满足AI算力要求能耗还低，光芯片手握AI芯片“王牌”，走向“高速路”

今年人工智能火热，已经“引爆”算力需求量。当新一轮以人工智能为代表的科技革命正在席卷全球，作为人工智能核心之一的算力也倍受关注。算力作为人工智能的发动机，是行业当前的发展瓶颈，因为人工智能算法场景多、迭代速度快，对算力的要求非常高，未来算力基础设施的建设和升级换代也必然会成为趋势。

在算力基础设施建设海量增长的背景下，光芯片将会迎来巨大的机会。光芯片与光模块是算力的底座，它是一种集成光学元件的芯片，能够在芯片上实现光学传输、调制、检测、分析等功能。与传统的光学元件相比，光芯片具有体积小、重量轻、功耗低、集成度高等优势，能够实现高速、高精度、高可靠的光学信号处理和传输。目前，光芯片技术已经成为光通信、光存储、光计算等领域的核心技术。

当前我国光芯片与海外差距在逐步缩小，是未来最有可能成为国产替代的领域。另外，激光雷达等应用的快速落地也将有力推升光芯片的需求。

AI带来增量市场

光芯片是光模块成本中占比最大的部分。光模块的成本由多种因素组成，包括光器件、电芯片、PCB 和外壳等原材料。其中，光器件的成本占比最高，达到了 73%。在光器件中，光发射器件和 光接收器件的成本占光器件成本的 80%，而激光器和探测器中的核心光芯片占据了总成本的 85%。

随着传输速率的提高，光芯片在光模块成本中的比例也越来越大，10Gbs 以下光模块中光芯片占 比 30%，10Gbs-25Gbs 光模块中占比 40%，而 25Gbs 以上光模块中光芯片的占比则达到了 60%。

当前新一轮以 AI为代表的科技革命正席卷全球，OpenAI开发的 ChatGPT使得 AIGC备受关注。而在AIGC商业化应用加速落地的背景下，算力基础设施的海量增长和升级换代将成为必然趋势。

光模块现阶段主要应用于光通讯领域，根据LightCounting 数据测算，2022 年全球光模块市场规模同比增长 14%，预计 2022-2027 年全球光模块市场 CAGR 为 10%，在 2027年超过200 亿美元。

光芯片是光模块的核心部件，根据 LightCounting 数据测算，光芯片占光模块市场比重从 2018 年约 15%的水平到 2025 以后超过 25%的水平，呈上升趋势。光电子器件是光模块的重要组成部分，光芯片的成本占比分布在低端器件、中端器件、高端器件上的数据大约分别为 20%、50%、70%。随着通讯、AI 等产业对高性能光模块的需求快速增长，光芯片将呈现量价齐升的增长趋势。

根据 ICC 预测，2019-2024 年，中国光芯片厂商销售规模占全球光芯片市场的比例将不断提升。得益于光芯片国产化进度的持续推进，以及国内未来几年5G设备升级和相关应用落地，大量数据中心设备更新和新数据中心也会持续助力光芯片市场规模的增长，中国将成为全球增速最快的地区之一。

欧美技术领先，高端光芯片亟待国产化

光芯片是光通信产业链核心环节。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。

光芯片是光模块成本中占比最大的部分。光模块的成本由多种因素组成，包括光器件、电芯片、 PCB 和外壳等原材料。其中，光器件的成本占比最高，达到了 73%。在光器件中，光发射器件和光接收器件的成本占光器件成本的80%，而激光器和探测器中的核心光芯片占据了总成本的85%。 随着传输速率的提高，光芯片在光模块成本中的比例也越来越大，10Gbs 以下光模块中光芯片占比30%，10Gbs-25Gbs 光模块中占比40%，而25Gbs 以上光模块中光芯片的占比则达到了 60%。

