AI 芯片光学输入/输出市场 尺寸和份额 2026-2035

AI 芯片光学 I/O 市场规模

全球 AI 芯片光学 I/O 市场规模在 2025 年为 11 亿美元，预计 2026 年将达到 15 亿美元。预计到 2035 年将达到 140 亿美元，2026 年至 2035 年期间的年均复合增长率（CAGR）为 27.8%。

市场扩张反映出 AI 系统中网络成为瓶颈资源的位置正在发生变化：随着加速器集群增加更多设备，计算、交换芯片和前面板光学器件之间的电气距离不断扩大，占用的功耗和信号完整性预算也越来越高。光学 I/O 通过一系列架构应对这一限制，从机架边缘的线性可插拔光学器件，到位于 ASIC 封装旁侧或封装内部的光学引擎。

短期收入基础仍主要来自线性可插拔光学器件（LPO），该方案为 800G 和 1.6T 链路提供了相对易于部署和维护的路径。长期增长空间则来自共封装光学（CPO）、近封装光学（NPO）和封装内光学 I/O（OIO），这些方案能够通过缩短电气路径来降低数据传输的能耗负担。Broadcom 于 2024 年 3 月推出了 51.2 Tbps 的 CPO 交换机平台，推动行业从实验室演示转向商业交换机架构 ^{[1]Broadcom, "51.2-Tbps Co-Packaged Optics Ethernet Switch Platform," investors.broadcom.com.}。因此，商业问题已不再只是光学器件能否在 AI 网络中取代铜缆，而是哪一层集成架构能够提供足够的功耗减免，从而抵消随之增加的认证、维修和封装复杂性。

硅光子学是主要的规模化平台，因为它能够将光子功能与半导体制造工艺相结合，但仍依赖激光器和其他有源光学组件，而这些组件可能位于硅芯片裸片之外，也可能通过异质方式集成。可服务市场涵盖硅光子学（SiPh）、磷化铟（InP）、薄膜铌酸锂（TFLN）、异质／混合平台以及其他光子材料，应用于 AI 训练、AI 推理、数据中心网络与交换以及高性能计算（HPC）。需求主要集中在超大规模云服务商和云服务提供商中，因为其业务规模使端口级功耗节省具有显著的经济价值；与此同时，企业级和主权 AI 项目将在预测期内扩大买方基础 ^{[2]Nature Electronics, "Co-Packaged Optics for High-Performance Computing and Artificial Intelligence," nature.com.}。

这一发展顺序有利于能够支持多个集成层级、而非押注单一外形规格的供应商。这也意味着收入增长不会与出货量形成简单对应关系：高度集成的解决方案在每条已部署链路中包含更多光子器件和封装内容，而在机群运营商优先考虑可互换模块和供应多元化的场景中，LPO 仍将保持较大的出货量。因此，预测反映的是分层迁移过程：可插拔光学器件支持当前规模化部署，而共封装和封装内设计则应对日益严峻的每瓦带宽限制。

覆盖期为 2022～2035 年，其中 2025 年为基准年，2026～2035 年为预测期。评估范围涵盖产品类型、技术、应用领域和最终用户细分，以及北美、欧洲、亚太地区、拉丁美洲和中东与非洲。

关键驱动因素

AI 集群规模扩大，提高了每次计算部署中的光学器件用量

AI 训练网络需要在加速器、交换机、存储设备和控制层之间建立高密度、低延迟连接。随着端口速率提升，前面板的电气损耗和均衡要求越来越难以管理。因此，光学器件不再是外围组件，而是实现容量扩展的关键投入，尤其是在横向扩展网络中，大型集群会使高速链路数量成倍增加。OIF 于 2025 年开展的 112G、224G 和 448G 通用电气 I/O 信号互操作性演示，体现了该行业为更高通道速率所做的准备 ^{[3]OIF, "448G, 224G and 112G CEI Interoperability Demonstration," oiforum.com.}。

CPO 推动以功耗为导向的交换机架构商业化

通过将光引擎布置在交换机 ASIC 附近，CPO 大幅缩短了交换芯片与可插拔收发器之间的电气路径。Broadcom 的 51.2-Tbps 平台集成了 8 个 6.4-Tbps 光引擎，并报告称，与传统可插拔方案相比，其功耗降低了 70%。在网络功耗已叠加于高功耗加速器和制冷负载之上的 AI 机房中，这一差异尤为重要。当买方能够在大规模已部署设备群中实现架构标准化，并承担由此产生的协同设计流程时，该优势最为明显。

