1 光芯片——AI浪潮下算力基座

光芯片基本概念

光芯片系實現光電信號轉換的基礎元件，其性能直接決定了光通信系統 的傳輸效率。光通信是以光信號為信息載體，以光纖作為傳輸介質，通 過電光轉換，以光信號進行傳輸信息的系統。光通信系統傳輸信號過程 中，發射端通過激光器芯片進行電光轉換，將電信號轉換為光信號，經 過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測器芯片進行光電轉換，將光信號 轉換為電信號。光纖接入、4G/5G移動通信網絡和數據中心等網絡系統 里，光芯片都是決定信息傳輸速度和網絡可靠性的關鍵。 從光通信產業鏈來看，光芯片處于光通信的上游，光芯片可以與電芯片、 PCB、結構件、套管進一步組裝加工成光電子器件，再集成到光通信設 備的收發模塊實現廣泛應用，光通信下游的主要應用領域為電信運營商 以及云計算數據廠商等。

光芯片按功能分類：分為激光器芯片和探測器芯片，其中激光器芯片主要用于發射信號，將電信號轉化為光信號，探測器芯片主要用 于接收信號，將光信號轉化為電信號。激光器芯片，按出光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射芯片，面發射芯片包括 VCSEL 芯片， 邊發射芯片包括FP、DFB 和 EML 芯片；探測器芯片，主要有PIN和APD兩類。

光芯片技術原理

激光器芯片：電轉光。原理是以電激勵源方式，以半導體材料為增益介質，將注入電流的電能激發，通過光學諧振放大選模，從而輸出激光， 實現電光轉換。增益介質與襯底主要為摻雜III-V族化合物的半導體材料，如 GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）、Si（硅基）等。 按照諧振腔制造工藝差異，激光器光芯片可分為邊發射激光器芯片（EEL）與面發射激光器芯片（VCSEL）兩類。EEL在芯片兩側鍍光學膜形成 諧振腔，光子經諧振腔選模放大后，將沿平行于襯底表面的方向形成激光；VCSEL在芯片上下兩面鍍光學膜形成諧振腔，由于諧振腔與襯底垂 直，光子經選模放大后將垂直于芯片表面形成激光。

EEL又細分為FP、DFB和EML。FP、DFB為獨立器件，通過控制電流的有無來調制信息輸出激光，被稱為直接調制激光器芯片(DML)。FP激光 器誕生較早，主要用于低速率短距離傳輸；DFB在FP激光器的基礎上采用光柵濾光器件實現單縱模輸出，主要用于高速中長距離傳輸。DML通 過調制注入電流來實現信號調制，注入電流的大小會改變激光器有源區的折射率，造成波長漂移從而產生色散，限制了傳輸距離；同時DML帶 寬有限，調制電流大時激光器容易飽和，難以實現較高的消光比。EML緩解了色散問題，由EAM電吸收調制器與DFB激光器集成，信號傳輸質 量高，易實現高速率長距離的傳輸。

光芯片材料對比

光芯片的原材料主要為半導體材料，半導體材料主要有三類，包括：單元素半導體材料、III-V 族化合物半導體材料、寬禁帶半導體。 通常采用三五族化合物磷化銦(InP)和砷化鎵(GaAs)作為芯片的襯底材料，相關材料具有高頻、高低溫性能好、噪聲小、抗輻射能力強 等優點，符合高頻通信的特點，因而在光通信芯片領域得到重要應用。其中，磷化銦(InP)襯底用于制作 FP、DFB、EML邊發射激光 器芯片和PIN、APD探測器芯片，主要應用于電信、數據中心等中長距離傳輸；砷化鎵(GaAs)襯底用于制作VCSEL面發射激光器芯片， 主要應用于數據中心短距離傳輸、3D感測等領域。

光芯片生產流程

相較于Fabless模式，IDM模式是光芯片行業主流方向。邏輯芯片新晉廠商多采用 Fabless 模式，以此減少資本開支。IDM模式是解決高端光芯 片技術及量產瓶頸的最佳生產模式，能夠縮短產品開發周期，實現光芯片制造的自主可控，快速響應客戶并高效提供解決方案，迅速應對動態市 場需求。通過IDM模式，公司能夠掌握從設計轉化到生產制造的縱向生產鏈各環節，從而有效控制生產良率、周期交付、產品迭代與風險管控等 多個方面。光芯片的生產工序依序為 MOCVD外延生長、光柵工藝、光波導制作、金屬化工藝、端面鍍膜、自動化芯片測試、芯片高頻測試、可 靠性測試驗證等，其制備流程同樣包含了外延、光刻、刻蝕、芯片封測等環節。

襯底價值量最高（原材料成本1/3以上），主要指InP/GaAs等材料經提純、拉晶、切割、拋光、研磨制成單晶體襯底即基板，這是光芯片規模制 造的第一個重要環節。基板制造的技術關鍵是提純，當前能實現高純度單晶體襯底批量生產的全球僅有幾家企業，均為海外企業。外延技術壁壘 最高，生產企業用基板和有機金屬氣體在MOCVD/MBE設備里長晶，制成外延片。外延片是決定光芯片性能的關鍵一環，生成條件較為嚴苛， 因此是光芯片行業技術壁全最高環節。成熟技術工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業，國內企業量產能力相對有限。

