滿足AI算力要求能耗還低，光芯片手握AI芯片“王牌”，走向“高速路”
在算力基礎設施建設海量增長的背景下，光芯片將會迎來巨大的機會。光芯片與光模塊是算力的底座，它是一種集成光學元件的芯片，能夠在芯片上實現(xiàn)光學傳輸、調(diào)制、檢測、分析等功能。與傳統(tǒng)的光學元件相比，光芯片具有體積小、重量輕、功耗低、集成度高等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高精度、高可靠的光學信號處理和傳輸。目前，光芯片技術已經(jīng)成為光通信、光存儲、光計算等領域的核心技術。
當前我國光芯片與海外差距在逐步縮小，是未來最有可能成為國產(chǎn)替代的領域。另外，激光雷達等應用的快速落地也將有力推升光芯片的需求。
AI帶來增量市場
光芯片是光模塊成本中占比最大的部分。光模塊的成本由多種因素組成，包括光器件、電芯片、PCB 和外殼等原材料。其中，光器件的成本占比最高，達到了 73%。在光器件中，光發(fā)射器件和 光接收器件的成本占光器件成本的 80%，而激光器和探測器中的核心光芯片占據(jù)了總成本的 85%。
隨著傳輸速率的提高，光芯片在光模塊成本中的比例也越來越大，10Gbs 以下光模塊中光芯片占 比 30%，10Gbs-25Gbs 光模塊中占比 40%，而 25Gbs 以上光模塊中光芯片的占比則達到了 60%。
當前新一輪以 AI為代表的科技革命正席卷全球，OpenAI開發(fā)的 ChatGPT使得 AIGC備受關注。而在AIGC商業(yè)化應用加速落地的背景下，算力基礎設施的海量增長和升級換代將成為必然趨勢。
光模塊現(xiàn)階段主要應用于光通訊領域，根據(jù)LightCounting 數(shù)據(jù)測算，2022 年全球光模塊市場規(guī)模同比增長 14%，預計 2022-2027 年全球光模塊市場 CAGR 為 10%，在 2027年超過200 億美元。
光芯片是光模塊的核心部件，根據(jù) LightCounting 數(shù)據(jù)測算，光芯片占光模塊市場比重從 2018 年約 15%的水平到 2025 以后超過 25%的水平，呈上升趨勢。光電子器件是光模塊的重要組成部 分，光芯片的成本占比分布在低端器件、中端器件、高端器件上的數(shù)據(jù)大約分別為 20%、50%、70%。隨著通訊、AI 等產(chǎn)業(yè)對高性能光模塊的需求快速增長，光芯片將呈現(xiàn)量價齊升的增長趨勢。
根據(jù) ICC 預測，2019-2024 年，中國光芯片廠商銷售規(guī)模占全球光芯片市場的比例將不斷提升。得益于光芯片國產(chǎn)化進度的持續(xù)推進，以及國內(nèi)未來幾年 5G 設備升級和相關應用落地，大量數(shù)據(jù)中心設備更新和新數(shù)據(jù)中心也會持續(xù) 助力光芯片市場規(guī)模的增長，中國將成為全球增速最快的地區(qū)之一。
歐美技術領先，高端光芯片亟待國產(chǎn)化
光芯片是光通信產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)。光通信產(chǎn)業(yè)鏈中，組件可分為光無源組件和光有源組件。光無 源組件在系統(tǒng)中消耗一定能量，實現(xiàn)光信號的傳導、分流、阻擋、過濾等“交通”功能，主要包 括光隔離器、光分路器、光開關、光連接器、光背板等；光有源組件在系統(tǒng)中將光電信號相互轉 換，實現(xiàn)信號傳輸?shù)墓δ埽饕ü獍l(fā)射組件、光接收組件、光調(diào)制器等。光芯片加工封裝為 光發(fā)射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA），再將光收發(fā)組件、電芯片、結構件等進一步加 工成光模塊。光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產(chǎn)業(yè)鏈的核心之一。
光芯片是光模塊成本中占比最大的部分。光模塊的成本由多種因素組成，包括光器件、電芯片、 PCB 和外殼等原材料。其中，光器件的成本占比最高，達到了 73%。在光器件中，光發(fā)射器件和 光接收器件的成本占光器件成本的 80%，而激光器和探測器中的核心光芯片占據(jù)了總成本的 85%。 隨著傳輸速率的提高，光芯片在光模塊成本中的比例也越來越大，10Gbs 以下光模塊中光芯片占 比 30%，10Gbs-25Gbs 光模塊中占比 40%，而 25Gbs 以上光模塊中光芯片的占比則達到了 60%。
