1、高速光芯片行业概况全球信息互联规模不断扩大，纯电子信息的运算与传输能力的提升遇到瓶颈，光电信息技术正在崛起。在传统的通信传输领域，早期通过电缆进行信号传输，但电传输损耗大、中继距离短、承载数据量小、信号频率提升受限，而光作为载体兼有容量大、成本低等优点，商用传输领域已逐步被光通信系统替代。随着技术发展与成熟，光电信息技术应用逐步拓展到医疗、消费电子和汽车等新兴领域，为行业发展提供成长空间。

光通信是以光信号为信息载体，以光纤作为传输介质，通过电光转换，以光信号进行传输信息的系统。光通信系统传输信号过程中，发射端通过激光器芯片进行电光转换，将电信号转换为光信号，经过光纤传输至接收端，接收端通过探测器芯片进行光电转换，将光信号转换为电信号。

高速光芯片是现代高速通讯网络的核心之一。光芯片系实现光电信号转换的基础元件，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。光纤接入、4G/5G移动通信网络和数据中心等网络系统里，光芯片都是决定信息传输速度和网络可靠性的关键。光芯片可以进一步组装加工成光电子器件，再集成到光通信设备的收发模块实现广泛应用。光芯片在光通信系统中应用位置如下：

（1）光芯片属于半导体领域，位于光通信产业链上游，是现代光通信器件核心元件：光通信等应用领域中，激光器芯片和探测器芯片合称为光芯片。光芯片是光电子器件的重要组成部分，是半导体的重要分类，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。光芯片之于半导体的关系示意图如下：

从产业链角度看，光芯片与其他基础构件（电芯片、结构件、辅料等）构成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括光组件与光模块，产业下游组装成系统设备，最终应用于电信市场，如光纤接入、4G/5G移动通信网络，云计算、互联网厂商数据中心等领域。光通信产业链示意图如下：

光通信产业链中，组件可分为光无源组件和光有源组件。光无源组件在系统中消耗一定能量，实现光信号的传导、分流、阻挡、过滤等“交通”功能，主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等；光有源组件在系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、光接收组件、光调制器等。光芯片加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国高速光芯片行业市场调研及战略规划投资预测报告》

光模块结构示意图（SFP+封装）分析

（2）光芯片的基本类型：光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB和EML芯片；探测器芯片，主要有PIN和APD两类。具体情况如下：

①激光器芯片：激光器芯片主要有VCSEL、FP、DFB和EML，具体特点如下：

②探测器芯片：探测器芯片主要有PIN和APD，具体特点如下所示：

（3）光芯片的发展概况：光通信指的是以光纤为载体传输光信号的大容量数据传输方式，通过光芯片和传输介质实现对光的控制。20世纪60年代，激光器芯片技术和低损耗光纤技术出现，激光器芯片材料和结构不断发展，逐步实现对激光运行波长、色散问题、光谱展宽等的控制。

经过结构设计、组件集成和生产工艺的改进，目前EML激光器芯片大规模商用的最高速率已达到100G，DFB和VCSEL激光器芯片大规模商用的最高速率已达到50G。在不断满足高带宽、高速率要求的同时，光芯片的应用逐渐从光通信拓展至包括医疗、消费电子和车载激光雷达等更广阔的应用领域。

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2、光芯片行业的现状：

（1）光芯片行业国外起步较早技术领先，国内政策扶持推动产业发展①欧美日国家光芯片行业起步较早、技术领先：光芯片主要使用光电子技术，海外在近代光电子技术起步较早、积累较多，欧美日等发达国家陆续将光子集成产业列入国家发展战略规划，其中，美国建立“国家光子集成制造创新研究所”，打造光子集成器件研发制备平台；欧盟实施“地平线2020”计划，集中部署光电子集成研究项目；日本实施“先端研究开发计划”，部署光电子融合系统技术开发项目。海外光芯片公司拥有先发优势，通过积累核心技术及生产工艺，逐步实现产业闭环，建立起较高的行业壁垒。海外光芯片公司普遍具有从光芯片、光收发组件、光模块全产业链覆盖能力。除了衬底需要对外采购，海外领先光芯片企业可自行完成芯片设计、晶圆外延等关键工序，可量产25G及以上速率光芯片。此外，海外领先光芯片企业在高端通信激光器领域已经广泛布局，在可调谐激光器、超窄线宽激光器、大功率激光器等领域也已有深厚积累。

