


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)光通信功能的芯片,是光器件和光模塊的核心。光芯片的原理是基于光子學(xué)原理,即利用光的波動(dòng)性和粒子性來(lái)傳輸和處理信息。光芯片的工作過(guò)程可簡(jiǎn)單分為三個(gè)步驟:光發(fā)射、光傳輸和光檢測(cè)。首先,激光器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),其次,光波導(dǎo)將光信號(hào)在芯片內(nèi)傳輸;最后,光探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光芯片通過(guò)加工封裝為光發(fā)射組件(TOSA)及光接收組件(ROSA),再將光收發(fā)組件、電芯片、結(jié)構(gòu)件等進(jìn)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。
光芯片細(xì)分品類多,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。光芯片主要分為有源光器件芯片和無(wú)源光器件芯片。有源光芯片包括激光器芯片和探測(cè)器芯片,而無(wú)源光芯片則包括PLC和AWG芯片。激光器芯片和探測(cè)器芯片分別用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)和將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。激光器芯片可以進(jìn)一步分為邊發(fā)射激光器芯片(EEL)和面發(fā)射激光器芯片(VCSEL)。探測(cè)器芯片使用最廣泛的是PIN光電二極管(PIN-PD)和APD(雪崩光電二極管)。
中國(guó)光芯片行業(yè)始于20世紀(jì)80年代末至90年代初的起步階段,經(jīng)歷了初步發(fā)展、快速增長(zhǎng)、技術(shù)突破和國(guó)際合作等階段,近年來(lái)逐步走向國(guó)際化舞臺(tái)。隨著政策支持和市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng),中國(guó)光芯片行業(yè)正邁向更廣闊的未來(lái),將繼續(xù)在全球光通信和高科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
光芯片目前已廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)、消費(fèi)、照明等領(lǐng)域,下游市場(chǎng)不斷拓展。受益于信息應(yīng)用流量需求的增長(zhǎng)和光通信技術(shù)的升級(jí),光模塊作為光通信產(chǎn)業(yè)鏈最為重要的器件保持持續(xù)增長(zhǎng),光芯片作為光模塊核心元件有望持續(xù)受益。近年來(lái),國(guó)家及各地方政府相繼出臺(tái)政策扶持中國(guó)光芯片行業(yè)的發(fā)展。例如,2023年7月,工信部等五部門印發(fā)《制造業(yè)可靠性提升實(shí)施意見(jiàn)》,提出要重點(diǎn)提升電子整機(jī)裝備用SoC/MCU/GPU等高端通用芯片、氮化鎵/碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體功率器件、精密光學(xué)元器件、光通信器件、新型敏感元件及傳感器、高適應(yīng)性傳感器模組、北斗芯片與器件、片式阻容感元件、高速連接器、高端射頻器件、高端機(jī)電元器件、LED芯片等電子元器件的可靠性水平。2024年3月,河南省人民政府辦公廳印發(fā)《河南省加快制造業(yè)“六新”突破實(shí)施方案》,提出要鼓勵(lì)高校、科研機(jī)構(gòu)和龍頭企業(yè)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān),研發(fā)面向國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)和芯片的區(qū)塊鏈底層技術(shù),打造省級(jí)區(qū)塊鏈安全技術(shù)檢測(cè)中心、安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)。
中國(guó)光芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游包括磷化銦襯底材料、砷化鎵襯底材料、工業(yè)氣體、封裝材料、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等;中游為光芯片,可分為有源光器件芯片及無(wú)源光器件芯片;下游應(yīng)用光通信、消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)制造、醫(yī)療等領(lǐng)域。
隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展,全球數(shù)據(jù)流量呈爆發(fā)式增長(zhǎng),互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)成為大勢(shì)所趨。此外,數(shù)據(jù)中心作為光通信行業(yè)的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域,近年來(lái)在世界主要國(guó)家和大型企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的帶動(dòng)下發(fā)展迅速。光通信行業(yè)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和數(shù)據(jù)中心搭建的基礎(chǔ),在下游需求擴(kuò)張的推動(dòng)下,其行業(yè)將保持穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示,2023年我國(guó)光通信市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1390億元,同比增長(zhǎng)4.43%。光芯片作為光通信和光模塊的重要組成部分,隨著光通信行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的變化,光芯片行業(yè)將加速發(fā)展。
目前,國(guó)內(nèi)光芯片相關(guān)企業(yè)僅在2.5G和10G光芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)核心技術(shù)的掌握,高端光芯片國(guó)產(chǎn)替代率仍較低。2.5G及以下速率光芯片國(guó)產(chǎn)化率約90%;10G光芯片國(guó)產(chǎn)化率約60%,部分性能要求較高、難度較大。10G光芯片仍需進(jìn)口;25G光芯片國(guó)產(chǎn)化率約20%,但25G以上光芯片的國(guó)產(chǎn)化率僅5%,仍以海外光芯片廠商為主,未來(lái)國(guó)產(chǎn)化的提升潛力廣闊。
隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展,光芯片市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭,這主要得益于下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω咚?、高帶寬、低延遲通信的需求不斷增加。例如,在數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算領(lǐng)域,高密度、高性能的光互連解決方案已經(jīng)成為基礎(chǔ)設(shè)施的核心,光芯片在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用占比不斷上升。近年來(lái),中國(guó)光芯片行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模整體呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)光芯片行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模從2015年的5.56億美元增長(zhǎng)至2023年的19.74億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為17.16%。未來(lái)幾年5G設(shè)備升級(jí)和相關(guān)應(yīng)用落地將會(huì)持續(xù)進(jìn)行,同時(shí)大量數(shù)據(jù)中心設(shè)備更新和新數(shù)據(jù)中心落地也會(huì)持續(xù)助力光芯片市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)。
●企業(yè)格局
光芯片是光通信產(chǎn)業(yè)鏈的核心元件,需封裝成光收發(fā)組件,并進(jìn)一步加工成光模塊才能實(shí)現(xiàn)最終功能。全球范圍內(nèi),從事光芯片研發(fā)、生產(chǎn)的廠商中,歐美日領(lǐng)先企業(yè)能夠覆蓋光芯片至光模塊全產(chǎn)業(yè)鏈,實(shí)現(xiàn)光芯片產(chǎn)業(yè)鏈的垂直一體化。我國(guó)光芯片行業(yè)參與廠商主要包括晶圓片企業(yè)、專業(yè)光芯片企業(yè)及大型模塊廠商。
國(guó)內(nèi)專業(yè)光芯片廠商包括源杰科技、武漢敏芯、中科光芯、雷光科技、光安倫、云嶺光電等。國(guó)內(nèi)綜合光芯片模塊廠商或擁有獨(dú)立光芯片業(yè)務(wù)板塊廠商包括光迅科技、海信寬帶、索爾思、三安光電、仕佳光子等。目前國(guó)內(nèi)光芯片企業(yè)正在積極開(kāi)發(fā)25G光芯片產(chǎn)品,源杰科技、光迅科技、仕佳光子、海信寬帶等企業(yè)都有相關(guān)業(yè)務(wù)布局。
●AI推動(dòng)模塊升級(jí),單通道速率逐步提升
人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)算力的需求迅速增長(zhǎng),進(jìn)一步推動(dòng)了1.6T光模塊的發(fā)展。預(yù)計(jì)1.6T乃至更高速率的光模塊將成為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接的新技術(shù)趨勢(shì),以配合未來(lái)更大帶寬、更高算力的GPU需求。目前1.6T光模塊批量商用的進(jìn)程正在加速,這對(duì)光芯片提出更高的要求,包括200GPAM4 EML、CW光源等在內(nèi)的多種芯片將成為1.6T光模塊中光芯片的解決方案。
●光芯片下游應(yīng)用市場(chǎng)不斷拓展
光芯片的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展。在傳感領(lǐng)域,如環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣體檢測(cè),光芯片被用作傳感器,能夠檢測(cè)光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),用于數(shù)據(jù)采集和分析。在汽車領(lǐng)域,隨著傳統(tǒng)乘用車的電動(dòng)化、智能化發(fā)展,高級(jí)別的輔助駕駛技術(shù)逐步普及,核心傳感器件如激光雷達(dá)的應(yīng)用規(guī)模將會(huì)增大。基于砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)的光芯片作為激光雷達(dá)的核心部件,其未來(lái)的市場(chǎng)需求將會(huì)不斷增加。
●磷化銦集成光芯片滿足下一代高性能網(wǎng)絡(luò)
隨著應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心間互聯(lián)的波分相干技術(shù)普及,基于磷化銦(InP)集成技術(shù)的光芯片由于具備緊湊小型化、高密集成等特點(diǎn),可應(yīng)用于雙密度四通道小型可插拔封裝(QSFP-DD)等更小型端口光模塊,其應(yīng)用規(guī)模將進(jìn)一步地提升。
●下游模塊廠商布局硅光方案
隨著電信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心流量的增長(zhǎng),對(duì)更高速率光模塊的需求逐漸凸顯。隨著數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景進(jìn)入到400G及更高速率時(shí)代,傳統(tǒng)技術(shù)難以滿足需求,因此新一代硅光技術(shù)成為了發(fā)展趨勢(shì),通過(guò)CM0S工藝進(jìn)行光器件開(kāi)發(fā)和集成,以提高單通道激光器芯片速率。
公司投資企業(yè)案例
武漢敏芯半導(dǎo)體股份有限公司
公司參股基金武漢光宏科創(chuàng)投資基金于2020年投資了武漢敏芯半導(dǎo)體股份有限公司,敏芯半導(dǎo)體位于武漢光谷,是一家致力于光通信用激光器和探測(cè)器芯片產(chǎn)品,集研發(fā)、制造和銷售于一體的高科技企業(yè),公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為 2.5G/10G/25G 全系列激光器和探測(cè)器光芯片及封裝類產(chǎn)品。2021年,該公司完成25G APD芯片開(kāi)發(fā)并量產(chǎn),獲評(píng)“光谷明日之星”和“湖北省專精特新小巨人”稱號(hào);2022年 ,該公司獲評(píng)“湖北省上市后備金種子企業(yè)”和“瞪羚企業(yè)”稱號(hào)。
博創(chuàng)科技股份有限公司
公司參股基金湖北長(zhǎng)江直投一期投資基金于2024年與武漢長(zhǎng)飛科創(chuàng)產(chǎn)業(yè)基金、湖北長(zhǎng)江長(zhǎng)飛激光智造創(chuàng)業(yè)投資基金共同投資了上市公司博創(chuàng)科技股份有限公司子公司嘉興英博科技,該公司布局國(guó)內(nèi)外光芯片及器件業(yè)務(wù),包括 PLC 分路器系列產(chǎn)品、 AWG系列產(chǎn)品等。博創(chuàng)科技是國(guó)內(nèi)首家做PLC光分路器的公司,率先推出SFP+10G Combo Pon光模塊,出貨量國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,同時(shí)在全球有源光纜(AOC)多通道光電收發(fā)芯片市場(chǎng)占據(jù)顯著份額。2022年,長(zhǎng)飛光纖成為博創(chuàng)科技的實(shí)際控股人,大力支持博創(chuàng)科技把握境外接入網(wǎng)升級(jí)和硅光400G光模塊規(guī)模部署的機(jī)遇,近年來(lái)博創(chuàng)科技海外營(yíng)收顯著增長(zhǎng)。
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