光芯片發(fā)展與光通信和光模塊密不可分，行業(yè)正處于加速發(fā)展階段。光芯片是光通信和光模塊的 重要組成部分，隨著光通信行業(yè)的發(fā)展和應用場景的變化，光模塊和光芯片都在加速發(fā)展。光模 塊行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，光子集成技術的產(chǎn)業(yè)體系初步形成，推動了光芯片產(chǎn)業(yè)的高速 發(fā)展。光芯片在降低光纖損耗等方面發(fā)揮了重要作用，在新興領域方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
歐美國家光芯片技術領先，國內(nèi)光芯片企業(yè)追趕較快，目前全球市場由美中日三國占據(jù)主導地位。 海外光芯片企業(yè)已形成產(chǎn)業(yè)閉環(huán)和高行業(yè)壁壘，可自主完成芯片設計、晶圓外延等關鍵工序，可 量產(chǎn) 25G 及以上速率的光芯片。部分中國光芯片企業(yè)已具備領先水平，隨著技術能力提升和市場 認可度提高，競爭力將進一步增強。源杰科技構建了 IDM 全流程自主可控業(yè)務體系，2020 年公 司 10G、25G 激光器芯片系列產(chǎn)品的出貨量在國內(nèi)均排名第一，2.5G 激光器芯片系列產(chǎn)品的出貨量排名領先。華工科技旗下華工正源擁有亞洲先進的光模塊自動化線體，具備全系列產(chǎn)品的垂直 整合以及快速批量交付能力，云嶺光電實現(xiàn) 25G 激光器芯片量產(chǎn)。長光華芯在設計、量產(chǎn)高功率 半導體激光芯片基礎上，縱向延伸覆蓋下游器件、模塊及直接半導體激光器業(yè)務，橫向拓展 VCSEL 及光通信芯片。炬光科技業(yè)務覆蓋上游“產(chǎn)生光子”“調(diào)控光子”及中游汽車、泛半導體、 醫(yī)療健康領域，與多家業(yè)內(nèi)知名公司達成合作。聚飛光電參股德國硅光技術公司 Sicoya 布局高端 半導體領域，Sicoya 主營硅光芯片、光電芯片、光電器件及光模塊。三安光電提供 VCSEL 芯片 及陣列、DFB 激光器、光電二極管等高速光學產(chǎn)品的代工業(yè)務。
各類光芯片國產(chǎn)替代率分化明顯，高端光芯片國產(chǎn)替代率仍較低。我國光芯片企業(yè)已基本掌握 2.5G 及以下速率光芯片的核心技術，根據(jù) ICC 預測，2021 年該速率國產(chǎn)光芯片占全球比重超過 90%；10G 光芯片方面，2021 年國產(chǎn)光芯片占全球比重約 60%，但不同光芯片的國產(chǎn)化情況存 在一定差異，部分 10G 光芯片產(chǎn)品性能要求較高、難度較大，如 10G VCSEL/EML 激光器芯片 等，國產(chǎn)化率不到 40%；25G 及以上光芯片方面，隨著 5G 建設推進，我國光芯片廠商在應用于 5G 基站前傳光模塊的 25G DFB 激光器芯片有所突破，數(shù)據(jù)中心市場光模塊企業(yè)開始逐步使用國 產(chǎn)廠商的 25G DFB 激光器芯片，2021 年 25G 光芯片的國產(chǎn)化率約 20%，但 25G 以上光芯片的 國產(chǎn)化率仍較低，約為 5%，目前仍以海外光芯片廠商為主。
高速率光芯片前景廣闊
目前國內(nèi)低速率光芯片市場呈現(xiàn)高度競爭的格局，已有30多家企業(yè)實現(xiàn)了10G及以下光芯片的銷售，市場價格戰(zhàn)激烈，頭部廠商有明顯規(guī)模優(yōu)勢和優(yōu)質(zhì)客戶資源優(yōu)勢，低速率芯片市場趨近飽和。在這樣的市場環(huán)境下，低速芯片價格每年下降15%-20%的趨勢，導致企業(yè)利潤空間逐漸收縮，因此中小企業(yè)或初創(chuàng)企業(yè)難以存活。
而高速率光芯片市場來看，對外依存度較高。25G及以上速率屬于高速率光芯片，目前由歐美日領先企業(yè)占主導，Oclaro、Avago、NeoPhotonics等具備50G EML芯片能力，DFB和VCSEL激光器芯片大規(guī)模商用的最高速率已達到50G，F(xiàn)inisar、AAOI、Oclaro具備50G PAM4 DML芯片的能力。國內(nèi)與海外產(chǎn)業(yè)領先水平存在一定差距。考慮到當前光芯片主要應用場景包括光纖接入、4G/5G 移動通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心等，都處于速率升級、代際更迭的關鍵窗口期，在對高速傳輸需求不斷提升背景下，未來25G以上速率光模塊所使用的光芯片占比將逐漸擴大，到2025年，整體市場空間將達43.40億美元，年均復合增長率將達到21.40%。
目前來看，國內(nèi)廠商的努力方向一個是在高速率光芯片領域借自身技術實力綁定優(yōu)質(zhì)客戶實現(xiàn)進口替代，另一個就是借助新品類的開發(fā)+下游大客戶的突破，打開遠期成長天花板。
