光芯片行业分析：驱动因素、市场前景、产业链及相关企业
当前AI正快速发展，有望成为数十年来最有前途的技术领域之一，并将驱动算力、网络设备和光模块等领域的极大发展。作为AI算力的核心器件，光模块及其配套芯片持续迭代：一方面，CPO、LPO等先进封装技术在降低光模块成本及功耗上作用显著，中际旭创、新易盛等光模块厂商率先布局；另一方面，EML、硅光和薄膜铌酸锂等光芯片不断升级来适配高速率场景应用，源杰科技、长光华芯和光库科技等厂商不断突破芯片技术瓶颈。
AI芯片的不断升级，又进一步促进了LLM发展及相关算力需求的增长，算力产业链有望持续获得高景气度发展，各环节需求有望形成共鸣共振。其中光芯片作为光模块上游及产品核心元件，随着高速率光模块放量在即，自研高速率光芯片有望成为关注重点，以源杰科技为代表的国产替代不断加速推进，整体市场前景广阔。
01
行业概况
1、基本概念
光芯片系实现光电信号转换的基础元件，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号进行传输信息的系统。光通信系统传输信号过程中，发射端通过激光器芯片进行电光转换，将电信号转换为光信号，经过光纤传输至接收端，接收端通过探测器芯片进行光电转换，将光信号转换为电信号。光纤接入、4G/5G移动通信网络和数据中心等网络系统里，光芯片都是决定信息传输速度和网络可靠性的关键。
光芯片按功能分类：分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB和EML芯片；探测器芯片，主要有PIN和APD两类。
2、技术原理
激光器芯片：电转光。原理是以电激励源方式，以半导体材料为增益介质，将注入电流的电能激发，通过光学谐振放大选模，从而输出激光，实现电光转换。增益介质与衬底主要为掺杂III-V族化合物的半导体材料，如GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、Si（硅基）等。
按谐振腔制造工艺差异，激光器光芯片可分为边发射激光器芯片（EEL）与面发射激光器芯片（VCSEL）两类。EEL在芯片两侧镀光学膜形成谐振腔，光子经谐振腔选模放大后，将沿平行于衬底表面的方向形成激光；VCSEL在芯片上下两面镀光学膜形成谐振腔，由于谐振腔与衬底垂直，光子经选模放大后将垂直于芯片表面形成激光。
EEL又细分为FP、DFB和EML。FP、DFB为独立器件，通过控制电流的有无来调制信息输出激光，被称为直接调制激光器芯片（DML）。FP激光器诞生较早，主要用于低速率短距离传输；DFB在FP激光器的基础上采用光栅滤光器件实现单纵模输出，主要用于高速中长距离传输。DML通过调制注入电流来实现信号调制，注入电流的大小会改变激光器有源区的折射率，造成波长漂移从而产生色散，限制了传输距离；同时DML带宽有限，调制电流大时激光器容易饱和，难以实现较高的消光比。EML缓解了色散问题，由EAM电吸收调制器与DFB激光器集成，信号传输质量高，易实现高速率长距离的传输。
探测器芯片：光转电。原理是通过光电效应识别光信号，转化为电信号。光电效应是指在光照下，材料中的电子吸收光子的能量，若吸收的能量超过材料的逸出功，电子将逸出材料形成光电子，同时产生一个带正电的空穴。探测器芯片又主要分为PIN和APD。PIN主要工作原理分为两个步骤：光子照射在半导体材料上产生光生载流子、光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。APD光电二极管与PIN的区别在于在基础结构中增加了雪崩区，使得光生载流子在雪崩区内的碰撞电离效应激发出新的电子——空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，从而获得光生电流的雪崩倍增。因此APD具有功率大、效率高的优点，缺点在于噪声较大。
3、制备难点光芯片工艺流程复杂，外延生长为技术壁垒最高的环节。以激光器芯片为例，光芯片的工艺流程可分为芯片设计、外延生长、晶圆制造、芯片加工与测试。区别于集成电路IC芯片，光芯片在芯片设计环节的附加值较低，核心技术集中于生产制造环节。在制造工艺上，与电芯片侧重于光刻工艺追求先进制程不同，光芯片性能的提升不完全依靠尺寸的减小，更注重外延结构设计与生长。
衬底：InP/GaAs材料经提纯、拉晶、切割、抛光、研磨制成单晶体衬底，用于外延生长。我国在InP和GaAs衬底方面已基本具备进口替代的能力，根据Yole，国产厂商北京通美在2020年已成为全球InP衬底第二大供应商，市占率高达35%，仅次于住友电工；在2019年全球GaAs衬底市场中占据13%的市场份额，位居行业第三。