未來技術方向——硅光技術

傳統光模塊：可調制、接收光信號，包含光發射組件、光接受組件、光芯片等器件，在磷化銦基底上利用封裝技術進行集成。 硅光光模塊：采用硅光子技術的光模塊。硅光技術是在硅和硅基襯底材料（如Si, SiGe, SOI等）上，利用CMOS工藝進行光器件開發 和集成的新一代技術，其核心理念用激光束代替電子信號進行數據傳輸。逐漸從光子集成向光電集成發展，目前通信領域主要是光子 集成的硅光模塊。 硅光模塊最大特點高度集成。硅光芯片通過硅晶圓技術，在硅基上制備調制器，接收器等器件，從而實現調制器、接收器、無源光學 器件的高度集成。

2 國產替代空間廣闊，下游應用多點開花

政策推動

近年來相關政策頻出，國產替代迎來重要發展機遇。2017年《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022 年）》中明確 2022 年 25G及以上速率 DFB 激光器芯片國產化率超過 60%，提高核心光電子芯片國產化；2021年1月《基礎電子元器件產業發展 行動計劃(2021-2023年）中提到重點發展高速光通信芯片；2021年11月《“十四五”信息通信行業發展規劃》中提及到 2025 年， 信息通信行業整體規模進一步壯大目標，光芯片作為通信底層基座，有望持續受益。

市場規模

全球市場規模：根據LightCounting數據，全球光芯片市場規模將從2022年的27億美元增長至2027年的56億美元，CAGR為15.7%。 中國市場規模：中國光芯片市場2022年市場規模為7.8億美元，預計2025年增長到11.2億美元，CAGR為12.8%。國內光芯片市場中， 2.5G/10G光芯片市場國產化程度較高， 據ICC數據，2021年2.5G國產光芯片占全球比重超過90%、10G國產光芯片占全球比重約 60%；2021年25G光芯片的國產化率約20%，25G以上光芯片的國產化率約5%。

競爭格局

我國光芯片企業已基本掌握 10G 及以下速率光芯片的核心技術。2.5G光芯片主要應用于光纖接入市場，產品技術成熟，國產化程度高，國外光 芯片廠商由于成本競爭等因素已基本退出相關市場。10G 光芯片在光纖接入市場、移動通信網絡市場和數據中心市場均有應用。其中，10G 1270nm DFB 激光器芯片主要用于 10G-PON 數據上傳光模塊，10G 1310 光芯片主要應用于4G移動通信網絡，國內互聯網公司目前主要使用 40G/100G 光模塊并開始向更高速率模塊過渡，其中 40G 光模塊使用4顆10G DFB 激光器芯片的方案。

2.5G 及以下光芯片市場中，國內光芯片企業占據主要市場份額。2.5G 及以下光芯片市場中，國內光芯片企業已經占據主要市場份額，其中武 漢敏芯和中科光芯在全球2.5G及其以下的FP/DFB激光器芯片市場份額均為17%，并列榜首。同時，我國光芯片企業已基本掌握 10G 光芯片的 核心技術，但部分型號產品仍存在較高技術門檻，依賴進口。根據 ICC 統計，2021 年全球 10G DFB 激光器芯片市場中，源杰科技發貨量占比 為 20%，位居第一，已超過住友電工、三菱電機等海外企業。

應用場景

受益于信息應用流量需求的增長和光通信技術的升級，光模塊作為光通信產業鏈最為重要的器件保持持續增長。同時近日AI引領算力 爆發，光模塊作為AI背景下最直接受益、確定性最高品種，光芯片作為光模塊核心元件有望持續受益。 隨著信息技術快速發展，全球數據量需求持續增長。根據Omdia的統計，2017年至2020年，全球固定網絡和移動網絡數據量從92萬 PB增長至217萬PB，CAGR為33.1%，預計2024年將增長至575萬PB，CAGR為27.6%。同時，光電子、云計算技術等不斷成熟，將 促進更多終端應用需求出現，并對通信技術提出更高的要求。受益于信息應用流量需求的增長和光通信技術的升級，光模塊作為光通 信產業鏈最為重要的器件保持持續增長。根據LightCounting的數據，2016年至2020年，全球光模塊市場規模從58.6億美元增長到 66.7億美元，預測 2025年全球光模塊市場將達到113億美元，為2020年的1.7倍。光芯片作為光模塊核心元件有望持續受益。