②国内光芯片以国产替代为目标，政策支持促进产业发展：国内的光芯片生产商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力，而光芯片核心的外延技术并不成熟，高端的外延片需向国际外延厂进行采购，限制了高端光芯片的发展。以激光器芯片为例，我国能够规模量产10G及以下中低速率激光器芯片，但25G激光器芯片仅少部分厂商实现批量发货，25G以上率激光器芯片大部分厂商仍在研发或小规模试产阶段。整体来看高速率光芯片严重依赖进口，与国外产业领先水平存在一定差距。

我国政府在光电子技术产业进行重点政策布局，2017年中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》，明确2022年25G及以上速率DFB激光器芯片国产化率超过60%，实现高端光芯片逐步国产替代的目标。国务院印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划，要求做强信息技术核心产业，推动光通信器件的保障能力。

（2）光芯片应用场景不断升级，光芯片需求持续增长：

①政策引导及信息应用推动流量需求快速增长，光芯片应用持续升级：随着信息技术的快速发展，全球数据量需求持续增长，根据中金企信统计数据，2017年至2020年，全球固定网络和移动网络数据量从92万PB增长至217万PB，年均复合增长率为33.1%，预计2024年将增长至575万PB，年均复合增长率为27.6%。同时，光电子、云计算技术等不断成熟，将促进更多终端应用需求出现，并对通信技术提出更高的要求。受益于信息应用流量需求的增长和光通信技术的升级，光模块作为光通信产业链最为重要的器件保持持续增长。

根据中金企信统计数据，2016年至2020年，全球光模块市场规模从58.6亿美元增长到66.7亿美元，预测2025年全球光模块市场将达到113亿美元，为2020年的1.7倍。光芯片作为光模块核心元件有望持续受益。

2016-2025年全球光模块市场规模及预测

       数据统计：中金企信国际咨询

2021年11月，工信部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》要求全面部署新一代通信网络基础设施，全面推进5G移动通信网络、千兆光纤网络、骨干网、IPv6、移动物联网、卫星通信网络等的建设或升级；统筹优化数据中心布局，构建绿色智能、互通共享的数据与算力设施；积极发展工业互联网和车联网等融合基础设施。《“十四五”信息通信行业发展规划》指明信息基础设施建设的目标，在规划目标落地的过程中，光芯片需求量也将不断增长，规划要求的主要指标情况如下：

 数据统计：中金企信国际咨询

②“宽带中国”推动光纤网络建设，千兆光纤网络升级推动光芯片用量提升：FTTx光纤接入是全球光模块用量最多的场景之一，而我国是FTTx市场的主要推动者。受制于电通信电子器件的带宽限制、损耗较大、功耗较高等，运营商逐步替换铜线网络为光纤网络。目前，全球运营商骨干网和城域网已实现光纤化，部分地区接入网已逐渐向全网光纤化演进。PON技术是实现FTTx的最佳技术方案之一，当前主流的EPON/GPON技术采用1.25G/2.5G光芯片，并向10G光芯片过渡。根据中金企信统计数据，2020年FTTx全球光模块市场出货量约6,289万只，市场规模为4.73亿美元，随着新代际PON的应用逐渐推广，预计至2025年全球FTTx光模块市场出货量将达到9,208万只，年均复合增长率为7.92%，市场规模达到6.31亿美元，年均复合增长率为5.93%。

2020-50525年全球FTTx光模块用量及市场规模预测

 数据统计：中金企信国际咨询

我国是光纤接入全面覆盖的大国，为国内光芯片产业发展带来良好机遇。根据工信部《宽带发展白皮书》，2020年，我国光纤接入用户占比全球第二，仅次于新加坡。此外，根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，在持续推进光纤覆盖范围的同时，我国要求全面部署千兆光纤网络。以10G-PON技术为基础的千兆光纤网络具备“全光联接，海量带宽，极致体验”的特点，将在云化虚拟现实（CloudVR）、超高清视频、智慧家庭、在线教育、远程医疗等场景部署，引导用户向千兆速率宽带升级。2020年，我国10G-PON及以上端口数达到320万个，到2025年将达到1,200万个。

