一、光芯片下游需求擴容，市場(chǎng)規模持續增長(cháng)
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國光芯片行業(yè)發(fā)展趨勢研究與投資前景分析報告（2024-2031年）》顯示，光芯片是實(shí)現光轉電、電轉光、分路、衰減、合分波等基礎光通信功能的芯片，是光器件和光模塊的核心。光芯片下游應用廣泛，包括光纖接入、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )、數據中心互聯(lián)以及新興的 AI和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
光芯片主要應用領(lǐng)域
| 應用領(lǐng)域 | 簡(jiǎn)介 |
| 數據中心 | 光芯片在數據中心中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，主要用于實(shí)現數據在大型數據中心內部以及數據中心間的傳輸。隨著(zhù)數據中心流量的快速增長(cháng)，對更高速率光模塊的市場(chǎng)需求不斷凸顯。當前，數據中心使用的光芯片速率以 25G、50G、100G 為多，且正向 200G/400G 光模塊過(guò)渡。光芯片在數據中心中的應用主要集中在短距離傳輸，其中 VCSEL 芯片因其體積小、成本低等特點(diǎn)，在數據中心內部傳輸中得到廣泛應用。數據中心市場(chǎng)規模及其營(yíng)收占比持續提升，預計未來(lái) 5 年將驅動(dòng)光器件行業(yè)規模擴張。全球 AI 計算、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及應用數據處理集中在數據中心進(jìn)行，使得數據流量迅速增長(cháng)，而數據中心需內部處理的數據流量遠大于需向外傳輸的數據流量，使得數據處理復雜度不斷提高。光模塊是數據中心內部互連和數據中心相互連接的核心部件，需求量大。 |
| 光纖接入 | 在光纖接入領(lǐng)域，光芯片作為發(fā)射端的激光器芯片和接收端的探測器芯片，通過(guò)光電轉換，實(shí)現信息在光纖中的高速穩定傳遞。PON 技術(shù)作為一種基于無(wú)源ODN 網(wǎng)絡(luò )的寬帶接入技術(shù)，使用廣泛。PON 網(wǎng)絡(luò )由 OLT（光線(xiàn)路終端）、ODN（光分配網(wǎng)絡(luò )）、ONU（光網(wǎng)絡(luò )單元）等部分構成，其中光芯片在 OLT 和 ONU 中發(fā)揮著(zhù)核心作用。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，PON 技術(shù)的速率等級也在不斷提升，如 10G PON、50G-PON等，以滿(mǎn)足更高的帶寬需求。根據預測數據，2022 年 10G PON 發(fā)貨量約為 2690 萬(wàn)只，預計 2027 年發(fā)貨量將達到 7300 萬(wàn)只，5 年 CAGR 為 22.07%，這將有力推動(dòng) 10G 光芯片的需求。 |
| 移動(dòng)通信 | 在移動(dòng)通信領(lǐng)域，光芯片主要應用于基站的前傳和回傳網(wǎng)絡(luò )中。前傳網(wǎng)絡(luò )連接基站的有源天線(xiàn)單元（AAU）和分布單元（DU），而回傳網(wǎng)絡(luò )則負責將數據傳輸到更遠的核心網(wǎng)絡(luò )。移動(dòng)通信領(lǐng)域光芯片的應用以 10G、25G 光芯片為主，以適應 5G基站建設對高速光芯片的需求。5G 基站的大規模部署帶動(dòng)了前傳和中回傳光模塊的需求，進(jìn)而推動(dòng)了高速光芯片的增長(cháng)。相比于 4G，5G 的傳輸速度更快、質(zhì)量更穩定、傳輸更高頻，滿(mǎn)足數據流量大幅增長(cháng)的需求，實(shí)現更多終端設備接入網(wǎng)絡(luò )并與人交互，豐富產(chǎn)品的應用場(chǎng)景。我國 5G 建設走在全球前列。2022 年末，國內 5G 基站達到 231.2 萬(wàn)個(gè)，全年新建 5G 基站 88.7 萬(wàn)個(gè)，占移動(dòng)基站總數的 21.3%，占比較上年末提升 7 個(gè)百分點(diǎn)。 |