3 復盤海外龍頭成長路徑

Lumentum復盤

Lumentum是一家全球領先的光通信廠商，擁有全球領先的VCSEL、EEL技術。Lumentum于2015年2月10日成立，總部位于加利福 尼亞州圣何塞，是JDSU的全資子公司。2015年，Lumentum從JDSU中分離，成為一家獨立上市公司。Lumentum主要有兩大業務板 塊，分別是光通信和激光器，光通信的產品主要面向電信、數通、消費者和工業市場，下游客戶包含Accelink, Alphabet, Amazon, Apple等一系列龍頭企業；激光器的產品主要面向鈑金加工、通用制造、生物技術、圖形和成像、遙感等市場，下游客戶包含Amada, ASM Pacific Technology, DISCO, KLA-Tencor, Lasertec等一系列龍頭企業。

II-VI復盤

II-VI是一家工程材料和光電元器件的全球領軍企業。II-VI于1971年成立，1987年在納斯達克上市，總部位于美國賓夕法尼亞州，產 品主要用于光通信、工業、航空航天和國防、消費電子、半導體資本設備、生命科學和汽車應用終端市場。2022年7月，II-VI完成對 Coherent的收購，Coherent是世界領先的微電子、生命科學、工業制造、科學和國防市場的激光解決方案和光學器件供應商之一， 收購合并后的公司更名為Coherent。合并后的公司將主要包括三個部門，分別是材料部門、網絡部門和激光部門。主要客戶包括 ASML、KLA、Nikon等。

4 國內重點公司分析

AI 浪潮下，國產替代有望加速

AI浪潮、政策扶持雙輪驅動，國產替代有望加速。 1）從下游傳導至上游。中國光模塊企業占據全球60%以上的市場份額，進入市場較早，先發優勢顯著，拿下北美訂單具有高確 定性，同時業績能見度高、落地性強。從光模塊企業自身來看，以中際旭創、新易盛為首的全球光模塊龍頭公司，客戶粘性強， 產品矩陣豐富，實現光模塊全品類覆蓋；尤其在800G光模塊持續加單中，中際旭創占據最高份額；同時在光模塊未來發展路徑上， 龍頭搶先布局LPO/CPO/硅光技術，技術積累深厚。隨著國內光模塊廠商全球份額持續提升，一體化降本增效需求不斷提高，疊 加光芯片技術不斷成熟，國內光模塊產業鏈有望進一步優化整合，光芯片國產替代流程有望提速。 2）由低速升級至高速。在低速率市場競爭中，中國廠商已經完成國產替代，考慮到成本、利潤等因素，海外廠商已退出相關市 場競爭。隨著AI算力需求呈現指數級增長，800G至1.6T產品升級迭代有望加速，50G/100G甚至200G光芯片需求提上日程。目 前國內廠商正加速50G及以上光芯片的開發節奏，未來有望實現較大突破。

國內公司成長路徑對比

國內光芯片公司通過收購資產以擴展業務領域、提高研發能力，有助于公司長期發展。仕佳光子先后收購和光同誠全部股權以及河南 杰科剩余股權，以拓展業務領域。光迅科技2012年收購生產基于PECVD技術芯片的IPX公司，建立高端芯片平臺。光庫科技收購加華 微捷以進入數據中心和云計算產業鏈領域，收購Lumentum的鈮酸鋰系列高速調制器產品線，用于豐富自身產品線。

公司管理層對比

各公司管理層均擁有雄厚的技術背景。源杰科技董事長張欣剛本科畢業于清華大學并擁有美國南加州大學材料學博士學位，其董事 楊斌畢業于北京大學微電子專業。光迅科技背靠華中科技大學，共5人獲得華中科技大學碩士或博士學歷且技術相關管理層人員均 具備正高級工程師認證。

部分公司管理層同時具備其他領域的精英。源杰科技董秘程碩通信專業碩士出身，具有多年券商研究所通信行業首席分析師任職經 驗。仕佳光子董事丁建華擁有豐富的投資管理經驗，曾就職于多家該領域相關公司。光迅科技財務總監向明也具備了高級會計師、 注冊會計師、國際內部注冊審計師等認證，財務經驗豐富。光庫科技董事長雖非技術人員處身，但具有20余年金融、投資及上市 公司運營管理經驗，董秘吳煒為法學碩士學歷，同時具備15年證券金融投資領域經驗。

國內公司產品矩陣對比

國內廠家多在低速率光芯片市場布局，具備相應技術實力和批量出貨能力。我國光芯片企業已基本掌握 2.5G 及以下速率光芯片的核 心技術，并在全球市場上占據相當份額。但在高端產品上國產化水平較低，產品落后于海外2～3代；50G及以上市場中，海外產品占 據主要份額，目前最高速率可達200G。國內尚處于小批量或驗證測試階段。

源杰科技：作為國內光芯片龍頭，目前已實現了50G EML產品的小批量出貨；100G產品研發較為順利，目前在跟客戶對標送樣中。

長光華芯：今年5月56G PAM4 EML芯片的發布，意味著公司實現在光通信領域的橫向擴展。2023年公司將加大光通信業務進展，以 10G和25G產品為主；現階段公司主要提供EML芯片，后續規劃將發展硅光平臺。

審核編輯：劉清