光芯片是光通讯的 “信号翻译官”(担任光电转化),属半导体要害详尽区分范畴,其功用决议光通讯传输功率光纤、4G/5G、数据中心等网络系统里,它是传输速度与稳定性的中心担任。
中心结构分光芯片、电芯片两大件 —— 像快递站点里的 “收发岗” 与 “调度岗”。光芯片装在激光器(光信号源头)、探测器(光转电设备)中,担任光信号的发与收;电芯片是 “信号调度员”,包括扩展器、驱动芯片等,管着电 / 光信号的转化与调控,保证传输稳妥。
两类芯片协同工作,让光模块成了现代通讯的要害组件,使用在交换机、光纤收发器等设备里。
光芯片分有源、无源两类,有源含激光器、探测器、调制器芯片;狭义光芯片特指激光器、探测器芯片 ——技能门槛最高、价值占比最大,是范畴 “双中心”。有源和无源商场占有率比照为83%:17%。
光芯片是光模块的 “心脏”,其价值占比会随光模块速率提高而扩展;自 1998 年起,光模块速率从 1.25Gbit/s 一路迭代至 800G(已成为智算中心标配),1.6T 成新焦点、3.2T 及更高标准也在推进。现在 EML 激光器芯片商用最高速率达 100G,DFB 和 VCSEL 达 50G,越是高速高端的光模块,光芯片的价值占比越杰出。
磷化铟是中长距传输 “专精选手”,功用优,用于 FP/DFB/EML 激光器、PIN/APD 探测器,适配电信、数据中心中长距场景;
砷化镓是短距场景 “适配选手”,耐抗强,用于 VCSEL 激光器,掩盖数据中心短距、3D 感测范畴。
此外,光芯片上游工业链含规划、基板制作等四环节,外延成长是高壁垒中心(靠 MOCVD 等技能,质量定芯片功用),现在干流厂商选用 IDM 一体化形式。
半导体资料按呈现时刻分三代,其间 III-V 族化合物是通讯范畴的主力选手:
一代是单元素半导体(硅、锗),硅像电子工业的 “通用建材”—— 最常见、本钱低、使用最广,是职业根底盘;
二代是 III-V 族化合物(砷化镓、磷化铟),是通讯范畴的 “专精部件”—— 高电子迁移率 + 超卓光电功用,精准适配通讯场景;
三代是宽禁带半导体(氮化镓、碳化硅),像 “高端特种器材”—— 禁带宽、耐压大功率,但现在本钱较高。
在高频、高功耗、发光等场景中,III-V 族(二代)半导体是 “功用选手”,比硅基(一代)优势杰出:高功耗下,它做的芯片线性度更稳、抗辐射才能更强;面临高频微波,其呼应速度更快,能更高效转成电流。
硅基芯片是 “低功耗场景的惯例选手”,开展靠制程节点晋级;三代半导体则是 “高温度高压力的硬核选手”,这类场景下体现更优。
光通讯范畴主打二代资料:磷化铟是 “中长距传输的长距离跑选手”—— 导热、光电转化 / 传输功率超卓,用于边发射激光器、探测器芯片,适配电信、数据中心的中长距传输;砷化镓是 “短距传输的短跑选手”—— 光电功用优、耐热抗辐射,用于面发射激光器、射频模组,掩盖数据中心短距场景。
下流需求推着磷化铟衬底商场继续扩容。据猜测:2026 年全球折二英寸的磷化铟衬底销量将达 128.19 万片,2019-2026 年复合增速 14.40%(像爬坡式稳步增加);同期商场规划将达 2.02 亿美元,复合增速 12.42%。
光芯片是光模块的 “中心心脏”—— 速率越高,它在光模块里的价值占比越大。
以激光器芯片为例,光芯片本钱分三类:制作费用(占 62.23%,是本钱大头,含折旧、水电等)、直接人工(25.13%)、直接资料(12.64%)。直接资料里衬底是主力(占 27.21%),但近年占比下滑 —— 源于衬底单价下降 + 国产代替,像进口零件国产化后,本钱占比天然走低。
世界干流光芯片厂商是 “全工业链闭环玩家”—— 根本选用 IDM 形式,即集芯片规划、衬底外延、制作、封测于一体。因光芯片是特征工艺,不靠尺度缩小提价值,所以龙头选一体化形式。