外延生长：外延生长是指在衬底片表面生长单晶多层二维状结构，最终生长成PN结结构的过程。目前常用的外延生长工艺包括有机金属化学气相沉积MOCVD、分子束外延MBE。外延层的厚度、比例、缺陷控制等参数直接决定了光芯片的发射波长、效率、可靠性、老化等性能指标和良率，因此外延生长是光芯片制备过程中最重要的一环。外延工艺的核心壁垒在于：对材料的理解：外延片采用多层堆叠结构，各层材料的生长需受限于外延层和衬底材料晶格常数、热膨胀系数等匹配要求，控制材料应变问题，这对外延层材料的选择提出了较高的要求；工程制造能力：外延片对多层堆叠结构每层厚度的精准控制能力要求较高，通常需要在1μm以下且均匀；对光电特性的理解：对激光的横模与纵模、有源区量子阱等光特性的理解，以及对等效的电阻、寄生的电容电感等电特性的理解，均直接影响外延片的设计效率，及最终光芯片的电光转换效率等核心性能；对设备的理解：外延开发需厂商投入大量时间调试机台的条件参数，对时间成本和设备工程师的Know-how积累有较高的要求。
晶圆制造：晶圆制造包括光栅制作、波导光刻、氧化物沉积、刻蚀等工序；其中，光栅工艺是在涂有光刻胶的基板上定义出光栅结构对应的掩膜图形，再利用刻蚀技术将掩膜上的图形转移至衬底上形成最终的光栅结构，会影响光芯片产品的出光功率、可靠性、极限工作温度等性能参数，是光芯片晶圆制造的关键步骤之一。目前光栅工艺主要分为全息光栅工艺和电子束光栅工艺两种。
芯片加工与测试：包括解理镀膜、封测分选、自动化芯片测试、芯片高频测试、可靠性测试验证测试等环节。
光芯片的制备难度随调制速率提升、特殊波长的选择而增加。通过对比源杰科技25G DFB和2.5G DFB的生产工艺，可发现具有更高调制速率的光芯片制备难度更高。对设计和制造精度要求更高：25G DFB量子阱有源区堆叠层数更多，在保证芯片尺寸的前提下对每一层外延生长参数精准控制的要求进一步提升，以及对谐振腔的几何形状、折射率分布等参数均需精准把控；对材料和设备的要求更高：25G DFB必须使用电子束光栅设备进行光栅制作，对刻蚀、光刻机等设备性能要求更高；质量控制要求更严格：25G DFB的测试条件更加多维，整套生产工序超过280道，较中低速产品多出50-70道。从发射波长看，同一速率下不同波长光芯片的色散和光衰减速度并不相同。相较于1310nm和1550nm波长，10GPON数据下传和上传所需的1577nm和1270nm波长光芯片的光信号色散代价大、光缆损耗高，导致内部结构设计和生产难度加大。因此，要实现光通信芯片速率升级和多波长产品覆盖，需要长期的研发投入和生产工艺经验的积累。
光芯片工艺层面标准化程度较低，IDM模式为主流。光芯片侧重于生产制造环节，其性能依赖于具体的制造工艺，这就决定了IDM模式（芯片设计-制造-封测全链条布局）在光芯片生产过程中优势突出：IDM模式使得光芯片设计与晶圆制造环节能够相互反馈验证、灵活调整参数，精准触达产品设计、生产、测试中的任何问题；形成完整的闭环流程，保证工艺稳定性并有效防止工艺Know-how外流。海外头部厂商如II-IV、Lumentum、住友电工等多均采用IDM模式，覆盖芯片设计、外延生长、晶圆制造、芯片加工与测试全流程。
4、未来技术方向
（1）硅光技术
传统光模块：可调制、接收光信号，包含光发射组件、光接受组件、光芯片等器件，在磷化铟基底上利用封装技术进行集成。
硅光光模块：采用硅光子技术的光模块。硅光技术是在硅和硅基衬底材料（如Si,SiGe,SOI等）上，利用CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术，其核心理念用激光束代替电子信号进行数据传输。逐渐从光子集成向光电集成发展，目前通信领域主要是光子集成的硅光模块。
硅光模块最大特点高度集成。硅光芯片通过硅晶圆技术，在硅基上制备调制器、接收器等器件，从而实现调制器、接收器、无源光学器件的高度集成。
与传统光模块相比，硅光模块存在成本低、工艺精度高、产业链成熟三大优势。成本低：硅光芯片的衬底价格更低，其中Si衬底价格最低，为0.2$/𝑐𝑚2，而InP衬底价格为4.55$/𝑐𝑚2，是Si衬底价格的20多倍。在功能晶圆价格方面，硅光芯片价格下降更为明显。另外，传统InP光模块由于良率低、固定开支成本等原因导致其成本进一步上升。工艺精度高、良率高：硅光芯片工艺精度可达65-250nm，传统光模块工艺精度最多达到300nm。硅光芯片良率大于80%，而传统光芯片良率不足40%。产业链成熟：硅光模块可使用目前较为成熟的CMOS集成电路产业，量大成本低。
