光芯片行业：下游需求扩容国外厂商主导市场政策出台下国产迎机遇

2024-10-16 10:14

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一、光芯片下游需求扩容，市场规模持续增长

根据观研报告网发布的《中国光芯片行业发展趋势研究与投资前景分析报告（2024-2031年）》显示，光芯片是实现光转电、电转光、分路、衰减、合分波等基础光通信功能的芯片，是光器件和光模块的核心。光芯片下游应用广泛，包括光纤接入、移动通信网络、数据中心互联以及新兴的 AI和物联网领域。

光芯片主要应用领域

应用领域	简介
数据中心	光芯片在数据中心中扮演着至关重要的角色，主要用于实现数据在大型数据中心内部以及数据中心间的传输。随着数据中心流量的快速增长，对更高速率光模块的市场需求不断凸显。当前，数据中心使用的光芯片速率以 25G、50G、100G 为多，且正向 200G/400G 光模块过渡。光芯片在数据中心中的应用主要集中在短距离传输，其中 VCSEL 芯片因其体积小、成本低等特点，在数据中心内部传输中得到广泛应用。数据中心市场规模及其营收占比持续提升，预计未来 5 年将驱动光器件行业规模扩张。全球 AI 计算、互联网业务及应用数据处理集中在数据中心进行，使得数据流量迅速增长，而数据中心需内部处理的数据流量远大于需向外传输的数据流量，使得数据处理复杂度不断提高。光模块是数据中心内部互连和数据中心相互连接的核心部件，需求量大。
光纤接入	在光纤接入领域，光芯片作为发射端的激光器芯片和接收端的探测器芯片，通过光电转换，实现信息在光纤中的高速稳定传递。PON 技术作为一种基于无源ODN 网络的宽带接入技术，使用广泛。PON 网络由 OLT（光线路终端）、ODN（光分配网络）、ONU（光网络单元）等部分构成，其中光芯片在 OLT 和 ONU 中发挥着核心作用。随着技术的发展，PON 技术的速率等级也在不断提升，如 10G PON、50G-PON等，以满足更高的带宽需求。根据预测数据，2022 年 10G PON 发货量约为 2690 万只，预计 2027 年发货量将达到 7300 万只，5 年 CAGR 为 22.07%，这将有力推动 10G 光芯片的需求。
移动通信	在移动通信领域，光芯片主要应用于基站的前传和回传网络中。前传网络连接基站的有源天线单元（AAU）和分布单元（DU），而回传网络则负责将数据传输到更远的核心网络。移动通信领域光芯片的应用以 10G、25G 光芯片为主，以适应 5G基站建设对高速光芯片的需求。5G 基站的大规模部署带动了前传和中回传光模块的需求，进而推动了高速光芯片的增长。相比于 4G，5G 的传输速度更快、质量更稳定、传输更高频，满足数据流量大幅增长的需求，实现更多终端设备接入网络并与人交互，丰富产品的应用场景。我国 5G 建设走在全球前列。2022 年末，国内 5G 基站达到 231.2 万个，全年新建 5G 基站 88.7 万个，占移动基站总数的 21.3%，占比较上年末提升 7 个百分点。

资料来源：观研天下整理

随着 5G 基站的大规模部署和数据中心的持续扩容，对高速光芯片的需求不断上升，为光芯片市场带来新的增长点。2020-2023年全球光芯片市场规模由19.9亿美元增长至27.8亿美元，预计2024年全球光芯片市场规模将达31.7亿美元。

数据来源：观研天下数据中心整理

2020-2023年我国光芯片市场规模由93.46亿元增长至137.62亿元，预计2024年我国光芯片市场规模将达151.56亿元。

数据来源：观研天下数据中心整理

二、高速光芯片存在技术、客户壁垒，行业进入门槛高

高速光芯片存在技术壁垒、客户壁垒，行业进入门槛高。

技术壁垒：高速光芯片的生产包含280 多道工序，是光通信行业中技术壁垒最高的环节。尤其外延环节对设计及生产工艺的要求极高，是当前国内厂商与海外头部厂商的主要差距所在。海外头部厂商先发优势尤为明显，早期进入市场的企业能够通过持续的研发投入和市场实践，逐步建立起技术壁垒，形成强大的竞争优势。