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隨著(zhù) 5G 基站的大規模部署和數據中心的持續擴容，對高速光芯片的需求不斷上升，為光芯片市場(chǎng)帶來(lái)新的增長(cháng)點(diǎn)。2020-2023年全球光芯片市場(chǎng)規模由19.9億美元增長(cháng)至27.8億美元，預計2024年全球光芯片市場(chǎng)規模將達31.7億美元。
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2020-2023年我國光芯片市場(chǎng)規模由93.46億元增長(cháng)至137.62億元，預計2024年我國光芯片市場(chǎng)規模將達151.56億元。
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二、高速光芯片存在技術(shù)、客戶(hù)壁壘，行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻高
高速光芯片存在技術(shù)壁壘、客戶(hù)壁壘，行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻高。
技術(shù)壁壘：高速光芯片的生產(chǎn)包含280 多道工序，是光通信行業(yè)中技術(shù)壁壘最高的環(huán)節。尤其外延環(huán)節對設計及生產(chǎn)工藝的要求極高，是當前國內廠(chǎng)商與海外頭部廠(chǎng)商的主要差距所在。海外頭部廠(chǎng)商先發(fā)優(yōu)勢尤為明顯，早期進(jìn)入市場(chǎng)的企業(yè)能夠通過(guò)持續的研發(fā)投入和市場(chǎng)實(shí)踐，逐步建立起技術(shù)壁壘，形成強大的競爭優(yōu)勢。
客戶(hù)壁壘：由于光芯片的性能直接影響光模塊的穩定性和整體性能，光模塊廠(chǎng)商會(huì )傾向于選擇具有穩定供貨能力和高質(zhì)量產(chǎn)品的光芯片供應商，以確保最終產(chǎn)品的可靠性。
高速光芯片行業(yè)壁壘
| 壁壘 | 簡(jiǎn)介 |
| 技術(shù)壁壘 | 高速光芯片是光通信技術(shù)發(fā)展的重要瓶頸，外延環(huán)節是核心。高速光芯片，特別是25G 及以上的高速率光芯片，是行業(yè)中技術(shù)壁壘最高的環(huán)節。高速光芯片的生產(chǎn)包含280 多道工序，涉及外延生長(cháng)、光刻、刻蝕等精密加工，比中低速率激光器多出 50~70道，尤其外延環(huán)節對設計及生產(chǎn)工藝的要求極高，是當前國內廠(chǎng)商與海外頭部廠(chǎng)商的主要差距所在。外延環(huán)節需要精確控制材料厚度、比例和電學(xué)摻雜，每層量子阱的厚度精度誤差需小于 0.2nm。高速光芯片的研發(fā)和生產(chǎn)需要長(cháng)期的技術(shù)積累和經(jīng)驗沉淀，新進(jìn)入者難以快速突破。高速光芯片良率的爬坡過(guò)程通常緩慢，需要大量的試驗和優(yōu)化。在高速光芯片領(lǐng)域，先發(fā)優(yōu)勢尤為明顯，早期進(jìn)入市場(chǎng)的企業(yè)能夠通過(guò)持續的研發(fā)投入和市場(chǎng)實(shí)踐，逐步建立起技術(shù)壁壘，形成強大的競爭優(yōu)勢。海外領(lǐng)先光芯片公司如 II-VI、Lumentum 等，它們不僅在高端通信激光器領(lǐng)域已經(jīng)廣泛布局，而且在可調諧激光器、超窄線(xiàn)寬激光器、大功率激光器等高端產(chǎn)品領(lǐng)域也已有深厚積淀。這些企業(yè)通過(guò)長(cháng)期的技術(shù)積累，能夠量產(chǎn) 25G 及以上速率的光芯片，而國內企業(yè)在這些高端產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)上仍有較大的差距，25G 以上速率的激光器芯片大部分廠(chǎng)商仍在研發(fā)或小規模試產(chǎn)階段。高速光芯片的研發(fā)和生產(chǎn)不僅是技術(shù)的競爭，更是時(shí)間的賽跑。 |
| 客戶(hù)壁壘 | 服務(wù)器穩定性是首要選擇，供應商替換難度大。在選擇光模塊時(shí)，服務(wù)器廠(chǎng)商通常優(yōu)先選擇已經(jīng)建立長(cháng)期合作關(guān)系、具備良好穩定性記錄的光模塊供應商，這種謹慎的選擇有助于確保數據傳輸的可靠性和服務(wù)器的持續穩定運行。當現有供應商無(wú)法滿(mǎn)足需求、出現供不應求的情況時(shí)，便成為新廠(chǎng)商切入市場(chǎng)的最佳時(shí)機。同樣，光模塊廠(chǎng)商在選擇光芯片供應商時(shí)也遵循類(lèi)似的邏輯。由于光芯片的性能直接影響光模塊的穩定性和整體性能，光模塊廠(chǎng)商會(huì )傾向于選擇具有穩定供貨能力和高質(zhì)量產(chǎn)品的光芯片供應商，以確保最終產(chǎn)品的可靠性。然而當現有光芯片供應商無(wú)法滿(mǎn)足需求或供貨不穩定時(shí)，新供應商若能在供不應求的時(shí)機進(jìn)入并提供高質(zhì)量和穩定的光芯片產(chǎn)品，就有機會(huì )成為新的合作伙伴。 |