（2）薄膜铌酸锂
铌酸锂材料主要用于制作电光调制器，电光调制器可以将电信号转化为光信号，并在光信号传输中实现信号的调制，其他传统的电光调制器还包括硅基电光调制器和磷化铟（InP）电光调制器，其中铌酸锂性能优势最为显著，并在光通信等领域已被广泛的应用和验证。然而，铌酸锂电光调制器存在尺寸大、难以集成和驱动电压高等缺点，薄膜铌酸锂便可以很好的解决这些缺点，通过将铌酸锂体材料薄膜化并键合到硅衬底上制备出绝缘体上薄膜铌酸锂（LNOI）材料，即通过“离子切片”的方式，从块状的铌酸锂晶体上剥离出铌酸锂薄膜，并键合到带有二氧化硅缓冲层的硅晶片上。相比之下，薄膜铌酸锂调制器的尺寸更小，带宽更高，而薄膜铌酸锂材料也有望使用于大规模的光子集成。
02
驱动因素
当前新一轮以AI为代表的科技革命正席卷全球，OpenAI开发的ChatGPT使得AIGC备受关注。而在AIGC商业化应用加速落地的背景下，算力基础设施的海量增长和升级换代将成为必然趋势。算力基础设施建设背景下，光芯片投资机会凸显：首先，AIGC等技术应用的背后是庞大的算力支撑，光纤接入、数据通讯等数据流量的高速增长将直接拉动光模块增量，光芯片作为光模块中最核心的器件将深度受益；其次，AIGC的算力要求催生高速率、大带宽的网络需求，光模块向更高速率演进，将有力推动光芯片的技术升级和更新换代；再次，激光雷达等应用的快速落地也将有力推升光芯片的需求。
1、光模块市场规模稳步增长，光芯片深度受益
光模块现阶段主要应用于光通讯领域，根据LightCounting数据测算，2022年全球光模块市场规模同比增长14%，预计2022-2027年全球光模块市场CAGR为10%，在2027年超过200亿美元。整体来看在光通讯市场蓬勃发展的背景下，光模块市场规模将稳步增长。按应用领域拆分后的数据，光模块市场主要驱动因素为占比最高的两块，即以太网和WDM。在数据中心内部业务中主要用以太网来承载通用计算业务，而CWDM与DWDM都是目前解决日益增长的信息传输带宽容量的有效手段。LightCounting预测光互联将凭借有源光缆的发展在未来五年保持约10%的复合增速，亦为整体光模块市场贡献一定增量。
根据LightCounting数据测算，全球光芯片市场规模将从2022年的27亿美元增长至2027年的56亿美元，CAGR为16%。从高速光模块的发展趋势来看，用于PAM4以太网和相干DWDM传输的DSP尤为重要，并将持续助力光芯片市场增长。PAM4光模块的优势在于可以直接用于嵌入式DWDM网络的交换机中，这对具有构建嵌入式DWDM数据网络意义重大。
光芯片是光模块的核心部件，根据LightCounting数据测算，光芯片占光模块市场比重从2018年约15%的水平到2025以后超过25%的水平，呈上升趋势。光电子器件是光模块的重要组成部分，光芯片的成本占比分布在低端器件、中端器件、高端器件上的数据大约分别为20%、50%、70%。随着通讯、AI等产业对高性能光模块的需求快速增长，光芯片将呈现量价齐升的增长趋势。
2、“宽带中国”推动光纤网络建设，高速宽带开启10GPON升级，拉动光芯片需求
2021年11月，工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》要求全面部署新一代通信网络基础设施，全面推进5G移动通信网络、千兆光纤网络、骨干网、IPv6、移动物联网、卫星通信网络等的建设或升级；统筹优化数据中心布局，构建绿色智能、互通共享的数据与算力设施；积极发展工业互联网和车联网等融合基础设施。《“十四五”信息通信行业发展规划》指明信息基础设施建设的目标，在规划目标落地的过程中，光芯片需求量也将不断增长。
FTTx光纤接入是全球光模块用量最多的场景之一，而我国是FTTx市场的主要推动者。受制于电通信电子器件的带宽限制、损耗较大、功耗较高等，运营商逐步替换铜线网络为光纤网络。目前，全球运营商骨干网和城域网已实现光纤化，部分地区接入网已逐渐向全网光纤化演进。PON（无源光网络）技术是实现FTTx的最佳技术方案之一，PON是指OLT（光线路终端，用于数据下传）和ONU（光网络单元，用于数据上传）之间的ODN（光分配网络）全部采用无源设备的光接入网络，是点到多点结构的无源光网络。PON技术传输容量大，相对成本低，维护简单，有很好的可靠性、稳定性、保密性，已被证明是当前光纤接入中非常经济有效的方式，成为光纤接入技术主流。目前PON技术主要包括APON/ BPON、EPON、GPON和10G-PON几类，当前主流的EPON/GPON技术采用1.25G/2.5G光芯片，并向10G光芯片过渡。10G-PON技术支持数据上下传速率对称10Gbps，能够更好地满足各类高速宽带业务应用的接入网络需求。