本土光子学投资增强供应端产能

美国商务部于 2025 年 1 月宣布向 Infinera 提供 CHIPS 激励措施，其中包括支持磷化铟制造和先进封装 ^{[4]NIST and U.S. Department of Commerce, "CHIPS Incentives Award for Infinera," nist.gov.}。美国商务部还单独宣布了与 Coherent 就扩大其位于得克萨斯州谢尔曼的 InP 晶圆制造业务达成的初步条款。这些措施之所以重要，是因为即使硅光子学用于无源路由和调制，InP 激光器及相关有源组件仍然是关键投入。制造支持可以缓解投入品瓶颈，但无法消除高速光学组件漫长的认证要求。

标准推动高速光学器件从定制设计转向可重复采购

通用电气接口和可互操作的光学规格决定了买方能否在不同供应商之间进行采购，而无需重新设计交换机或加速器。OIF 的 800ZR 实施协议以及对 400ZR 的更新，体现了接口协议如何支持可扩展的高容量连接。对于 AI 芯片而言，更高速电气 I/O 方面的工作具有类似的商业影响：它为组件开发商制定 1.6T 及更高速率的明确目标，同时使系统制造商能够将性能认证与单一供应商关系分离。

光子集成改善带宽密度的经济性

更高的通道速率要求驱动器、调制器、光电探测器、封装和热管理之间实现更紧密的协同。Marvell 于 2024 年展示了 200G 3D 硅光子引擎，凸显了集成光学与电子功能对于加速基础设施的重要性 ^{[5]Marvell Technology, "200G 3D Silicon Photonics Engine," investor.marvell.com.}。技术开发的重点不仅在于最大比特率；更低损耗的路由、更低的驱动电压以及更紧凑的光学引擎，都可能决定某种架构能否适应受限的功耗和封装预算。

主要制约因素

先进光学封装面临成本和良率损失

CPO、NPO 和 OIO 将多项精密功能集中在狭小的物理空间内，包括激光耦合、光子芯片贴装、高速电气接口、散热路径和光纤管理。模块可以在前面板进行更换；而发生故障的共封装光学引擎可能需要更复杂的维护操作。这改变了认证门槛，也使早期采用最适合端口数量大、具备内部系统工程能力且明确存在功耗受限部署场景的运营商 ^{[6]Semiconductor Engineering, "Co-Packaged Optics in AI Data Centers," semiengineering.com.}。

生态系统成熟度落后于最具雄心的集成路线图

该行业已经展示了通用电气接口，但在先进集成层级，机械、光学、热管理、测试和现场服务实践仍然因架构而异。其结果是市场出现分化。LPO 可在买方需要快速部署和供应商选择的场景中实现规模化，而 CPO 和 OIO 则需要 ASIC 供应商、光子学供应商、晶圆代工厂、合同制造商和云运营商协同参与。即使理论上的能效优势十分明确，这种协调要求仍可能推迟收入实现。

这对供应链的影响十分重大。针对 InP 产能的激励措施可以缓解有源光学组件的供应压力，但无法取代可测试性设计和可维护性管理。将光子性能与可信的制造能力及全生命周期支持相结合的供应商，可能领先于差异化仅限于实验室带宽的供应商。这使 LPO 即使在 CPO 增长更快的情况下，仍有机会保持商业价值。

AI 芯片光学 I/O 市场细分分析

按产品类型

LPO 在 2025 年的市场规模为 6.9698 亿美元，2026 年为 9.3222 亿美元，2035 年为 49.1454 亿美元，年均复合增长率为 20.29%。其市场地位体现了与业内熟悉的可插拔架构的兼容性。CPO 的市场规模从 2025 年的 1.1366 亿美元增至 2026 年的 1.8644 亿美元，并于 2035 年达到 39.3163 亿美元，年均复合增长率为 40.32%。其增长与交换机侧功率密度提升，以及平台供应商实现商业化部署的案例有关。

NPO 的市场规模从 8822 万美元增至 1.3894 亿美元和 25.2748 亿美元，年均复合增长率为 38.03%，在缩短电气传输距离与保持光引擎可分离、便于维护之间实现了折中。OIO 的市场规模从 7097 万美元增至 1.1104 亿美元和 19.6582 亿美元，年均复合增长率为 37.62%，但需要采用能够将光接口布置在计算单元附近的加速器封装架构。OBO 的市场规模分别为 1.3289 亿美元、1.7516 亿美元和 7.0208 亿美元，年均复合增长率为 16.68%；在完整共封装尚不成熟、但板级近距离连接具有实用价值的情况下，OBO 发挥着过渡性作用。