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③5G移动通信网络建设及商用化促进电信侧高端光芯片需求：全球正在加快5G建设进程，5G建设和商用化的开启，将拉动市场对光芯片的需求。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。根据全球移动供应商协会（GSA）的数据，截至2021年10月末，全球469家运营商正在投资5G建设，其中48个国家或地区的94家运营商已开始投资公共5G独立组网（5GSA）。

5G移动通信网络提供更高的传输速率和更低的时延，各级光传输节点间的光端口速率明显提升，要求光模块能够承载更高的速率。5G移动通信网络可大致分为前传、中传、回传，光模块也可按应用场景分为前传、中回传光模块，前传光模块速率需达到25G，中回传光模块速率则需达到50G/100G/200G/400G，带动25G甚至更高速率光芯片的市场需求。根据统计数据，全球电信侧光模块市场前传、（中）回传和核心波分市场需求将持续上升，2020年分别达到8.21亿美元、2.61亿美元和10.84亿美元，预计到2025年，将分别达到5.88亿美元、2.48亿美元和25.18亿美元。电信市场的持续发展，将带动电信侧光芯片应用需求的增加。

我国5G建设走在全球前列。根据工信部的数据，截至2021年9月末，我国5G基站总数115.9万个，占国内移动基站总数的12%，占全球比例约70%，是目前全球规模最大的5G独立组网网络。2021年上半年国内5G基站建设进度有所推迟，但下半年招标及建设节奏明显提速。根据《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》，到2021年底，5G网络基本实现县级以上区域、部分重点乡镇覆盖，新增5G基站超过60万个；到2023年底，5G网络基本实现乡镇级以上区域和重点行政村覆盖，推进5G的规模化应用。

④云计算产业发展，全球及国内数据中心数量大幅增长，光芯片重要性突显：互联网及云计算的普及推动了数据中心的快速发展，全球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。

根据中金企信统计数据，截至2020年底，全球20家主要云和互联网企业运营的超大规模数据中心总数已经达到597个，是2015年的两倍，其中我国占比约10%，排名第二。光通信技术在数据中心领域得到广泛的应用，极大程度提高了其计算能力和数据交换能力。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，根据中金企信统计数据，2019年全球数据中心光模块市场规模为35.04亿美元，预测至2025年，将增长至73.33亿美元，年均复合增长率为13.09%。

我国云计算产业持续景气，云计算厂商建设大型及超大型数据中心不断加速。根据中国信通院《2021云计算白皮书》，2020年我国公有云市场规模达到1,277亿元，同比增长85.2%，私有云市场规模达到814亿元，同比增长26.1%。政策层面，我国政府将云计算作为产业转型的重要方向，积极推动云计算、数据中心的发展。根据工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》，到2021年底，全国数据中心平均利用率提升到55%以上，到2023年底，全国数据中心机架规模年均增速保持在20%，平均利用率提升到60%以上，带动光芯片市场需求的持续增长。

（3）高速率光芯片市场的增长速度将远高于中低速率光芯片：全球流量快速增长、各场景对带宽的需求不断提升，带动高速率模块器件市场的快速发展。当前光芯片主要应用场景包括光纤接入、4G/5G移动通信网络、数据中心等，都处于速率升级、代际更迭的关键窗口期。

电信市场方面，光纤接入市场，FTTx普遍采用PON技术接入，当前PON技术跨入以10G-PON技术为代表的双千兆时代。10G-PON需求快速增长及未来25G/50G-PON的出现将驱动10G以上高速光芯片用量需求大幅增加。同时，移动通信网络市场，随着4G向5G的过渡，无线前传光模块将从10G逐渐升级到25G，电信模块将进入高速率时代。中回传将更加广泛采用长距离10km80km的10G、25G、50G、100G、200G光模块，该类高速率模块中将需要采用对应的10G、25G、50G等高速率和更长适用距离的光芯片，推动高端光芯片用量不断增加。

数据中心方面，随着数据流量的不断增多，交换机互联速率逐步由100G向400G升级，且未来将逐渐出现800G需求。预计至2025年，400G光模块市场规模将快速增长并达到18.67亿美元，带动25G及以上速率光芯片需求。

在对高速传输需求不断提升背景下，25G及以上高速率光芯片市场增长迅速。高速率光芯片增速较快，2019年至2025年，25G以上速率光模块所使用的光芯片占比逐渐扩大，整体市场空间将从13.56亿美元增长至43.40亿美元，年均复合增长率将达到21.40%。