3、车载激光雷达高增，推动光芯片需求提升
激光雷达硬件可分为四大模块。完整的激光雷达硬件包括扫描、发射、接收和控制四大模块，扫描模块控制光的传播方向，扫描形式影响探测范围和稳定性；发射模块负责发射激光，光源及发射形式影响探测范围深度；接收模块探测器影响灵敏度，进而影响探测范围；控制模块进行算法处理，生成模型，辅助自动驾驶决策算法。
辅助驾驶功能对更高感知精度的要求助推车载激光雷达市场发展。激光雷达探测原理分为飞行时间（ToF）及调频连续波（FMCW）方式。ToF成熟度高，除激光器外主要部件采用CMOS工艺，成本可快速下降；而FMCW探测方式虽在性能上有一定优势，但商用成本仍偏高。
1550nm激光器搭配FMCW信噪比更高，为未来发展方向。目前使用905nm光源的激光雷达最大探测距离集中在150-200米，接近人眼安全限制功率下极限测试距离。要实现更远的探测距离需换成对人眼更安全的1550nm光源，其使用的是价格较高的磷化铟材料，与砷化镓探测器配对使用，其成本较高。FMCW激光雷达能够较好适配1550nm光源，其信噪比与传输光子总数成正比，而不依赖峰值功率，所需光源功率将大幅降至100-150mW。在模拟雾气中，FMCW信噪比优于脉冲激光，体现了更好的探测性能与稳定性。
激光雷达应用加速应用，推升光芯片巨量需求。根据LightCounting数据，2021年全球车载激光雷达市场规模仅为1亿美元，而2030年将达到156亿美元，期间CAGR高达66%。近年来，搭载激光雷达的车型明显增多，2021年本田的Valeo车型甚至搭载了5颗激光雷达，极大催生了激光雷达中光芯片的用量。
03
市场现状
1、光模块企业众多，利于光芯片产品的迭代升级和产品导入
光芯片的下游客户主要是光模块、光传输系统设备厂商。最终客户以电信运营商和互联网、云计算厂商为主。光芯片产品的导入需要和光模块厂商紧密配合。根据LightCounting报告，从2010年到2021年，国产光模块全球市场份额持续提升，到2021年国产光模块全球份额超过50%。
根据LightCounting发布的2021年全球TOP10光模块供应商名单，前7名中有5家中国企业。在OFC2023展会上，中际旭创、新易盛、联特科技等国内厂商均推出了800G和1.6T光模块。国内丰富的下游客户资源，有利于我国光芯片产品的迭代升级和产品导入。
2、国内光芯片产品开始向高端市场进阶
（1）国产占优势的PON市场增速放缓，需要继续深耕高价值产品
目前国产光芯片10G1270/1310/1490DFB光芯片已经确立竞争优势，但相关高价值产品却仍需持续深耕。根据源杰科技招股说明书，10GPON下行1577EML光芯片，由于需要提供更大的传输功率、更远的传输距离、更小的信号噪声，使得光信号传输质量更高，相关芯片设计与工艺开发复杂，国产化率低，仅博通、住友电工、三菱电机等国际少数头部厂商能够批量供货，国内光芯片厂商中海信宽带等可以部分实现自产自用。
（2）25G光芯片是国产光芯片进入数通市场的关键
根据ICC预测，2019-2024年，中国光芯片厂商销售规模占全球光芯片市场的比例将不断提升，且产品结构不断升级。10G、25G及以上光芯片有较大的提升空间。
25G及以上光芯片方面，随着5G建设推进，我国光芯片厂商在应用于5G基站前传光模块的25G DFB激光器芯片有所突破，数据中心市场光模块企业开始逐步使用国产厂商的25G DFB激光器芯片，2021年25G光芯片的国产化率约20%，但25G及以上光芯片的国产化率仍较低约5%，目前仍以海外光芯片厂商为主。
目前国内光芯片企业积极开发25G光芯片产品，源杰科技、光迅科技、仕佳光子、海信宽带等企业都有相关业务布局。其中源杰科技在其招股说明书中指出，公司的25G CWDM4/LWDM4波段DFB激光器芯片，基本优于或达到同行业先进竞品水平，能够满足下游客户的需求。
25G是数通市场破局抓手，50G EML是未来市场份额提升关键。因为400G和800G光模块相继进入规模部署期，50G PAM EML广泛用于单通道100G的100G/200G/400G光模块，目前主流的800G光模块也采用了8×100G的架构。
04
产业格局
1、低速率国内占优，高速率海外主导
