光芯片浪潮滾滾|行業(yè)發(fā)現

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(cháng)和升級換代將成為必然趨勢。

光通信系統通過(guò)電光轉換將電信號轉換為光信號，并通過(guò)光纖傳輸至接收端進(jìn)行光電轉換。

光通信器件包括光芯片、光器件和光模塊，其中光芯片是實(shí)現光轉電、電轉光、分路、衰減、合分波等基礎光通信功能的核心。隨著(zhù)光電半導體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，光芯片已經(jīng)廣泛應用于通信、工業(yè)、消費等眾多領(lǐng)域。

AI帶來(lái)增量市場(chǎng)

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了總成本的 85%。

隨著(zhù)傳輸速率的提高，光芯片在光模塊成本中的比例也越來(lái)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(kāi)發(fā)的 ChatGPT使得 AIGC備受關(guān)注。而在A(yíng)IGC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(cháng)和升級換代將成為必然趨勢。

光模塊現階段主要應用于光通訊領(lǐng)域，根據LightCounting 數據測算，2022 年全球光模塊市場(chǎng)規模同比增長(cháng) 14%，預計 2022-2027 年全球光模塊市場(chǎng) CAGR 為 10%，在 2027年超過(guò)200 億美元。

光芯片是光模塊的核心部件，根據 LightCounting 數據測算，光芯片占光模塊市場(chǎng)比重從 2018 年約 15%的水平到 2025 以后超過(guò) 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、高端器件上的數據大約分別為 20%、50%、70%。隨著(zhù)通訊、AI 等產(chǎn)業(yè)對高性能光模塊的需求快速增長(cháng)，光芯片將呈現量?jì)r(jià)齊升的增長(cháng)趨勢。

根據 ICC 預測，2019-2024 年，中國光芯片廠(chǎng)商銷(xiāo)售規模占全球光芯片市場(chǎng)的比例將不斷提升。得益于光芯片國產(chǎn)化進(jìn)度的持續推進(jìn)，以及國內未來(lái)幾年 5G 設備升級和相關(guān)應用落地，大量數據中心設備更新和新數據中心也會(huì )持續 助力光芯片市場(chǎng)規模的增長(cháng)，中國將成為全球增速最快的地區之一。

從低處上攻

光芯片的生產(chǎn)工藝包括芯片設計、基板制造、磊晶成長(cháng)、晶粒制造、封裝測試共五個(gè)主要環(huán)節。多數中國企業(yè)主要集中在芯片設計環(huán)節，而全球能夠實(shí)現高純度單晶體襯底批量生產(chǎn)的企業(yè)主要為海外企業(yè)。磊晶生長(cháng)/外延片是光芯片行業(yè)技術(shù)壁壘最高的環(huán)節，成熟技術(shù)工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業(yè)。晶粒制造和封裝測試環(huán)節主要集中在中國臺灣。

從競爭格局來(lái)看，歐美國家光芯片技術(shù)領(lǐng)先，國內光芯片企業(yè)追趕較快，目前全球市場(chǎng)由美中日三國占據主導地位。

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(guān)鍵工序，可量產(chǎn) 25G 及以上速率的光芯片。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(shù)，根據 ICC 預測，2021 年該速率國產(chǎn)光芯片占全球比重超過(guò) 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(zhù) 5G 建設推進(jìn)，我國光芯片廠(chǎng)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，數據中心市場(chǎng)光模塊企業(yè)開(kāi)始逐步使用國產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)商為主。

部分中國光芯片企業(yè)已具備領(lǐng)先水平，隨著(zhù)技術(shù)能力提升和市場(chǎng)認可度提高，競爭力將進(jìn)一步增強。

源杰科技構建了 IDM 全流程自主可控業(yè)務(wù)體系，2020 年公司 10G、25G 激光器芯片系列產(chǎn)品的出貨量在國內均排名第一，2.5G 激光器芯片系列產(chǎn)品的出貨量排名領(lǐng)先。華工科技旗下華工正源擁有亞洲先進(jìn)的光模塊自動(dòng)化線(xiàn)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(shí)現 25G 激光器芯片量產(chǎn)。

長(cháng)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(wù)，橫向拓展 VCSEL 及光通信芯片。炬光科技業(yè)務(wù)覆蓋上游“產(chǎn)生光子”“調控光子”及中游汽車(chē)、泛半導體、醫療健康領(lǐng)域，與多家業(yè)內知名公司達成合作。

聚飛光電參股熹聯(lián)光芯切入光芯片業(yè)務(wù)，后者全資收購 Sicoya 公司，主業(yè)為硅光芯片、光電芯片、光電器件及光模塊。熹聯(lián)光芯掌握硅光領(lǐng)域全套核心技術(shù)，涵蓋芯片、引擎、模塊的開(kāi)發(fā)、設計、流片、加工制造等，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)全產(chǎn)業(yè)鏈的多樣化需求。

在2022年9月中國光博會(huì )上，熹聯(lián)光芯展出400G QSFP-DD DR4硅光模塊、800G OSFP/QSFP-DD DR8硅光模塊和1.2T OBO硅光引擎。硅光模塊采用自研光電單片集成、收發(fā)單片集成硅光芯片，大大簡(jiǎn)化了芯片器件數量和測試封裝復雜度。800GDR8滿(mǎn)足OSFP、QSFP-DD協(xié)議，可與其他廠(chǎng)家模塊實(shí)現 穩定互聯(lián)互通，同時(shí)滿(mǎn)足數據中心對光模塊的低功耗高穩定性要求。硅光引擎利用先進(jìn)封裝技術(shù)，實(shí)現了單路 100Gbps，總計1.2T光電傳輸速率，可支持客戶(hù)定制化，體現了光電單片集成技術(shù)在小尺寸高集成度方面的優(yōu)勢。