。

綜合判斷：2023 年全球資料中心用 BiDi 光模組市場規模可合理估計為 5-7 億美元（口徑：25G/50G/100G 各距離檔，資料中心場景）。這一數字約佔同期資料中心光模組市場總規模的 9-13%。

估算路徑 2：含接入網的全口徑 BiDi

如將 GPON/EPON/XGS-PON 中的 BiDi BOSA 器件納入統計（該類產品單價低，約 5-15 美元），全口徑 BiDi 市場規模將顯著增大。Yole Intelligence 2023 年 PON 裝置市場報告估算 2023 年 PON BOSA 市場規模約 6-8 億美元。

全口徑 BiDi 市場（資料中心+接入網+5G 前傳）：2023 年合理估計約 12-16 億美元。

三、增長展望

LightCounting 在 2024 年 4 月報告中預測，資料中心用 BiDi 市場 2023-2028 年複合年增長率（CAGR）約 25-30%，主要增長動力來自：

1. 100G BiDi 在 AI 資料中心的滲透率持續提升（上述報告預測 100G BiDi 佔 100G 總出貨量比例從 2023 年約 15% 升至 2027 年約 30%）。
2. 200G/400G BiDi 逐漸形成產品和標準化（預計 2025-2026 年量產，2027 年起上量）。
3. AWS、微軟等頭部雲端廠商的 BiDi 採用比例擴大。

潛在上行/下行風險見“風險”章節。

資料透明性宣告：上述所有數字均基於第三方行業機構估算的二次引用或再推算，各光模組上市公司均未在其公開財報中單獨揭露 BiDi 產品線營收。實際市場規模可能與估算存在較大差異。

玩家對比

以下從產品版面配置、核心客戶、技術路徑、產能等維度，對 BiDi