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三、全球高速光芯片市場(chǎng)主要由國外廠(chǎng)商主導，政策出臺下國產(chǎn)將迎發(fā)展機遇
目前全球高速光芯片市場(chǎng)主要由國外廠(chǎng)商如 II-VI、Lumentum 等主導。根據預測，2021 年，國產(chǎn) 2.5G 速率的光芯片在全球市場(chǎng)的份額超過(guò)了 90%。在 10G 光芯片領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片的全球市場(chǎng)份額約為60%，然而對于一些性能要求更高的光芯片，國產(chǎn)化的比例還不到 40%。對于 25G 及以上速率的光芯片，盡管中國制造商在用于 5G 基站前傳光模塊的 25G DFB 激光器芯片上取得了進(jìn)展，25G 光芯片的國產(chǎn)化比例大約為 25%，但更高速率的光芯片國產(chǎn)化比例仍然只有 5%左右。
我國高速光芯片國產(chǎn)化程度
| 芯片 | 國產(chǎn)化程度 |
| 2.5G 光芯片 | 我國已經(jīng)基本實(shí)現國產(chǎn)化，本土企業(yè)占據主要市場(chǎng)份額。2.5G 芯片主要用于光纖接入市場(chǎng)，部分可靠性要求高、生產(chǎn)難度較高的產(chǎn)品如 PON（GPON）領(lǐng)域用作數據下傳光模塊使用的 2.5G 1490nm DFB 激光芯片，國內可批產(chǎn)供貨的玩家有限。 |
| 10G 光芯片 | 本土玩家基本掌握核心技術(shù)，部分型號產(chǎn)品仍存在較高壁壘。在光纖接入市場(chǎng)，10 GPON 上傳芯片仍然實(shí)現較高水平國產(chǎn)替代，用作數據下傳的 10G 1577nm EML激光芯片主要為博通、住友電工、三菱電機等少數頭部廠(chǎng)商供貨，本土廠(chǎng)商中，華為、海信寬帶可實(shí)現部分自產(chǎn)自用。移動(dòng)通信市場(chǎng)中，由于 5G 基站在 2021 年使用升級的 10G 芯片方案，技術(shù)成熟，格局穩定，玩家主要為三菱電機、朗美通、海信寬帶、光迅科技等。數據中心市場(chǎng)，10G 芯片主要用于 40G 光模塊，依然為非常成熟的方案，本土源杰科技、武漢敏芯等均有出貨能力但光模塊廠(chǎng)商在綜合考慮成本、可靠性等因素情況下，國產(chǎn)替代仍需時(shí)間。 |
| 25G 及以上芯片 | 25G 及以上芯片市場(chǎng)空間廣闊，但該領(lǐng)域國產(chǎn)化率較低。其中移動(dòng)網(wǎng)市場(chǎng)中，5G前傳用到的 25G DFB 芯片已經(jīng)為源杰科技所突破，而中回傳用到的 25G EML 芯片，仍主要為海外廠(chǎng)商供應。數據中心市場(chǎng)中，海外公司前期主要使用 100G 光模塊，2020 年開(kāi)始向 200/400G 產(chǎn)品升級，本土以 40/100G 為主，2022 年開(kāi)始向200/400G 升級，目前 100G 光模塊仍占數據中心市場(chǎng)的 60%，主要采用 4 顆 25GDFB 激光器或 1 顆 50G EML 通過(guò) PAM4 技術(shù)調制為 100G。目前 25G DFB 產(chǎn)品以國外廠(chǎng)商供貨為主，本土廠(chǎng)商亦有突破，而數據中心用 EML 產(chǎn)品工藝復雜，仍以海外廠(chǎng)商為主。 |
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近年來(lái)，在政策利好下，國產(chǎn)光模塊玩家積極突破取得了優(yōu)異成績(jì)，為光芯片的國產(chǎn)替代打下良好基礎。
我國光模塊廠(chǎng)商在技術(shù)、成本、市場(chǎng)、運營(yíng)等方面優(yōu)勢凸顯，在全球的份額迅速提升。2021 年我國廠(chǎng)商中已有中際旭創(chuàng )、華為、海信寬帶、光迅科技、華工正源和新易盛進(jìn)入全球前十大光模塊廠(chǎng)商。