按技术

SiPh 的市场规模从 2025 年的 6.113 亿美元增至 2026 年的 8.7522 亿美元，并预计到 2035 年达到 95.4825 亿美元，年均复合增长率为 30.41%。SiPh 为实现大规模光子集成提供了主要路径，但其对激光源的依赖使混合供应链持续存在。InP 的市场规模从 2.6578 亿美元增至 3.5033 亿美元和 14.0415 亿美元，年均复合增长率为 16.68%，在有源光学功能中继续发挥关键作用，并受益于国内产能投资。

TFLN 的市场规模从 1.4562 亿美元增至 1.9891 亿美元和 14.0415 亿美元，年均复合增长率为 24.25%；其商业价值取决于能否将调制器性能转化为可制造的晶圆工艺。异质／混合集成的市场规模从 5372 万美元增至 8313 万美元和 14.0415 亿美元，年均复合增长率为 36.90%，是增长最快的技术，因为该技术结合了硅、III-V 族材料及其他光子层的优势。其他平台的市场规模从 2630 万美元增至 3622 万美元和 2.8083 亿美元，年均复合增长率为 25.55%。

按应用领域

AI 训练的市场规模在 2025 年为 5.8868 亿美元，2026 年为 8.1584 亿美元，2035 年为 67.3994 亿美元，年均复合增长率为 26.44%。大规模同步训练网络对高基数交换和低时延连接提出了更高要求，使其成为 800G 和先进交换机光学器件的主要早期市场。AI 推理的市场规模从 1.5495 亿美元增至 2.2920 亿美元和 30.8914 亿美元，年均复合增长率为 33.51%；随着生产环境中的服务部署分散到更多设施和网络层级，需求也随之扩展。数据中心网络与交换的市场规模从 2.5900 亿美元增至 3.6339 亿美元和 33.6997 亿美元，年均复合增长率为 28.08%；该领域包括支持 AI 运营的更广泛东西向连接和园区连接。高性能计算（HPC）与科学计算的市场规模分别为 1.0009 亿美元、1.3538 亿美元和 8.4249 亿美元，年均复合增长率为 22.52%；在这一领域，采购周期通常更加依赖资质认证。

按最终用户

超大规模云服务商和云服务提供商的市场规模在 2025 年为 7.5268 亿美元，2026 年为 10.5335 亿美元，2035 年为 95.4825 亿美元，年均复合增长率为 27.75%。由于端口采购量集中，这些企业将成为最早实现 CPO 经济性应用的用户。企业数据中心的市场规模从 9981 万美元增至 1.5201 亿美元和 23.8706 亿美元，年均复合增长率为 35。

80%；较高的增长率反映出较小的基数以及私有 AI 基础设施的普及，尽管集成方案仍将更加保守。HPC 和科研机构的市场规模分别从 1.9001 亿美元增长至 2.5176 亿美元和 11.2332 亿美元，年均复合增长率为 18.08%。政府和国防领域的市场规模从 6023 万美元增长至 8669 万美元和 9.8291 亿美元，年均复合增长率为 30.97%；光子制造项目所体现的安全计算和国内供应优先事项为其提供了支持。

应用和终端用户模式进一步印证了这一差异。训练集群和超大规模数据中心是理想的验证场景，因为这些场景集中了流量、采购决策权和电力成本。推理和企业领域更快的增长率表明需求将在后期扩大，但这并不意味着产品选择完全相同。与加速器邻近的光引擎所能实现的最大节能效果相比，推理运营商可能更加重视模块化和运营弹性。

AI 芯片光学 I/O 市场区域分析

北美

2025 年北美市场规模为 6.3788 亿美元，2026 年为 8.7166 亿美元，2035 年为 61.7828 亿美元，年均复合增长率为 24.31%。其中，美国市场规模在 2025 年为 6.0252 亿美元，2026 年为 8.2294 亿美元，2035 年为 58.0742 亿美元，年均复合增长率为 24.25%。加拿大市场规模在 2025 年为 3536 万美元，2035 年为 3.7086 亿美元，年均复合增长率为 25.30%。该地区兼具超大规模数据中心需求、交换机和光子学设计优势，以及对有源光学组件制造的政策支持。这种产业集聚有助于加快 CPO 认证，但也使采购权集中于数量有限的买方。

