光芯片：国产替代加速，市场格局解析

大自然的搬运工 2023-03-10 18:38:48  49148

分类专栏：资讯

随着云计算、人工智能和机器学习等业务的兴起，数据中心趋于更高速率发展，服务器、交换机等网络设备也向着更高速率和更高性能发展，因此高速光模块的需求不断增加。

光芯片作为光模块的核心元件，有望受益于数据中心和电信双轮驱动光芯片向上成长。

根据LightCounting的数据，2025年全球光模块市场规模预计将达到113亿美元，21-25年CAGR达11.3%。2023-2024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，且产品结构不断升级，10G、25G及以上光芯片依然有较大提升空间。

资料来源：ICC

光芯片行业概览

光芯片是实现光电信号转换的基础元件，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，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。

光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片。

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。

探测器芯片主要包括PIN和APD两类。

光芯片在光通信系统中应用位置：

来源：中国电子元件行业协会

光芯片企业通常采用III-V族化合物磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）作为芯片的衬底材料，相关材料具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合高频通信的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。

其中，磷化铟（InP）衬底用于制作FP、DFB、EML边发射激光器芯片和PIN、APD探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬底用于制作VCSEL面发射激光器芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D感测等领域。

光芯片市场格局

全球光芯片市场格局来看，海外光芯片厂商具备先发优势，中高端光芯片国产替代空间巨大。

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的数据，2.5G及以下速率光芯片国产化率超过90%；10G光芯片国产化率约60%，部分性能要求较高、难度较大 10G光芯片仍需进口。

2.5G及以下速率光芯片：国内厂商主导

2.5G光芯片主要应用于光纤接入市场，产品技术成熟，如PON（GPON）数据上传光模块使用的2.5G 1310nm DFB激光器芯片。

2.5光芯片领域本土化程度较高，我国已经基本实现国产化，本土企业占据主要市场份额，且国内厂商主导全球市场。国外光芯片厂商由于成本竞争等因素，已基本退出相关市场。

ICC数据显示，2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场中，国内光芯片企业已经占据主要份额，其中武汉敏芯、中科光芯、光隆科技、光安伦、仕佳光子、源杰科技、中电13所等国产厂商全球市占率（按发货量）分别为17%、17%、13%、11%、9%、7%、4%。

2.5光芯片领域本土化程度较高：

资料来源：源杰科技、开源证券

10G光芯片：国产渗透率提升

我国光芯片企业已基本掌握10G光芯片的核心技术，但部分型号产品仍存在较高技术门槛，仍依赖进口。

国内部分光芯片厂商已具备相关产品出货能力，但下游光模块厂商综合考虑替换成本、可靠性、批量出货能力等因素，国产化占比提升仍需要一个过程。

ICC统计，2021年全球10G DFB激光器芯片市场（按发货量）中，源杰科技市占率为20%，已超过住友电工（市占率15%）等海外厂商，位居全球首位。

云岭光电、中电13所、中科光芯、武汉敏芯等国产厂商市占率分别为6%、6%、6%、2%，三菱电机也有4%的市场份额。

全球10G DFB激光器芯片市场份额：

下游来看，10G光芯片在光纤接入市场、移动通信网络市场和数据中心市场均有应用。

光纤接入市场相关芯片设计与工艺开发复杂，国产化率低，仅博通、住友电工、三菱电机等少数国际头部厂商能够批量供货。

目前国内光芯片厂商中，华为、海信宽带可以部分实现自产自用。

10G光芯片供应商格局稳定，主要为三菱电机、朗美通（Lumentum）、海信宽带、光迅科技等。源杰科技应用于4G移动通信网络的10G激光器芯片已实现批量供货，应用于5G基站升级的10G光芯片已通过客户验证阶段并逐步拓展相关市场。

数据中心市场方面，海外互联网公司主要使用100G及以上速率光模块，国内互联网公司目前主要使用40G/100G光模块并开始向更高速率模块过渡，其中40G光模块使用4颗10G DFB激光器芯片的方案。

25G及以上光芯片：国内厂商成长空间大

25G及以上光芯片包括25G、50G、100G激光器及探测器芯片，主要应用于移动通信网络市场和数据中心市场。

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5%，目前仍以海外光芯片厂商为主。

源杰科技经过多年发展，2.5G、10G产品市场竞争力提升，25G速率芯片面向数据中心的产品蓄势待发，10G、50G、100G等速率新品研发加速布局。

长光华芯依托于IDM模式构建激光芯片生产体系，核心技术涵盖器件设计和外延生长，FAB晶圆工艺、腔面钝化处理、高亮度合束及光纤耦合技术等。

敏芯股份主营业务为2.5G/10G/25G/50G全系列激光器和探测器光芯片及封装类产品，在MEMS压力传感器领域公司积极探索新产品研发和应用，持续推进MEMS加速度传感器新产品新工艺的开发。

中科光芯是目前国内唯一一家能全生产链自主生产光芯片的生产商。

整体来看，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。

经过多年的发展，我国光芯片企业已基本掌握2.5G和10G光芯片的核心技术，但仍有部分型号产品性能要求高、难度大，实现批量供货的国内厂商数量较少，产业链国产替代空间广阔。

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