光芯片浪潮滾滾|行業(yè)發(fā)現(xiàn)

在AIGC商業(yè)化應(yīng)用加速落地的背景下，算力基礎(chǔ)設(shè)施的海量增長和升級(jí)換代將成為必然趨勢。

光通信系統(tǒng)通過電光轉(zhuǎn)換將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖傳輸至接收端進(jìn)行光電轉(zhuǎn)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(xiàn)光轉(zhuǎn)電、電轉(zhuǎn)光、分路、衰減、合分波等基礎(chǔ)光通信功能的核心。隨著光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，光芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)、消費(fèi)等眾多領(lǐng)域。

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(dá)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(dá)到了 60%。

當(dāng)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(guān)注。而在AIGC商業(yè)化應(yīng)用加速落地的背景下，算力基礎(chǔ)設(shè)施的海量增長和升級(jí)換代將成為必然趨勢。

光模塊現(xiàn)階段主要應(yīng)用于光通訊領(lǐng)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(yù)計(jì) 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(jià)齊升的增長趨勢。

根據(jù) ICC 預(yù)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(jìn)度的持續(xù)推進(jìn)，以及國內(nèi)未來幾年 5G 設(shè)備升級(jí)和相關(guān)應(yīng)用落地，大量數(shù)據(jù)中心設(shè)備更新和新數(shù)據(jù)中心也會(huì)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。

從低處上攻

光芯片的生產(chǎn)工藝包括芯片設(shè)計(jì)、基板制造、磊晶成長、晶粒制造、封裝測試共五個(gè)主要環(huán)節(jié)。多數(shù)中國企業(yè)主要集中在芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，而全球能夠?qū)崿F(xiàn)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/外延片是光芯片行業(yè)技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)，成熟技術(shù)工藝主要集中于中國臺(tái)灣以及美日企業(yè)。晶粒制造和封裝測試環(huán)節(jié)主要集中在中國臺(tái)灣。

從競爭格局來看，歐美國家光芯片技術(shù)領(lǐng)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(dǎo)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(shè)計(jì)、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(jù) ICC 預(yù)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(shè)推進(jìn)，我國光芯片廠商在應(yīng)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。

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

源杰科技構(gòu)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(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(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(xiàn) 25G 激光器芯片量產(chǎn)。

長光華芯在設(shè)計(jì)、量產(chǎn)高功率半導(dǎo)體激光芯片基礎(chǔ)上，縱向延伸覆蓋下游器件、模塊及直接半導(dǎo)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(diào)控光子”及中游汽車、泛半導(dǎo)體、醫(yī)療健康領(lǐng)域，與多家業(yè)內(nèi)知名公司達(dá)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、模塊的開發(fā)、設(shè)計(jì)、流片、加工制造等，能夠滿足用戶全產(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，大大簡化了芯片器件數(shù)量和測試封裝復(fù)雜度。800GDR8滿足OSFP、QSFP-DD協(xié)議，可與其他廠家模塊實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定互聯(lián)互通，同時(shí)滿足數(shù)據(jù)中心對光模塊的低功耗高穩(wěn)定性要求。硅光引擎利用先進(jìn)封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單路 100Gbps，總計(jì)1.2T光電傳輸速率，可支持客戶定制化，體現(xiàn)了光電單片集成技術(shù)在小尺寸高集成度方面的優(yōu)勢。