2.5G/10G芯片：国产化水平较高，但部分型号产品仍存在较高技术门槛。2021年2.5G国产光芯片占全球比重超过90%，其中源杰科技市占率7%；2021年10G国产光芯片占全球比重约60%，其中2021年全球10G DFB激光器芯片市场中，源杰科技发货量占比为20%。但是部分型号国产化率依然较低（10G VCSEL/EML激光器芯片等，国产化率不到40%）
25G及以上光芯片：目前主要依赖海外，未来国内渗透率有望快速增长。受到工艺稳定性、可靠性、供货能力及下游客户认证等因素影响，我国的光模块或光器件厂商仍然是优先采购海外的高速率光芯片。根据ICC统计，25G光芯片的国产化率约20%，但25G以上光芯片的国产化率仍较低约5%。
2、国内厂商快速崛起，不断提升全球份额
在中美贸易关系存在较大不确定因素的背景下，目前国内企业已经开始测试并验证国内的光芯片产品。《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》等一系列产业政策，要求提升光通信器件的供给保障能力，提高核心光电子芯片国产化，降低对进口芯片的依赖。
我国光芯片产业正在快速崛起。从2019年至2021年，我国2.5G及/10G/25G/25G以上速率光芯片占全球光芯片市场比例已经从89%/46%/7%/0%提升到94%/57%/22%/4%。
05
国产替代
1、政策加码，行业国产替代迎重要发展机遇
近年来相关政策频出，国产替代迎来重要发展机遇。伴随近年来中美贸易摩擦等因素影响，国家层面聚焦于加强光电子技术产业布局：
2017 年 12 月，中国电子元件行业协会发布了《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022 年）》，在分析产业发展现状的基础上，提出了发展思路与发展目标，并明确了光芯片领域的重点发展产品，为行业发展定下了重要基调，行业由此开启迎来了重要发展期，国产替代开始全速推进。
2021 年 3 月，工信部发布《基础电子元器件产业发展行动计划（2021- 2023 年》，对于光通信领域，强调了要重点发展高速光通信芯片、高速高精度光探测器、高速直调和外调制激光器、高速调制器芯片、高功率激光器、光传输用数字信号处理器芯片、高速驱动器和跨阻抗放大器芯片。
2022 年 6 月，在《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》的基础上，工信部进一步开启编制《中国光电子器件产业技术发展路线图（2023-2027年）》，行业加速迈入下一个高速发展期。
2、中低端产品国产替代持续深入，高端替代加速启动，头部厂商发展动力足
2017 年 12 月发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》中针对部分中高端激光器芯片给出了2020年及2022年的发展目标，虽然当前整体进度与目标有一定差距，但近年来国内厂商仍持续取得突破。
整体来看，从产品的角度，当前10G及以下的中低端产品国产程度已经较高，25G已有少部分厂商能批量发货，25G以上处于研究或小规模试产阶段，近年来头部厂商在高端产品领域的进展加速明显。从应用领域的角度，当前国内厂商在电信市场的光纤接入和无线接入领域参与程度较高，同时在以中高端需求为主的数通市场也开始加速推进。从外延能力角度，虽然国内厂商激光器芯片核心的外延技术整体仍有较大提升空间，高端的外延片仍需要向国际外延厂采购，但同时也可以看到越来越多的光芯片厂商开始强化自身的外延能力，开始向IDM模式发展。因而，技术能力突出聚焦高端产品国产替代，具备自主外延设计和制备能力以IDM模式发展的国内厂商竞争优势显著，有望迎来重要发展机遇。伴随高端产品开启国产替代&数通领域渗透启动，行业有望充分打开未来成长空间。
首先，从产品角度，10G及以下的中低端芯片国产替代持续深入，国产化程度已经较高。国内厂商基本掌握了2.5G和10G产品的核心技术，除了部分型号产品（如10G EML激光器芯片）国产化率相对较低，大部分产品已基本实现国产化替代。具体来看根据ICC咨询统计，中低端2.5G及以下DFB/ FP：基本全由国内厂商主导，市场份额相对分散整体竞争激烈，国外厂商出于成本等因素的考虑已基本退出了相关市场，2021年国产的相关产品占全球市场比重超90%；10G DFB：国内厂商同样份额居前，2020年源杰科技以 20%的市占率居首， 云岭光电/中电 13 所/中科光芯分居 3~5 位，国产占全球市场比重约 60%。