光芯片发展与光通信和光模块密不可分，行业正处于加速发展阶段。光芯片是光通信和光模块的重要组成部分，随着光通信行业的发展和应用场景的变化，光模块和光芯片都在加速发展。光模块行业已经经历了几十年的发展，光子集成技术的产业体系初步形成，推动了光芯片产业的高速 发展。光芯片在降低光纤损耗等方面发挥了重要作用，在新兴领域方面具有巨大的发展潜力。

欧美国家光芯片技术领先，国内光芯片企业追赶较快，目前全球市场由美中日三国占据主导地位。 海外光芯片企业已形成产业闭环和高行业壁垒，可自主完成芯片设计、晶圆外延等关键工序，可量产 25G 及以上速率的光芯片。部分中国光芯片企业已具备领先水平，随着技术能力提升和市场 认可度提高，竞争力将进一步增强。源杰科技构建了 IDM 全流程自主可控业务体系，2020 年公司 10G、25G 激光器芯片系列产品的出货量在国内均排名第一，2.5G 激光器芯片系列产品的出货量排名领先。华工科技旗下华工正源拥有亚洲先进的光模块自动化线体，具备全系列产品的垂直 整合以及快速批量交付能力，云岭光电实现 25G 激光器芯片量产。长光华芯在设计、量产高功率 半导体激光芯片基础上，纵向延伸覆盖下游器件、模块及直接半导体激光器业务，横向拓展 VCSEL 及光通信芯片。炬光科技业务覆盖上游“产生光子”“调控光子”及中游汽车、泛半导体、 医疗健康领域，与多家业内知名公司达成合作。聚飞光电参股德国硅光技术公司 Sicoya 布局高端 半导体领域，Sicoya 主营硅光芯片、光电芯片、光电器件及光模块。三安光电提供 VCSEL 芯片 及阵列、DFB 激光器、光电二极管等高速光学产品的代工业务。

各类光芯片国产替代率分化明显，高端光芯片国产替代率仍较低。我国光芯片企业已基本掌握 2.5G 及以下速率光芯片的核心技术，根据 ICC 预测，2021 年该速率国产光芯片占全球比重超过 90%；10G 光芯片方面，2021 年国产光芯片占全球比重约 60%，但不同光芯片的国产化情况存在一定差异，部分 10G 光芯片产品性能要求较高、难度较大，如 10G VCSEL/EML 激光器芯片等，国产化率不到 40%；25G 及以上光芯片方面，随着 5G 建设推进，我国光芯片厂商在应用于 5G 基站前传光模块的 25G DFB 激光器芯片有所突破，数据中心市场光模块企业开始逐步使用国产厂商的 25G DFB 激光器芯片，2021 年 25G 光芯片的国产化率约 20%，但 25G 以上光芯片的 国产化率仍较低，约为 5%，目前仍以海外光芯片厂商为主。

高速率光芯片前景广阔

目前国内低速率光芯片市场呈现高度竞争的格局，已有30多家企业实现了10G及以下光芯片的销售，市场价格战激烈，头部厂商有明显规模优势和优质客户资源优势，低速率芯片市场趋近饱和。在这样的市场环境下，低速芯片价格每年下降15%-20%的趋势，导致企业利润空间逐渐收缩，因此中小企业或初创企业难以存活。

而高速率光芯片市场来看，对外依存度较高。25G及以上速率属于高速率光芯片，目前由欧美日领先企业占主导，Oclaro、Avago、NeoPhotonics等具备50G EML芯片能力，DFB和VCSEL激光器芯片大规模商用的最高速率已达到50G，Finisar、AAOI、Oclaro具备50G PAM4 DML芯片的能力。国内与海外产业领先水平存在一定差距。考虑到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，在对高速传输需求不断提升背景下，未来25G以上速率光模块所使用的光芯片占比将逐渐扩大，到2025年，整体市场空间将达43.40亿美元，年均复合增长率将达到21.40%。

目前来看，国内厂商的努力方向一个是在高速率光芯片领域借自身技术实力绑定优质客户实现进口替代，另一个就是借助新品类的开发+下游大客户的突破，打开远期成长天花板。

文章来源： 观研天下，谭哥谈财经，证券市场红周刊，未来智库