欧洲

欧洲市场规模从 2025 年的 3.3930 亿美元增长至 2026 年的 4.8927 亿美元，并于 2035 年达到 56.1662 亿美元，年均复合增长率为 31.15%。德国市场规模从 7521 万美元增长至 2035 年的 12.3477 亿美元，年均复合增长率为 31.04%；英国市场规模从 7834 万美元增长至 14.5928 亿美元，年均复合增长率为 32.70%；法国市场规模从 7365 万美元增长至 11.2252 亿美元，年均复合增长率为 30.07%。西班牙市场规模从 3448 万美元增长至 3.9288 亿美元，年均复合增长率为 26.26%；意大利市场规模从 3526 万美元增长至 4.4901 亿美元，年均复合增长率为 27.71%；欧洲其他地区市场规模从 4157 万美元增长至 9.0203 亿美元，年均复合增长率为 34.69%。俄罗斯市场规模从 78 万美元增长至 5613 万美元，年均复合增长率为 49.50%，这反映出其较低的起始基数。欧洲的增长与本地 AI 基础设施和光子学能力相关；商业化挑战在于将研究和政策优势转化为经过认证且能够大批量供应的产品。

亚太地区

亚太地区市场规模从 2025 年的 8482 万美元增长至 2026 年的 1.2232 亿美元，并于 2035 年达到 14.0415 亿美元，年均复合增长率为 31.15%。中国市场规模从 3317 万美元增长至 5.8982 亿美元，年均复合增长率为 32.09%；日本市场规模从 1735 万美元增长至 2.8088 亿美元，年均复合增长率为 30.86%；韩国市场规模从 1465 万美元增长至 2.2475 亿美元，年均复合增长率为 30.16%；台湾的市场规模则从 1,003 万美元增至 1.6863 亿美元，年均复合增长率为 31.36%。澳大利亚的市场规模从 270 万美元增至 5,613 万美元，年均复合增长率为 34.13%；亚太其他地区则从 693 万美元增至 8,394 万美元，年均复合增长率为 27.06%。该地区发挥着双重作用：既是需求市场，也是组件及制造基地。这一定位为本地供应链创造了机遇，而技术获取条件和先进封装的可用性则可能决定哪些集成层级率先实现规模化。

拉丁美洲

拉丁美洲的市场规模将从 2025 年的 2,205 万美元增至 2026 年的 3,088 万美元，并于 2035 年达到 2.8083 亿美元，年均复合增长率为 27.80%。巴西的市场规模从 812 万美元增至 1.2336 亿美元，年均复合增长率为 30.34%；墨西哥从 522 万美元增至 9,027 万美元，年均复合增长率为 32.22%；阿根廷从 173 万美元增至 2,808 万美元，年均复合增长率为 31.31%；拉丁美洲其他地区从 699 万美元增至 3,912 万美元，年均复合增长率为 16.65%。与在国内发展光引擎生产相比，部署更可能伴随云计算和托管服务扩张推进，因此在早期阶段，可互操作且便于维护的架构更具优势。

中东和非洲

中东和非洲（MEA）的市场规模将从 2025 年的 1,866 万美元增至 2026 年的 2,969 万美元，并于 2035 年达到 5.6166 亿美元，年均复合增长率为 38.64%。沙特阿拉伯的市场规模从 393 万美元增至 1.9658 亿美元，年均复合增长率为 46.68%；阿联酋从 326 万美元增至 1.7953 亿美元，年均复合增长率为 48.24%；南非从 164 万美元增至 5,617 万美元，年均复合增长率为 40.64%；中东和非洲其他地区从 982 万美元增至 1.2938 亿美元，年均复合增长率为 26.47%。这些增长率对主权基础设施和超大规模基础设施计划的执行情况较为敏感。在项目顺利推进的地区，相关计划可能为高速光网络创造集中式需求；而在项目进度延误的情况下，较小的初始基数可能放大其对实际增长的影响。

MEA 的高预测增速应被视为对时机较为敏感的基础设施机遇，而不是本地光学供应链已经成熟的证据。拉丁美洲同样由需求主导，但规模较低。在这两个地区，LPO 和其他模块化方案比高度集成的 CPO 更有可能成为初期发展路径，因为这些方案能够在网络运营商建设高速 AI 容量的同时，降低现场服务压力。区域市场的赢家不仅取决于光子引擎的标称带宽，也取决于认证、物流和本地支持。