从高端的激光器芯片（如 25G DFB，10G/25G/50G EML 等）情况来看，虽然根据 ICC 统计，2020年，25G 光芯片的国产化率约20%，25G以上光芯片的国产化率仍较低约5%。但可以明显看到，近年来技术实力相对强劲的国内头部厂商进展明显迅速，用于5G前传的25G DFB、用于光纤接入的 10G EML 国产替代进程加速度明显，同时50G EML也开始推进。
光迅科技：光芯片领域积淀深厚，2016年增资大连藏龙并与法方合资成立almae（专注高端EML芯片研发），同时与2017年公司牵头成立的国家级光电子创新中心紧密合作，目前创新中心已拥有高端芯片技术研发平台和集成光电研发平台，是国内最具产业化实力的InP、GaAs以及硅光等光通信光电芯片的设计和工艺平台，在Ⅲ-Ⅴ族高端光电芯片技术和工艺、硅光集成芯片设计和测试、高速光系统设计和验证等方面拥有强大的创新能力。根据公司公告，当前25G DFB 芯片七成自供。25G EML 内部测试通过，下一步将商用。50G EML 内部研发基本完成，测试指已达预期目标，正在推进商业化进度。
仕佳光子：根据公司公告，2.5G/10G DFB 处于可量产阶段，部分产品通过了大客户多批次5000小时的可靠性验证，开始批量交付，2021年累计出货超千万颗。25G DFB 已处于客户认证中。
源杰科技：公司在DFB激光器芯片领域整体居国内领先地位，25G DFB业务加速推进，根据公司公告，25G DFB 在2020年和2021年分别实现1.01亿元和0.36亿元营业收入，营收占比43.1%和15.6%。
其次，从应用领域的角度，国内厂商的产品当前主要集中在电信市场的光纤接 入和无线接入领域，并开始尝试突破以高端产品需求为主导的数通市场。
数通市场：迭代速度更快，对产品性能要求相对更高，25G及以上的高端激光器芯片需求占比较高，相关产品国产化率相对不高，同时考虑到工艺稳定性、可靠性、供货能力及下游客户认证等因素，下游最终客户— —海外云巨头当前主要指定光模块厂商采购海外激光器芯片。伴随未来国内厂商高端产品领域实力强化&国内云巨头需求的进一步提升，国内厂商的国产替代空间大。
电信市场：应用场景较多集中在光纤接入和无线接入领域，光纤接入下游PON光模块，以博创科技、光迅科技、华工科技等为代表的国内光模块厂商为主导，当前市场竞争激烈，价格敏感。需求以10G及以下的激光器芯片为主，相关产品大多国内已能自给自足，国外厂商出于成本等因素逐渐退出相关市场。无线接入领域，需求则以10G和25G的激光器芯片为主导。
再者，外延作为光芯片最为核心的环节，虽然国内厂商外延技术相对仍不成熟， 但当前正加速强化自身外延能力。一方面，较之海外以 II-VI、Lumentum、Avago、 住友、MACOM 等为代表的海外头部厂商，国内厂商普遍具有除晶圆外延环节以外的后端加工能力，而最核心的外延技术相对仍不成熟，高端外延片目前仍主要外采。另一方面，当前国内厂商正加速强化自身的外延能力，除了一些原本外延能力就较强的厂商外，一些传统聚焦于芯片后段工艺的厂商近年来也开始完善自身的外延能力，在一些低端芯片领域实现完全的IDM模式生产。
06
产业链分析
光芯片产业链大致分为衬底、光通信激光器芯片（外延/芯片设计/芯片制造）、有源器件、光模块、下游最终客户等几大环节。光芯片行业上游主要为原材料和生产设备供应商，光芯片行业中游主要为下游光模块厂商提供有源光芯片和无源光芯片。随着光电半导体产业的蓬勃发展，光芯片已经广泛应用于通信、工业、消费等众多领域。
光芯片的生产工艺包括芯片设计、基板制造、磊晶成长、晶粒制造、封装测试共五个主要环节。多数中国企业主要集中在芯片设计环节，而全球能够实现高纯度单晶体衬底批量生产的企业主要为海外企业。磊晶生长/外延片是光芯片行业技术壁垒最高的环节，成熟技术工艺主要集中于中国台湾以及美日企业。晶粒制造和封装测试环节主要集中在中国台湾。
光芯片生产采用的各工艺综合性更强，龙头厂商多采用IDM经营模式。逻辑芯片厂商中，新进入的企业多采用Fabless模式，以此减少资本投入，将更多资源集中投入研发。光芯片行业厂商多采用IDM模式，因为光电子器件遵循特色工艺，器件价值提升不完全依靠尺寸缩小，而有赖于功能增加。IDM模式更有利于各环节自主可控，能及时响应各类市场需求，灵活调整生产计划，高效排查问题原因，从而提升芯片性能，满足下游客户需求。
磊晶生成的外延片质量是决定光芯片性能的关键因素，是厂商竞争优势及技术实力的核心体现。MOCVD和MBE是两种主要的磊晶生长方式，其中MOCVD是以有机化合物作为晶体生长原材料，在衬底上进行气相外延；而MBE是将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中，通过加热使元素喷射的分子流在衬底上长出晶格结构，技术难度较高。
