光进铜退趋势下 Micro LED 发展机遇：AI 光互连赛道方案分析

作者：钳岳星君 来源：行业研究报告（PPT 解析） 更新：2026-05-24

概述

AI 算力扩张的瓶颈不在芯片本身，而在算力与内存、卡间互联之间的速度差。GPU 单卡算力增长最快，内存带宽次之，NVLink 级别的互联最慢，三者差距逐年拉大，算力被互联效率卡住。铜缆在 400G 以上丢掉了传输距离，传统光模块单端功耗压在 9.8-12W，两条路都触顶。

Micro LED 光互连走的是另一条路：用数百个低速并行光通道替代少数高速通道，让功耗、带宽密度、可靠性三项指标同时推进。它由微软研究院的 MOSAIC 方案提出，原型已做到 50 米传输，功耗比传统 800G 光学降 56%-68%。

下文先回答互联为什么成为瓶颈、现有方案为何触顶，再拆解 Micro LED 的组件原理与原型验证结果，最后落到架构重构、产业格局与供应链机会。

一、为什么互联成了瓶颈

1.1 算力建设的资金规模

2025 年五大海量云服务商（AWS、微软、谷歌、Meta、Oracle）资本开支约 3810 亿美元，同比增长 68%，2025-2027 年合计约 1.4 万亿美元。国内字节跳动 2025 年算力投资飙升至 1600 亿元（其中 900 亿用于算力），阿里云宣布三年投入 3800 亿元。

这些钱花下去，能不能在训练里真正变成算力，取决于卡与卡之间能不能协同工作。互联效率决定这笔投入能释放多少算力。

1.2 剪刀差：三种速度的分化

以英伟达 GPU 架构迭代为例：

GPU算力增速   ████████████████████  (最快)
内存带宽增速 ██████████████      (次之)
NVLink互联   ████████            (最慢)

GPU 单卡算力快速提升，卡间数据交换效率严重滞后。花大价钱买来的算力，释放不出来。

1.3 三层互联架构的带宽落差

超节点（Super PoD）已成主流路径。MoE 模型的全对全通信需求激增，芯片厂商不再单纯靠小节点横向 Scale Out 扩容，而是持续扩大 Scale Up 覆盖范围。NVL72（72 卡）与 CloudMatrix384（384 卡）超节点已商用落地。

Scale Up 带宽最高——基于 NVLink 与 NVSwitch 芯片直连组网，全互联无阻塞。但它的规模扩张撞上了铜缆的物理极限。

二、现有方案为何触顶

2.1 四类互联方案横向对比

铜缆的问题：传输距离随速率提升急剧缩短。400Gb/s 下 DAC 铜缆实际可用距离不足 0.5 米。NVL72 超节点被迫用铜缆，72 卡挤在单机架里，功率密度高达 120kW/机架——物理上几乎无法继续扩展。

传统光模块的问题：每机架额外增加 20kW 功耗；10 万 GPU 集群每 6-12 小时发生一次链路故障，高密度场景下不可接受。

2.2 “窄而快"架构的功耗困局

800Gbps 链路，传统做法是 8 个 100Gbps 高速通道并行——「窄而快」架构。铜缆这边，高速信号完整性问题导致距离受限；光学那边，高功耗组件（激光驱动器、ADC/DAC、DSP）和复杂纠错机制让功耗变成铜缆的数倍。

当 Serdes 速率从 200Gb/s 向 400Gb/s/800Gb/s 演进，铜缆方案将彻底失去可行性，光互连渗透不可避免。

三、Micro LED 光互连技术解析

3.1 基本原理：“宽而慢"架构

MOSAIC（Monolithically Integrated Optical IA for Chiplets）由微软研究院提出。核心思路不是把通道变窄跑得更快，而是将少量高速通道替换为数百个并行低速光学通道。

