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，能夠在芯片上實現光學傳輸、調制、檢測、分析等功能。與傳統的光學元件相比，光芯片具有體積小、重量輕、功耗低、集成度高等優勢，能夠實現高速、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開發的 ChatGPT使得 AIGC備受關注。而在AIGC商業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。
光模塊現階段主要應用于光通訊領域，根據LightCounting 數據測算，2022 年全球光模塊市場規模同比增長 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 LightCounting 數據測算，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、高端器件上的數據大約分別為 20%、50%、70%。隨著通訊、AI 等產業對高性能光模塊的需求快速增長，光芯片將呈現量價齊升的增長趨勢。
根據 ICC 預測，2019-2024 年，中國光芯片廠商銷售規模占全球光芯片市場的比例將不斷提升。得益于光芯片國產化進度的持續推進，以及國內未來幾年 5G 設備升級和相關應用落地，大量數據中心設備更新和新數據中心也會持續 助力光芯片市場規模的增長，中國將成為全球增速最快的地區之一。
歐美技術領先，高端光芯片亟待國產化
光芯片是光通信產業鏈核心環節。光通信產業鏈中，組件可分為光無源組件和光有源組件。光無 源組件在系統中消耗一定能量，實現光信號的傳導、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；光有源組件在系統中將光電信號相互轉 換，實現信號傳輸的功能，主要包括光發射組件、光接收組件、光調制器等。光芯片加工封裝為 光發射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA），再將光收發組件、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，是光通信產業鏈的核心之一。
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%。
光芯片發展與光通信和光模塊密不可分，行業正處于加速發展階段。光芯片是光通信和光模塊的 重要組成部分，隨著光通信行業的發展和應用場景的變化，光模塊和光芯片都在加速發展。光模 塊行業已經經歷了幾十年的發展，光子集成技術的產業體系初步形成，推動了光芯片產業的高速 發展。光芯片在降低光纖損耗等方面發揮了重要作用，在新興領域方面具有巨大的發展潛力。
歐美國家光芯片技術領先，國內光芯片企業追趕較快，目前全球市場由美中日三國占據主導地位。 海外光芯片企業已形成產業閉環和高行業壁壘，可自主完成芯片設計、晶圓外延等關鍵工序，可 量產 25G 及以上速率的光芯片。部分中國光芯片企業已具備領先水平，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 全流程自主可控業務體系，2020 年公 司 10G、25G 激光器芯片系列產品的出貨量在國內均排名第一，2.5G 激光器芯片系列產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，具備全系列產品的垂直 整合以及快速批量交付能力，云嶺光電實現 25G 激光器芯片量產。長光華芯在設計、量產高功率 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務，橫向拓展 VCSEL 及光通信芯片。炬光科技業務覆蓋上游“產生光子”“調控光子”及中游汽車、泛半導體、 醫療健康領域，與多家業內知名公司達成合作。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品的代工業務。
各類光芯片國產替代率分化明顯，高端光芯片國產替代率仍較低。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，根據 ICC 預測，2021 年該速率國產光芯片占全球比重超過 90%；10G 光芯片方面，2021 年國產光芯片占全球比重約 60%，但不同光芯片的國產化情況存 在一定差異，部分 10G 光芯片產品性能要求較高、難度較大，如 10G VCSEL/EML 激光器芯片 等，國產化率不到 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，數據中心市場光模塊企業開始逐步使用國 產廠商的 25G DFB 激光器芯片，2021 年 25G 光芯片的國產化率約 20%，但 25G 以上光芯片的 國產化率仍較低，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
目前國內低速率光芯片市場呈現高度競爭的格局，已有30多家企業實現了10G及以下光芯片的銷售，市場價格戰激烈，頭部廠商有明顯規模優勢和優質客戶資源優勢，低速率芯片市場趨近飽和。在這樣的市場環境下，低速芯片價格每年下降15%-20%的趨勢，導致企業利潤空間逐漸收縮，因此中小企業或初創企業難以存活。
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激光器芯片大規模商用的最高速率已達到50G，Finisar、AAOI、Oclaro具備50G PAM4 DML芯片的能力。國內與海外產業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 移動通信網絡、數據中心等，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質客戶實現進口替代，另一個就是借助新品類的開發+下游大客戶的突破，打開遠期成長天花板。