光芯片制造准入门槛高。光芯片使用的III-V族半导体材料要求芯片设计与晶圆制造环节相互反馈与验证，需要独特的设计结构并优化制造工艺。光芯片制造涉及的流程长，需要长时间积累相关技术、经验与管理制度。因此，对光芯片商用化制造能力提出严苛的要求，提高了制造准入门槛。
激光芯片厂商持续提升产品输出功率，巩固竞争实力。以国产高功率半导体激光芯片厂商长光华芯为例，2012年成立以来，不断推出高亮度单管芯片，2019年推出15W单管芯片，2020年推出18W、25W单管芯片，2021年实现30W单管芯片量产，产品持续向更高功率段迭代。
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相关企业
1、源杰科技：国产光芯片领先厂商，数通和电信市场双轮驱动
持续深耕光芯片领域，多年积累建立IDM全流程业务体系。源杰科技成立于2013年，公司自成立以来始终聚焦于光芯片行业，主营业务为光芯片的研发、设计、生产与销售，目前公司产品涵盖从2.5G到100G磷化铟激光器芯片。公司产品广泛应用于光纤到户、数据中心与云计算、4G/5G移动通信网络、通信骨干网络和工业物联网等终端赛道。公司产品已实现向海信宽带、中际旭创、博创科技、铭普光磁等国际前十大及国内主流光模块厂商批量供货，产品用于中兴通讯、诺基亚等国内外大型通讯设备商，并最终应用于中国移动、中国联通、中国电信、AT&T等国内外知名运营商网络中。经过多年研发与产业化积累，公司已建立了包含芯片设计、晶圆制造、芯片加工和测试的IDM全流程业务体系。
目前公司的主要产品为光芯片，主要应用于电信市场、数据中心市场、车载激光雷达市场等领域。在电信市场中，光纤接入主要应用2.5G/10G的激光器芯片。移动通信网络主要用10G/25G激光器芯片。数据中心类主要用25G/50G的激光器系列产品和大功率硅光光源产品，100G EML芯片已给下游终端客户送样。在车载激光雷达领域，产品涵盖1550波段车载激光雷达激光器芯片等产品。
2022年公司实现营业收入2.83亿，同比增长21.89%。公司实现归母净利润1.00亿元，同比增长5.28%。电信市场营收为2.37亿，占营收比例为83.73%，同比增长19.26%。数据中心及其他业务营收为0.45亿，占总营收比例为16.28%，较上年同期增长33.69%。增长的主要原因是25G DFB激光器芯片逐渐得到下游客户的认可，实现批量出货。
2023年一季度营收为0.35亿，同比下降40.6%，归母净利润为0.12亿，同比下降49.68%，主要原因是光纤接入、数据中心等市场的光芯片需求表现不佳，下游客户减少采购，且高毛利产品销售占比减少。
2、长光华芯：国产激光芯片龙头，布局数据中心光芯片
长光华芯专注于半导体激光芯片的研发、设计及制造，主要产品包括高功率单管系列产品、高功率巴条系列产品、高效率VCSEL系列产品及光通信芯片系列产品等，逐步实现高功率半导体激光芯片的国产化。公司产品可广泛应用于：光纤激光器、固体激光器及超快激光器等光泵浦激光器、直接半导体激光输出加工应用、激光智能制造装备、国家战略高技术、科学研究、医学美容、激光雷达、机器视觉定位、智能安防、消费电子、3D传感与摄像、人脸识别与生物传感等领域。
2023年5月，公司发布了单波100Gbps（56Gbaud四电平脉冲幅度调制(PAM4)）电吸收调制器激光二极管（EML）芯片，支持四个波长的粗波分复用（CWDM），达到了使用4颗芯片实现400Gbps传输速率，或8颗芯片实现800Gbps传输速率的应用目标，产品可用于400G/800G超算数据中心互连光模块。
2022年受到全球经济增速放缓等宏观因素影响，激光器下游行业资本开支放缓，激光器市场需求较为疲软，公司实现营收3.86亿，同比下降10.13%。虽然公司营收略有下降，但总体保持较好的产品结构和毛利水平，高功率单管系列实现毛利率48.80%，同比+0.64pct；高功率巴条系列实现毛利率79.92%，同比+0.55pct。但VCSEL芯片系列毛利降幅较大，为26.75%，同比-35.73pct，主要由于产品处于小批量导入阶段，毛利受相应的产品结构构成影响。2023年一季度公司实现营收0.9亿元，同比下降19.3%。
3、仕佳光子：无源强者，有源25G光芯片在验证
公司聚焦光通信行业，主营业务覆盖光芯片及器件、室内光缆、线缆材料三大板块。公司系统建立了覆盖芯片设计、晶圆制造、芯片加工、封装测试的IDM全流程业务体系。光芯片及器件产品包括PLC分路器芯片系列产品、AWG芯片系列产品、DFB激光器芯片系列产品、光纤连接器、隔离器和平行光组件系列产品。