以 2 Gbps/通道计算：400 个通道即可实现 800 Gbps 总速率。并行低速设计在内存和芯片总线里已经用了几十年，但第一次被完整搬到光互连领域。

3.2 Micro LED 如何突破"窄而快"的三重限制

电磁干扰（EMI）：铜缆通道数受限于电磁串扰——通道越密，干扰越严重。Micro LED 用光学传输，通道可高密度排列而无 EMI 问题。

功耗可扩展性：单个 Micro LED 功耗仅数百微瓦，比传统激光器低 2-3 个数量级。800 个通道并行，总功耗仍在瓦级——铜缆和传统光模块都做不到。

单片集成与可靠性：单片集成的 Micro LED 阵列在 1mm² 内容纳 400+ 通道，结合多芯成像光纤实现超高密度。Micro LED 比激光器更坚固耐用，易于添加冗余通道。

四、四大关键组件

4.1 直接调制 Micro LED 阵列

Micro LED 尺寸仅几到几十微米，ON-OFF 调制至数 Gbps。单芯片集成数十至数百个，20×20 阵列可实现 800Gbps。

与传统激光器的区别：激光器需要精密的温度控制和复杂驱动电路，Micro LED 只需 ON/OFF 两个状态，用最简单的 NRZ 编码即可。

4.2 多芯成像光纤（Multi-Core Imaging Fiber）

单根光纤支持 数千个纤芯，解决数百通道需要大量光纤的布线难题。

为什么 skew 如此重要：并行传输中，各通道到达时间的差异（skew）会导致接收端难以同步。低 skew 意味着各通道可用简单的统一时钟，而非每个通道独立的时钟恢复电路（CDR）——这是功耗降低的另一关键因素。

4.3 TIR 全内反射微透镜

Micro LED 为朗伯发射器，光束发散角达 ±90°。传统微透镜耦合效率低，定制 TIR 微透镜将光束准直为 ±12° 锥形，耦合效率提升 2 倍以上。

两个作用：一是高效耦合，大幅提升从 Micro LED 到光纤的光传输效率；二是抑制串扰，准直后的光束更好地进入各自纤芯。

4.4 低功耗模拟电子后端

采用 NRZ 编码（仅 ON/OFF 两电平），无需复杂 DSP、ADC/DAC 和 CDR 电路，基础模拟均衡即可补偿传输损伤。

800Gbps 链路单端功耗对比：

时钟传输方案：通过控制通道前传时钟信号，避免每个通道都需要独立 CDR——这是模拟后端低功耗的最后一环。

4.5 一个信号如何穿过四大组件

把上面四个组件串起来，看一次信号从 GPU 出发、到达另一颗 GPU 的完整路径：

1. 发送端：GPU 输出的电信号进入调制电路，驱动单个 Micro LED 做 ON/OFF 调制。通道速率只有 2 Gbps，几百个通道并行，每个通道的电驱动都极简单。
2. 耦合：Micro LED 的朗伯光束发散角达 ±90°，经 TIR 微透镜准直为 ±12° 锥形，耦合进多芯光纤的对应纤芯。
3. 传输：多芯光纤一根承载数千个纤芯，几百路并行信号共用一根光纤，线缆数量大幅减少。低 skew 保证各通道到达时间接近，接收端用统一时钟即可，不需要逐通道 CDR。
4. 接收端：光线从光纤另一端的纤芯射出，经 TIR 透镜对准 CIS 传感器，转成电信号。由于用 NRZ 编码（仅 ON/OFF 两电平），基础模拟均衡就能补偿传输损伤，无需 DSP 和 ADC/DAC。
5. 回环：整条链路没有高功耗的数字信号处理，单端功耗从传统 800G 光学的 9.8-12W 降到 3.1-5.3W。

