1、光子芯片备受青睐
根据观研报告网发布的《中国光子芯片行业现状深度分析与投资前景研究报告（2024-2031年）》显示，光子芯片采用光波（电磁波）来作为信息传输或数据运算的载体，一般依托于集成光学或硅基光电子学中介质光波导来传输导模光信号，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一块衬底或芯片上。
1965年，英特尔联合创始人戈登·摩尔提出摩尔定律，预测每隔18个月到24个月，芯片的晶体管密度就会增加一倍。然而，以硅为基础的电子芯片发展了几十年后，承载能力已经逼近物理理论的极限。光子芯片的出现，被看作突破摩尔定律的重要途径之一。
当下，光子芯片概念已不再陌生，其新技术也相继涌现。例如，2022年12月，上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系邹卫文教授团队就提出了光子学与计算科学交叉的创新思路，研制了实现高速张量卷积运算的新型光子张量处理芯片，相关成果以“基于集成光子芯片的高阶张量流式处理”为题发表在《自然》期刊上。同时，中国科研人员在光子集成电路、光子晶体管、光计算等方面也取得了重要突破。这些成果不仅展示了中国在光子芯片技术方面的实力，也为全球光子芯片产业的发展做出了重要贡献。
目前，光子技术已经成为人们关注的焦点，也被相关国家视为保持国际市场先进地位的关键技术之一。那么光子芯片为什么备受青睐？主要得益于其两方面的优势：其一为性能优势；其二则是制造优势。
光子芯片两大优势详解
资料来源：观研天下整理
2、政策规划推动光通信行业高景气，间接拉动光子芯片需求增长
在政策端，2018年，工信部颁布《光器件产业发展路线图》，正式吹响光芯片国产化进程的号角。紧接着，工信部在2021年11月发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》中明确信息基础设施建设的目标，其中5G基站数、10G-PON端口数及数据中心算力需求增量均对光模块行业有直接拉动，并间接推动光子芯片需求增长。
《“十四五”信息通信行业发展规划》
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类别 |
指标 |
年均/累计变化 |
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总体规模 |
信息通信业收入(万亿元) |
10% |
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信息通信基础设施累计投资(万亿元) |
1.2 |
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基础设施 |
每万人拥有5G基站数(个) |
21 |
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10G-PON及以上端口数(万个) |
880 |
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数据中心算力(每秒百亿亿次浮点运算) |
27% |
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工业互联网标示解析公共服务节点数(个) |
54 |
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移动网络IPv6流量占比(%) |
52.8 |
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国际互联网出入口宽带(太比特每秒) |
40.9 |
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应用普及 |
通信网络终端连接数(亿个) |
7% |
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5G用户普及率（%） |
41 |
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千兆宽带用户数（万户） |
56% |
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工业互联网标识注册量(亿个) |
40% |
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5G虚拟专网数(个) |
44% |
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3、AIGC开启革命，数据通信引爆光芯片需求
在终端市场，光模块由光电子器件、功能电路和光接口等部分组成，能实现光电和电光转换。作为光电子器件重要组成部分的光子芯片，其性能直接决定光模块的传输速率，其技术代表着现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，其发展对光电子产业及电子信息产业具有重大影响。
2022年11月，推出的ChatGPT被誉为“有史以来最优秀的人工智能”，真正实现了辅助人类甚至独立进行内容的产出。作为可能是近年来最具有颠覆性的科技突破，ChatGPT成为国内外巨头企业开辟全新赛道，亚马逊、谷歌、微软、百度、抖音均推出或紧锣密鼓地研制自家的AIGC产品，并为支撑其发展投身于算力大战中。
AI数据中心所需要流量较大，无阻塞的脊叶网络架构成重要需求之一。脊叶网络架构主要特点是在网络核心和末梢之间引入多个层次的交换设备，来提供更高的带宽和更好的负载均衡，所以每新建一个脊叶架构的数据中心，都会增加几个到数十个交换机。因此，随着数据中心规模不断越大，对算力需求也随之上升，交换机增加的数量就越多，光子芯片数量也进一步增加。
根据数据显示，2022年，我国在用数据中心机架数量达到650万架，2018-2022年CAGR超过30%；2019-2022年，我国智能算力规模由30EFLOPS左右增长至268.0EFLOPS。
数据来源：观研天下整理
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同时，AI大模型竞速时代到来，光子芯片迎来新的市场发展机遇。例如，Google开发了一个名为Meena的大型聊天机器人模型，通过大规模的预训练和精细调整来提供自然的对话能力，抖音母公司字节跳动向英伟达购买超过72亿元人民币的GPU用于自己的Al火山引擎大模型训练。根据三思行研对NVIDIA的AI训练特用GPUA100和GPU H100的测算，每生产一片应用在三层架构AI数据中心的A100和H100，分别需要六块200G和六块800G光模块。
GPU与光模块的搭配比例
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GPU |
网卡速率 |
交换机速率 |
架构层级 |
200G光模块需求量 |
400G光模块需求量 |
800G光模块需求量 |
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A100 |
200G |
200G |
三层 |
1:6 |
0 |
0 |
|
A100 |
200G |
400G |