客户壁垒：由于光芯片的性能直接影响光模块的稳定性和整体性能，光模块厂商会倾向于选择具有稳定供货能力和高质量产品的光芯片供应商，以确保最终产品的可靠性。

高速光芯片行业壁垒

壁垒	简介
技术壁垒	高速光芯片是光通信技术发展的重要瓶颈，外延环节是核心。高速光芯片，特别是25G 及以上的高速率光芯片，是行业中技术壁垒最高的环节。高速光芯片的生产包含280 多道工序，涉及外延生长、光刻、刻蚀等精密加工，比中低速率激光器多出 50~70道，尤其外延环节对设计及生产工艺的要求极高，是当前国内厂商与海外头部厂商的主要差距所在。外延环节需要精确控制材料厚度、比例和电学掺杂，每层量子阱的厚度精度误差需小于 0.2nm。高速光芯片的研发和生产需要长期的技术积累和经验沉淀，新进入者难以快速突破。高速光芯片良率的爬坡过程通常缓慢，需要大量的试验和优化。在高速光芯片领域，先发优势尤为明显，早期进入市场的企业能够通过持续的研发投入和市场实践，逐步建立起技术壁垒，形成强大的竞争优势。海外领先光芯片公司如 II-VI、Lumentum 等，它们不仅在高端通信激光器领域已经广泛布局，而且在可调谐激光器、超窄线宽激光器、大功率激光器等高端产品领域也已有深厚积淀。这些企业通过长期的技术积累，能够量产 25G 及以上速率的光芯片，而国内企业在这些高端产品的研发和生产上仍有较大的差距，25G 以上速率的激光器芯片大部分厂商仍在研发或小规模试产阶段。高速光芯片的研发和生产不仅是技术的竞争，更是时间的赛跑。
客户壁垒	服务器稳定性是首要选择，供应商替换难度大。在选择光模块时，服务器厂商通常优先选择已经建立长期合作关系、具备良好稳定性记录的光模块供应商，这种谨慎的选择有助于确保数据传输的可靠性和服务器的持续稳定运行。当现有供应商无法满足需求、出现供不应求的情况时，便成为新厂商切入市场的最佳时机。同样，光模块厂商在选择光芯片供应商时也遵循类似的逻辑。由于光芯片的性能直接影响光模块的稳定性和整体性能，光模块厂商会倾向于选择具有稳定供货能力和高质量产品的光芯片供应商，以确保最终产品的可靠性。然而当现有光芯片供应商无法满足需求或供货不稳定时，新供应商若能在供不应求的时机进入并提供高质量和稳定的光芯片产品，就有机会成为新的合作伙伴。

资料来源：观研天下整理

三、全球高速光芯片市场主要由国外厂商主导，政策出台下国产将迎发展机遇

目前全球高速光芯片市场主要由国外厂商如 II-VI、Lumentum 等主导。根据预测，2021 年，国产 2.5G 速率的光芯片在全球市场的份额超过了 90%。在 10G 光芯片领域，国产芯片的全球市场份额约为60%，然而对于一些性能要求更高的光芯片，国产化的比例还不到 40%。对于 25G 及以上速率的光芯片，尽管中国制造商在用于 5G 基站前传光模块的 25G DFB 激光器芯片上取得了进展，25G 光芯片的国产化比例大约为 25%，但更高速率的光芯片国产化比例仍然只有 5%左右。