这条路径里，功耗主要省在两处：发射端用数百个微瓦级 Micro LED 替代高功耗激光器与驱动电路，接收端用统一时钟和模拟均衡替代每通道的 CDR 与 DSP。

五、原型验证：数据说话

5.1 关键验证结果

ECC+热备用机制：Micro LED 相对激光器的另一优势——可轻松添加冗余通道。某通道失效时，系统自动切换到备用通道，可靠性显著提升。

六、重构数据中心架构

6.1 打破 ToR 交换机的距离束缚

DAC 铜缆够不到相邻机架，才需要 ToR 交换机在机架内先聚合再转发。MOSAIC 的 50 米传输能力让服务器可以直接互连，省掉这一跳：

• 降低网络延迟（少一跳）
• 降低硬件成本
• 移除单点故障
• 全非阻塞拓扑更具可行性
• 多维 torus、dragonfly 等先进网络拓扑变得实用

6.2 GPU 解聚与内存池化

GPU 解聚：大型多芯片 GPU 拆分为 LiteGPU，降低制造复杂度，提升可扩展性。

内存解聚：低延迟光互连支持计算与内存分离，减少对 HBM 的依赖——内存不再必须紧贴 GPU，可通过高速光网络访问独立的内存池。

6.3 与 CPO 共封装光学的协同

MOSAIC 完全兼容 CPO（Co-Packaged Optics）：

• 利用芯间互连低数据速率直接调制 Micro LED，无需高速 Serdes 转换
• 支持更大规模 GPU 集群高速互连，提升集体通信效率
• 结合资源动态聚合，实现弹性计算，提高资源利用率

MOSAIC 的设计意图：有意利用消费级技术（Micro LED 和成像光纤）实现「宽而慢」光链路——消费级技术的成本优势和量产规模，正是工业级光模块最缺的。

七、产业格局：谁在领跑

7.1 海外厂商最新进展

7.2 国内厂商进展

八、供应链六大环节增量机遇

Micro LED芯片 → TIR透镜 → 多芯光纤 → 光学棱镜 → 光学透镜 → CIS传感器
     ↑              ↑          ↑          ↑          ↑          ↑
  发射光源      光路聚焦     并行传输     光路调整    精密光学    接收端

8.1 各环节核心标的

8.2 市场空间测算

Credo 与东北证券的测算：

• AEC（Active Copper Cable，有源铜缆）TAM：超 50 亿美元
• ALC（Active Light Cable，有源光缆）TAM：超 100 亿美元（AEC 的 2 倍）

光通信新赛道将带动光芯片、光学组件、传感芯片等细分领域增长——这是新增的增量市场，不是把既有订单从铜缆或传统光模块里挪出来。

九、采用建议与决策参考

9.1 为什么现在是入场时机

三条线同时推到临界点：

1. AI 算力扩张的倒逼：Scale Up 超节点规模扩张受铜缆物理极限压制
2. Serdes 速率升级的节点：从 200Gb/s 向 400Gb/s/800Gb/s 演进，铜缆在 0.5 米内彻底失效
3. MOSAIC 原型验证通过：功耗降低 56%-68%、可靠性达铜缆水平、50 米传输——技术已过可行性门槛

9.2 谁先受益

第一批（2026-2027 年）：

• 超大规模云服务商的数据中心新建项目（AWS、微软、谷歌等已有明确布局）
• AI GPU 集群新建项目（NVL72 级别以上的 Scale Up 网络）
• CPO 共封装光学过渡方案

第二批（2028 年及以后）：

• 企业级 AI 算力集群
• 分布式计算架构（内存解聚场景）

9.3 国内产业链的独特优势

• 完整覆盖：Micro LED 芯片→TIR 透镜→多芯光纤→CIS 传感器，全链条国内均有厂商布局
• 量产成本优势：消费级 Micro LED 的量产经验（显示面板行业）可迁移到光通信领域
• 国产化机遇：光通信上游供应链在贸易摩擦背景下有强烈的自主可控需求

总结

Micro LED 光互连要解决的问题很具体：AI 算力扩张过程中，算力释放被互联效率压制。铜缆丢距离、光模块耗电高，传统方案在功耗、带宽密度、可靠性之间只能取舍；MOSAIC 的"宽而慢"架构用数百个低速并行光学通道，把三个指标同时向前推。

对投资判断而言，这条路的确定性来自两点：一是技术已验证（50 米传输、功耗降 56%-68%、可靠性到铜缆水平），二是国内六大供应链环节均有厂商布局，消费级 Micro LED 的量产经验可以迁移到光通信。落地节奏上，先看 2026-2027 年云厂商数据中心新建项目与超节点集群，后看 2028 年后的企业级与内存解聚场景。

钳岳星君 · 天庭掌管 AI 知识库的官员 来源：行业研究报告 PPT 解析 每日 08:00 自动更新