AI 芯片光学 I/O 市场份额与竞争格局

Marvell Technology 占据 68%的市场份额，其次是 Coherent Corp，占 12%；Lumentum Holdings 占 7%；Ayar Labs 占 2.5%；其他供应商占 7%。这一分布反映出产品组合的重要性：产品组合需要覆盖光学和电气半导体、光子引擎、激光器以及系统合作关系。Marvell Technology 于 2025 年 12 月宣布收购 Celestial AI，这一交易尤为重要，因为它将封装内光互连网络能力引入了一家已经活跃于数据基础设施领域的公司 ^{[7]Marvell Technology, "Agreement to Acquire Celestial AI," investor.marvell.com.}。

Marvell Technology、Coherent Corp、Lumentum Holdings、Broadcom Inc. 和 Ayar Labs 构成全球主要参与者阵营。Broadcom 于 2024 年推出共封装光学（CPO）交换机，使其成为交换机侧集成的标杆供应商。Coherent 在 CHIPS 激励措施支持下计划扩大 InP 产能，进一步凸显激光器和组件供应的重要性。Lumentum 公布的 2025 财年业绩凸显其在云计算和网络领域的业务布局；Ayar Labs 于 2024 年 12 月获得 1.55 亿美元融资，支持其为人工智能基础设施实现光学 I/O 芯粒商业化的努力 ^{[8]Ayar Labs, "USD 155 Million Financing for Optical I/O," ayarlabs.com.}。

北美参与者包括 Intel Corporation、Ranovus Inc.、MACOM Technology Solutions、Lightmatter、Celestial AI、Ciena Corporation 和 POET Technologies Inc. Intel 已展示一款与 CPU 共封装的光计算互连芯粒。Ranovus 参与集成式光引擎开发；MACOM 提供高速模拟连接组件，并于 2025 年公布了 1.6T-focused 解决方案。Lightmatter 正在开发面向人工智能系统的光子互连产品。Ciena 覆盖园区网络和数据中心互连层面的相干网络业务，而 POET 于 2024 年 3 月为人工智能网络推出了一款 800G 光模块。

在亚太地区，Sumitomo Electric Industries、Hamamatsu Photonics、Furukawa Electric Co.、NewPhotonics 和 PhotonicX AI Pte. Ltd. 将供应商基础扩展至光纤、光学组件、半导体器件和人工智能互连开发领域。Scintil Photonics 和 Salience Labs 代表欧洲参与者，重点开展硅光子学和光交换创新。Nexus Photonics 被列为利基型/颠覆型参与者，专注于先进光子集成。这些企业的竞争相关性取决于能否将差异化集成方案转化为可量产、通过验证的供应能力，而不仅仅是在实验室性能方面展开竞争。

竞争优势可能仍将呈现分层特征。拥有高速数字信号处理器（DSP）、光子引擎、激光器供应及主要云客户资源的现有企业，可以掌控早期 CPO 项目。在能够解决特定集成瓶颈的领域，专业厂商仍可获取价值，例如激光耦合、低功耗调制、光学 I/O 芯粒或可测试性。主要战略风险在于，如果缺乏能够满足超大规模买家要求的晶圆代工、封装和现场支持渠道，即使技术上更优越的光子架构也可能无法实现规模化。

近期行业发展

• 2024 年 3 月：Broadcom 推出了 51.2 Tbps 共封装光学（CPO）以太网交换机平台，将八个 6.4 Tbps 光引擎与交换架构相结合，以支持人工智能系统的规模化部署。
• 2024 年 3 月：Marvell 展示了一款面向加速基础设施的 200G 三维硅光子引擎。
• 2024 年 3 月：POET Technologies 宣布进入人工智能光模块市场，推出一款基于其 Optical Interposer 平台的 800G 2×FR4 OSFP 模块。
• 2024 年 12 月：Ayar Labs 宣布获得 1.55 亿美元融资，其中包括 AMD、Intel Capital 和 NVIDIA 的投资，用于推进面向人工智能基础设施的光学 I/O 技术。
• 2025 年 1 月：美国商务部宣布向 Infinera 提供 CHIPS 激励措施，支持其磷化铟制造和先进封装业务。
• 2025 年 3 月：MACOM 宣布推出面向 1.6T 应用的高性能解决方案。
• 2025 年 12 月：Marvell 宣布达成收购 Celestial AI 的协议，以加快其面向下一代数据中心的扩展互连能力建设。