我国高速光芯片国产化程度

芯片	国产化程度
2.5G 光芯片	我国已经基本实现国产化，本土企业占据主要市场份额。2.5G 芯片主要用于光纤接入市场，部分可靠性要求高、生产难度较高的产品如 PON（GPON）领域用作数据下传光模块使用的 2.5G 1490nm DFB 激光芯片，国内可批产供货的玩家有限。
10G 光芯片	本土玩家基本掌握核心技术，部分型号产品仍存在较高壁垒。在光纤接入市场，10 GPON 上传芯片仍然实现较高水平国产替代，用作数据下传的 10G 1577nm EML激光芯片主要为博通、住友电工、三菱电机等少数头部厂商供货，本土厂商中，华为、海信宽带可实现部分自产自用。移动通信市场中，由于 5G 基站在 2021 年使用升级的 10G 芯片方案，技术成熟，格局稳定，玩家主要为三菱电机、朗美通、海信宽带、光迅科技等。数据中心市场，10G 芯片主要用于 40G 光模块，依然为非常成熟的方案，本土源杰科技、武汉敏芯等均有出货能力但光模块厂商在综合考虑成本、可靠性等因素情况下，国产替代仍需时间。
25G 及以上芯片	25G 及以上芯片市场空间广阔，但该领域国产化率较低。其中移动网市场中，5G前传用到的 25G DFB 芯片已经为源杰科技所突破，而中回传用到的 25G EML 芯片，仍主要为海外厂商供应。数据中心市场中，海外公司前期主要使用 100G 光模块，2020 年开始向 200/400G 产品升级，本土以 40/100G 为主，2022 年开始向200/400G 升级，目前 100G 光模块仍占数据中心市场的 60%，主要采用 4 颗 25GDFB 激光器或 1 颗 50G EML 通过 PAM4 技术调制为 100G。目前 25G DFB 产品以国外厂商供货为主，本土厂商亦有突破，而数据中心用 EML 产品工艺复杂，仍以海外厂商为主。

资料来源：观研天下整理

近年来，在政策利好下，国产光模块玩家积极突破取得了优异成绩，为光芯片的国产替代打下良好基础。

我国光模块厂商在技术、成本、市场、运营等方面优势凸显，在全球的份额迅速提升。2021 年我国厂商中已有中际旭创、华为、海信宽带、光迅科技、华工正源和新易盛进入全球前十大光模块厂商。

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，国内光芯片厂商迎来发展机遇，预计中国光芯片占全球光芯片市场比例将不断提升。

我国光芯片行业相关利好政策

时间	政策	主要内容
2023.08	《电子信息制造业2023 - 2024年稳增长行动方案》	梳理基础电子元器件、半导体器件、光电子器件、电子材料、新型显示、集成电路、智慧家庭、虚拟现实等标准体系，加快重点标准制定和已发布标准落地实施。
2023.08	《新产业标准化领航工程实施方案<2023- 2035年)》	研制集成电路材料、专用设备与零部件等标准，制修订设计工具、接口规范、封装测试等标准，研制新型存储、处理器等高端芯片标准，开展人工智能芯片、车用芯片、消费电子用芯片等应用标准研究。研制智能传感器、功率半导体器件、新型显示器件等基础器件标准，制修订电连接器、纤维光学、徵波器件以及印制电路等领域标准。
2023.06	《制造业可靠性提升实施意见》	电子行业重点提升电子整机装备用SoC/MCU/CPU等高端通用芯片，氯化镓/碳化硅等宽禁带半导体功率器件、精密光学元器件、光通信器件、新型数感元件及传感器、高适应性传感器模组、北斗芯片与器件、片式阻容感元件、高速连接器、高端射频器件、高端机电元器件、LED芯片等电子元器件的可靠性水平。
2022.01	《“十四五”数字经济发展规划》	瞄准传感器、量子信息、网络通信、集成电路、关键软件、大数据、人工智能、区块链、新材科等战略性前瞻性领域，发挥我国社会主义制度优势、新型举国体制优势、超大规模市场优势，提高数字技术基础研发能力。
2021.11	《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》	开展人工智能、区块链、数字孪生等前沿关键技术攻关，突破核心电子元器件、基础软件等核心技术瓶颈，加快数字产业化进程。
2021.11	《“十四五”信息通信行业发展规划》	加大光通信、毫米波、5G增强、6G、量子通信等网络技术研发支持力度，跟踪开放无线网络技术研究，加速通信网络芯片、器件和设施的产业化和应用推广。
2021.03	《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》	着力提升核心芯片，网络设备、模块、器件等的研发制造水平，推进实现我国通信产业链自立自强，培育壮大产业生态。
2021.01	《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》	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。