比照规划 + 代工形式,IDM 像 “自主掌控整条生产线的工厂”:既能灵敏呼应商场,快速调产品、改工艺(无需重购设备),又能精准定位从规划到封测的问题;它能保产能,但投入大、有产能搁置危险。而 Fabless 像 “轻财物代运营”,本钱低、反响快,却受限于代工产能 —— 两者无肯定好坏。
国内光芯片商场借方针春风 + 下流需求,踩足增加油门:2015 年规划仅 5.56 亿美元,到 2022 年已滚雪球式扩至 17.19 亿美元,7 年复合增速 14.93%。2017 年职业道路G 及以上 DFB 激光器芯片国产化率超 60%,是国产代替的明晰路标。
5G 设备晋级、数据中心更新构成 “双增加引擎”,2022 年后复合增速仍稳在 14.91%,2026 年商场规划有望冲至 29.97 亿美元。
① 速率晋级:AI 推光通讯速率从 25Gbps 升向 100Gbps,加快 200G 商用,数据中心、5G 等场景正处速率换代窗口
② AI 基建:AI 需求催热数据中心、城域网建造,叠加接入网向 50G PON 演进,撑开光芯片增量空间
③ 供应破圈:厂商技能 + 扩产,光芯片延伸至传感(环境查验测验)、轿车激光雷达(中心部件)等新场景,需求同步增加
全球 AI 通讯光芯片商场里,世界巨子是 “高端赛道领跑者”—— 凭技能堆集、研制实力 + 全球化布局主导商场,主攻高速率、长距离传输,能自主完结芯片规划、晶圆外延等要害工序,量产 25G 及以上光芯片。高意、朗美通、博通等整合型厂商是 “中心玩家”,占有全球高端光芯片商场 80% 比例,日企等为弥补选手。
我国光芯片是 “后起追逐者”:虽起步晚,但靠巨大商场需求 + 方针支撑完结打破 —— 低速(2.5G/10G)光芯片范畴已根本完结国产代替,不过高速(25G 及以上)商场仍由海外龙头把控。国内代表企业包括华为海思、源杰科技、光迅科技等 A 股及本乡厂商。
硅光技能是光通讯的 “集成化引擎”:以 SOI 晶圆为衬底,借硅 CMOS 工艺集成光子器材,靠激光传数据,结合 CMOS 集成优势与光子高速低耗特色,推进通讯改造。
其间心器材分工清晰:光源是能量起点,光波导是光信号通道,调制器调控信号,探测器完结光电转化,流程为 “光源→光波导→调制器→探测器”。
硅光技能正处第二阶段(转向单片集成),未来将迈向光电全集成、可编程芯片;据 Yole 猜测,2027 年全球硅光芯片商场达 9.7 亿美元,2021-2027 年复合增速 36.2%。
硅光芯片是器材单片集成体,包括发送、接纳等集成芯片及探测器 / 调制器阵列芯片;硅光工业已进入加快期,据 Intel 数据,其技能在 2019 年就完结了速度提 8 倍、能耗降 85%、本钱降 84%;而硅光模块是光源、硅光器材 / 芯片、驱动电路的集成体,高集成度像 “紧凑功用盒”,能带来更小尺度、更低功耗与本钱。
千兆光纤建造是光芯片用量的 “助推器”——FTTx 光纤接入是全球光模块用量中心场景之一,我国是其主力推进者:三大运营商投千兆宽带,2019-2023 年国内千兆宽带用户从 84 万增至 1.63 亿,占比从 0.19% 提至 25.66%,光纤接入从百兆向千兆晋级。
PON 技能是光纤接入的 “经济实用主力”——本钱低、保护简、可靠性强,当时干流 EPON/GPON 用 1.25G/2.5G 光芯片,正向 10G-PON(对称 10Gbps,适配高速宽带)过渡。
互联网、云核算带起数据中心扩容,光芯片是要害 —— 其内部数据量远大于别传,处理复杂度走高。Synergy Research 显现,2020 年全球干流云企超大规划数据中心达 597 个(2015 年的两倍),我国占 10% 排第二。
高速传输需求成 “催化剂”,25G 及以上光芯片成刚需选手 ——Omdia 猜测,2019-2025 年这类光芯片的商场将从 13.56 亿美元爬坡式扩至 43.40 亿美元,年复合增速 21.40%,在光芯片商场的占比继续扩展。