（4）国内光模块厂商实力提升，光芯片行业将受益于国产化替代机遇：光芯片下游直接客户为光模块厂商，近年来，我国光模块厂商在技术、成本、市场、运营等方面的优势逐渐凸显，占全球光模块市场的份额逐步提升。

根据中金企信统计数据，2020年我国厂商中已有中际旭创、华为、海信宽带、光迅科技、新易盛、华工正源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。

中金企信国际咨询公布的《2022-2028年光模块市场调查分析与投资战略分析预测报告》

2020年中国前十名光模块供应商排名分析

3、光芯片行业未来发展趋势：

（1）光传感应用领域的拓展，为光芯片带来更多的市场需求：光芯片在消费电子市场的应用领域不断拓展。目前，智能终端方面，已使用基于3DVCSEL激光器芯片的方案，实现3D信息传感，如人脸识别。根据中金企信研究资料，医疗市场方面，智能穿戴设备正在开发基于激光器芯片及硅光技术方案，实现健康医疗的实时监测。

同时，随着传统乘用车的电动化、智能化发展，高级别的辅助驾驶技术逐步普及，核心传感器件激光雷达的应用规模将会增大。基于砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）的光芯片作为激光雷达的核心部件，其未来的市场需求将会不断增加。

（2）下游模块厂商布局硅光方案，大功率、小发散角、宽工作温度DFB激光器芯片将被广泛应用：随着电信骨干网络和数据中心流量快速增长，更高速率光模块的市场需求不断凸显。传统技术主要通过多通道方案实现100G以上光模块速度的提升，然而随着数据中心、核心骨干网等场景进入到400G及更高速率时代，单通道所需的激光器芯片速率要求将随之提高。以400GQSFP-DDDR4硅光模块为例，需要单通道激光器芯片速率达到100G。在此背景下，利用CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代硅光技术成为一种趋势。

硅光方案中，激光器芯片仅作为外置光源，硅基芯片承担速率调制功能，因此需将激光器芯片发射的光源耦合至硅基材料中。凭借高度集成的制程优势，硅基材料能够整合调制器和无源光路，从而实现调制功能与光路传导功能的集成。例如400G光模块中，硅光技术利用70mW大功率激光器芯片，将其发射的大功率光源分出4路光路，每一光路以硅基调制器与无源光路波导实现100G的调制速率，即可实现400G传输速率。硅光方案使用的大功率激光器芯片，要求同时具备大功率、高耦合效率、宽工作温度的性能指标，对激光器芯片要求更高。

（3）磷化铟（InP）集成光芯片方案是满足下一代高性能网络需求的重要发展方向：为满足电信中长距离传输市场对光器件高速率、高性能的需求，现阶段广泛应用基于磷化铟（InP）集成技术的EML激光器芯片。随着光纤接入PON市场逐步升级为25G/50G-PON方案，基于激光器芯片、半导体光放大器（SOA）的磷化铟集成方案，如DFB+SOA和EML+SOA，将取代现有的分立DFB激光器芯片方案，提供更高的传输速率和更大的输出功率。

此外，下一代数据中心应用400G/800G传输速率方案，传统DFB激光器芯片短期内无法同时满足高带宽性能、高良率的要求，需考虑采用EML激光器芯片以实现单波长100G的高速传输特性。同时，随着应用于数据中心间互联的波分相干技术普及，基于磷化铟（InP）集成技术的光芯片由于具备紧凑小型化、高密集成等特点，可应用于双密度四通道小型可插拔封装（QSFP-DD）等更小型端口光模块，其应用规模将进一步的提升。

（4）中美贸易摩擦加快进口替代进程，给我国光芯片企业带来增长机遇：近年来中美间频繁产生贸易摩擦，美国对诸多商品征收关税，并加大对部分中国企业的限制。由于高端光芯片技术门槛高，我国核心光芯片的国产化率较低，主要依靠进口。根据《中国光电子器件产业技术发展路线图（2018-2022年）》，10G速率以下激光器芯片国产化率接近80%，10G速率激光器芯片国产化率接近50%，但25G及以上高速率激光器芯片国产化率不高，国内企业主要依赖于美日领先企业进口。在中美贸易关系存在较大不确定的背景下，国内企业开始测试并验证国内的光芯片产品，寻求国产化替代，将促进光芯片行业的自主化进程。