光通信產(chǎn)業(yè)鏈逐步向國內轉移，同時(shí)中美貿易摩擦及芯片國產(chǎn)化趨勢，將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上游國內光芯片的市場(chǎng)需求，國內光芯片廠(chǎng)商迎來(lái)發(fā)展機遇，預計中國光芯片占全球光芯片市場(chǎng)比例將不斷提升。
我國光芯片行業(yè)相關(guān)利好政策
| 時(shí)間 | 政策 | 主要內容 |
| 2023.08 | 《電子信息制造業(yè)2023 - 2024年穩增長(cháng)行動(dòng)方案》 | 梳理基礎電子元器件、半導體器件、光電子器件、電子材料、新型顯示、集成電路、智慧家庭、虛擬現實(shí)等標準體系，加快重點(diǎn)標準制定和已發(fā)布標準落地實(shí)施。 |
| 2023.08 | 《新產(chǎn)業(yè)標準化領(lǐng)航工程實(shí)施方案<2023- 2035年)》 | 研制集成電路材料、專(zhuān)用設備與零部件等標準，制修訂設計工具、接口規范、封裝測試等標準，研制新型存儲、處理器等高端芯片標準，開(kāi)展人工智能芯片、車(chē)用芯片、消費電子用芯片等應用標準研究。研制智能傳感器、功率半導體器件、新型顯示器件等基礎器件標準，制修訂電連接器、纖維光學(xué)、徵波器件以及印制電路等領(lǐng)域標準。 |
| 2023.06 | 《制造業(yè)可靠性提升實(shí)施意見(jiàn)》 | 電子行業(yè)重點(diǎn)提升電子整機裝備用SoC/MCU/CPU等高端通用芯片，氯化鎵/碳化硅等寬禁帶半導體功率器件、精密光學(xué)元器件、光通信器件、新型數感元件及傳感器、高適應性傳感器模組、北斗芯片與器件、片式阻容感元件、高速連接器、高端射頻器件、高端機電元器件、LED芯片等電子元器件的可靠性水平。 |
| 2022.01 | 《“十四五”數字經(jīng)濟發(fā)展規劃》 | 瞄準傳感器、量子信息、網(wǎng)絡(luò )通信、集成電路、關(guān)鍵軟件、大數據、人工智能、區塊鏈、新材科等戰略性前瞻性領(lǐng)域，發(fā)揮我國社會(huì )主義制度優(yōu)勢、新型舉國體制優(yōu)勢、超大規模市場(chǎng)優(yōu)勢，提高數字技術(shù)基礎研發(fā)能力。 |
| 2021.11 | 《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規劃》 | 開(kāi)展人工智能、區塊鏈、數字孿生等前沿關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，突破核心電子元器件、基礎軟件等核心技術(shù)瓶頸，加快數字產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 |
| 2021.11 | 《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規劃》 | 加大光通信、毫米波、5G增強、6G、量子通信等網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研發(fā)支持力度，跟蹤開(kāi)放無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)研究，加速通信網(wǎng)絡(luò )芯片、器件和設施的產(chǎn)業(yè)化和應用推廣。 |
| 2021.03 | 《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò )協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計劃(2021-2023年)》 | 著(zhù)力提升核心芯片，網(wǎng)絡(luò )設備、模塊、器件等的研發(fā)制造水平，推進(jìn)實(shí)現我國通信產(chǎn)業(yè)鏈自立自強，培育壯大產(chǎn)業(yè)生態(tài)。 |
| 2021.01 | 《基礎電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計劃(2021-2023年)》 | 重點(diǎn)發(fā)展高速光通信芯片、高速高精度光探測器、高速直調和外調制激光器、高速調制器芯片、高功率激光器、光傳輸用數字信號處理器芯片、高速驅動(dòng)器和跨阻抗放大器芯片。 |
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