数据中心AWG系列有100G/200G/400G/800G高速光模块的AWG组件和平行光组件；用于数据中心之间互联的400GZR相干传输的DWDMAWG模块。400GAWG已有小批量应用，800GAWG组件及平行光组件正在送样验证。
激光器芯片产品有2.5G DFB和10G DFB，CWDFB（硅光用大功率），特殊波长光源等。2.5G、10G激光器芯片处于可量产阶段，截止到22年6月25G激光器芯片正在客户的验证中。
4、光迅科技：光芯片光模块一体化
公司主要产品有光电子器件、模块和子系统产品，按应用领域可分为传输类、接入类、数据通信类。公司拥有从芯片、器件、模块到子系统的垂直集成能力，拥有光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台，支撑公司有源器件和模块、无源器件和模块产品。
截至2022年8月DFB低速率芯片全部自供；25G DFB大概70%可以自供，20%+外购，但有些特殊波长、功率还需要外购；25G EML内部测试通过，在做商业化和良率提升；25G vcsel芯片已量产。
有源光芯片的研发方向包括25G/50G的DFB/EML以及高端探测器。
5、光库科技：铌酸锂调制器有望份额提升
公司专业从事光纤器件、铌酸锂调制器件及光子集成器件的设计、研发、生产、销售。包括三大产品系列：光纤激光器件主要产品包括隔离器、合束器、光纤光栅、激光输出头等，主要应用于光纤激光器、激光雷达、无人驾驶等领域。光通讯器件包含两个部分，隔离器、波分复用器等用于密集波分，跳线、尾纤、MPO连接器等用于数通。铌酸锂调制器件主要产品包括400/600Gbps、100/200Gbps铌酸锂相干调制器、10Gbps零啁啾强度调制器等，主要应用于超高速干线光通信网、超高速数据中心等。
铌酸锂电光调制器主要用在100Gbps以上直至1.2Tbps的长距骨干网相干通讯和单波100/200Gbps的超高速数据中心上。公司在建8万件铌酸锂调制器芯片及器件产能。
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市场前景
1、低速率光芯片市场接近饱和，高速率光芯片前景广阔
目前国内低速率光芯片市场呈现高度竞争的格局，已有30多家企业实现了10G及以下光芯片的销售，市场价格战激烈，头部厂商有明显规模优势和优质客户资源优势，低速率芯片市场趋近饱和。在这样的市场环境下，低速芯片价格每年下降15%-20%的趋势，导致企业利润空间逐渐收缩，因此中小企业或初创企业难以存活。
而高速率光芯片市场来看，对外依存度较高。25G及以上速率属于高速率光芯片，目前由欧美日领先企业占主导，Oclaro、Avago、NeoPhotonics等具备50G EML芯片能力，DFB和VCSEL激光器芯片大规模商用的x高速率已达到50G，Finisar、AAOI、Oclaro具备50G PAM4 DML芯片的能力。国内与海外产业领先水平存在一定差距。考虑到当前光芯片主要应用场景包括光纤接入、4G/5G移动通信网络、数据中心等，都处于速率升、代际更迭的关键窗口期，在对高速传输需求不断提升背景下，未来25G以上速率光模块所使用的光芯片占比将逐渐扩大，到2025年，整体市场空间将达43.40亿美元，年均复合增长率将达到21.40%。
2、政策引导及信息应用推动需求快速增长
光芯片目前已广泛应用于通信、工业、消费、照明等领域，下游市场不断拓展。受益于信息应用流量需求的增长和光通信技术的升级，光模块作为光通信产业链最为重要的器件保持持续增长，光芯片作为光模块核心元件有望持续受益。2021年11月，工信部发布《”十四五”信息通信行业发展规划》要求全面部署新一代通信网络基础设施，全面推进5G移动通信网络千兆光纤网络、骨千网、IPv6、移动物联网、卫星通信网络等的建设或升级；统筹优化数据中心布局，构建绿色智能、互通共享的数据与算力设施；积极发展工业互联网和车联网等融合基础设施。在规划目标落地的过程中，光芯片需求量也将不断增长。
3、光芯片行业将深度受益于国产化替代机遇
光芯片下游直接客户为光模块厂商，近年来，我国光模块厂商在技术、成本、市场、运营等方面的优势逐渐凸显，占全球光模块市场的份额逐步提升。根据LightCounting的统计，2020年我国厂商中已有中际旭创、华为、海信宽带、光迅科技、新易盛、华工正源进入全球前十大光模块厂，光通信产业链逐步向国内转移，同时中美贸易摩擦及芯片国产化趋势，将促进产业链上游国内光芯片的市场需求。