两层 |
1:1 |
0 |
1:0.75 |
|
H100 |
400G |
400G |
两层 |
0 |
1:1 |
1:1.5 |
|
H100 |
800G |
800G |
三层 |
0 |
0 |
1:6 |
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4、国内光模块厂商份额提升，间接推动国产光子芯片出海
在企业方面，早在20世纪80年代，美日欧等发达国家就开始投入布局光子技术和产业。从市场布局来看，美国是硅光子领域起步最早也是发展早的国家之一，1991年美国便成立了“美国光电子产业振兴会”，以引导资本和各方力量进入光电子领域。2014年，美国又建立了“国家光子计划”产业联盟，明确将支持发展光学与光子基础研究与早期应用研究计划开发。
欧洲和日本也在跟进，欧盟将光子技术纳入“地平线2020”、“（ECSEL JU）年度战略计划”等国家战略；日韩则加大对光子技术的研发和支持，以保持其行业处于全球领先的地位。而我国大概在2010年以后开始入局光芯片赛道。目前，中国本土的高功率激光芯片、部分高速率激光芯片（10G、25G等）等已处于国产化加速突破阶段，而光探测芯片、25G以上高速率激光芯片刚刚起步，本土化还有较长的路要走。
我国主要光子芯片厂家前沿技术研究进展情况
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厂家 |
成果 |
前沿进展 |
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光库科技 |
具备开发800G及以上速率铌酸锂调制器芯片能力 |
公司铌酸锂高速调制器芯片研发及产业化募投项目基于建设期末完成项目的100%投产，将实现年生产至少8万只铌酸锂调制器的能力。（2023.5.23） |
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仟目激光 |
25G光芯片出货突破KK级（百万级） |
量产化的850nm 25Gb/s-NRZ高速多模VCSEL芯片产品，具有优秀的产品性能和可靠性表现。在国内多家头部光模块公司的支持下，公司25GVCSEL1X1和1X4芯片累计出货量超过KK级（百万级）。（2022.10.9） |
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源杰科技 |
25G激光器芯片系列产品大批量供货。 |
公司凭借长期技术积累实现激光器光源发散角更小、抗反射光能力更强等差异化特性，为光模块厂商提供全波段、多品类产品，同时提供更低成本的集成方案，实现差异化竞争；25G及更高速率激光器芯片市场国产化率低，公司凭借核心技术及IDM模式，率先攻克技术难关、打破国外垄断，并实现25G激光器芯片系列产品的大批量供货。（2023.5.16） |
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长光华芯 |
激光芯片进军器件和模块业务 |
横向拓展包括VCSEL芯片、光通讯芯片、红外激光芯片、可见光激光芯片等。同时继续做器件和模块，提高芯片的市场占有率，拓展毛利率高的高端器件和模块业务，未来芯片的占比会持续超过50%。（2022.9） |
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2023年上半年，公司研究团队发布了全半导体激光无线能量传输芯片及系统的最新成果，包括808nm和1μm的发射端激光芯片及模块、接收端单/多结激光电池芯片及模块、激光无线传能系统。（2023.7.28） |
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剑桥科技 |
MCU等相关芯片已替换为国产芯片 |
公司大部分这些芯片都换成了国产芯片，国产芯片厂家响应很快，在可预测时间内不会出现缺芯情况。（2022.10.12） |
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德科立 |
自研的光芯片已在部分产品批量应用 |
光芯片方面，高端光芯片主要是应用在高速光模块、相干光模块中，高端光芯片主要以进口为主。中低速率光芯片，主要是指25G以下光芯片，国产技术已经相对成熟，市场竞争充分，供应充足。此外公司自研的光芯片，已经批量应用于公司部分产品中，自研光芯片用量将逐步增加。（2022.9） |
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中际旭创 |
400G/800G硅光模块采用自研硅光芯片 |
公司在400G/800G硅光模块上采用了自研硅光芯片技术，预计2024年会向一些客户率先量产供应。（2023.8.13） |
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仕佳光子 |
25GDFB部分波长/800G AWG客户验证中 |
公司的2.5G和10GDFB激光器芯片已经批量出货，25GDFB部分波长产品正在客户验证中，有望尽快批量出货。800GAWG产品在客户送样中。（2023.5） |
资料来源：观研天下整理
整体来看，近几年，我国光模块企业在技术、成本、市场、运营等方面优势逐渐凸显，占全球光模块市场份额逐步提升。根据数据显示，2022年，我国国产光模块企业中已有中际旭创、华为、海信宽带、光迅科技、新易盛、华工正源和SourcePhotonics进入全球前十大光模块厂商。而在中美贸易摩擦加剧的大背景下，考虑到供应链安全需求，光模块核心原材料光芯片的国产化进程将加速。
2010-2022年全球前十大光模块厂商
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排名 |
2010年 |
2016年 |
2018年 |
2022年 |
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1 |
Finisar |
Finisar |
Finisar |
II-VI(Finisar)/中际旭创 |
|
2 |
Opnext |
海信 |
中际旭创 |
|
|
3 |
Sumitomo |
光迅科技 |
海信 |
Cisco(Acacia) |
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4 |
Avago |
Acacia |
光迅科技 |
华为海思 |
|
5 |
SourcePhotonics |
FOIT(Avago) |
FOIT(Avago) |
光迅科技 |
|
6 |
Fujitsu |
Oclaro |
Lumentum(Oclaro) |
海信 |
|
7 |
JDsu |
中际旭创 |
Acacia |
新易盛 |
|
8 |
Emcore |
Sumitomo |
Intel |
华工正源 |
|
9 |
WTD |
Lumentum |
Aoi |
Intel |
|
10 |
NeoPhotonics |
SourcePhotonics |
Sumitomo |
SourcePhotonics |
资料来源：观研天下整理（WYD）
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