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硅光芯片国产化替代

中原证券研报指出,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。我国25G及以上光芯片国产化率仅5%,25G以上光芯片国产化率约5%,主要依赖美日企业进口。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。硅光芯片市场预计2022-2028年CAGR达44%,硅光渗透率提升将进一步推动光芯片国产化。

光芯片——光通信产业链的核心环节

光芯片是光通信产业链的核心环节,其性能直接决定光模块的传输速率。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。从信息流角度看,光通信主要包括光信号产生、光信号传输与处理、光信号探测等环节。

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。光通信产业链话语权较强的集中在上游和下游两端,上游芯片厂商和下游客户较为强势,处于中游的光模块厂商的成本控制水平决定其整体盈利能力。

随着AI应用推动技术创新和市场需求的不断增长,光芯片行业正迎来新一轮发展机遇。2023年全球光芯片市场规模达到154亿元人民币(约22亿美元),同比下降15%,主要受到接入网市场对光芯片需求和价格同步下降的影响。AI带动的数据中心市场对高速率光芯片的持续需求在一定程度上缓解了市场下滑压力。

国产化率现状与替代空间

我国光芯片国产化率在不同速率层级差异显著。2.5G及以下速率光芯片的核心技术已基本掌握,2021年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约5%,目前仍以海外光芯片厂商为主,国产替代空间广阔。

光芯片中高端芯片目前具备量产能力的供应商主要在海外。10G及以下速率的DFB、PIN、VCSEL、FP、APD国内产商供应链成熟,50G及以上速率的EML激光器目前仍需进口;10G-25G速率的EML激光器,目前已有部分国内厂商可实现批量供应。我国光芯片厂商的全球份额正持续提升。

硅光技术打开国产替代新空间

硅光技术逐渐成为提升成本效率的重要方案之一。硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料,利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。AI的爆发导致了对光模块速率和数量的需求极大的增长,降本降功耗变得更为紧迫,客户对硅光的接受度有望提升。Lightcounting预计使用基于SiP的光模块市场份额将从2022年的24%增加到2028年的44%。

硅光最主要、最直接的应用场景是数据中心,英特尔在该领域占据主导地位。此外,在电信领域、光学激光雷达、量子计算、光计算以及医疗保健领域都有广阔的发展前景。Yole指出,2022年硅光芯片市场价值为6800万美元,预计到2028年将超过6亿美元,2022-2028年的年复合增长率为44%。

硅光方案中,CW激光器芯片作为外置光源,硅基芯片承担速率调制功能。CW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。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。

贸易摩擦加速国产替代进程

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25G及以上高速率激光器芯片国产化率较低,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性的背景下,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。

光芯片行业正处于进口替代的加速期。在AI带动的数据中心市场对高速率光芯片需求持续增长的背景下,国产光芯片厂商面临历史性机遇。随着更多厂商在高速光芯片领域的技术突破和产能扩张,光通信技术将向更多领域延展。在传感领域、汽车领域(激光雷达核心部件)等新兴应用场景,光芯片的市场需求将会不断增加。

仕佳光子聚焦光通信行业,主营业务覆盖光芯片及器件、室内光缆、线缆材料三大板块,成功实现了PLC分路器芯片和AWG芯片的量产。在国内市场上,公司加强与主流系统设备商类客户的业务合作,并通过AWG芯片及器件、DFB激光器芯片、硅光用高功率CW DFB激光器等新产品逐步开拓新客户;在国际市场上,陆续开拓国际光模块类知名客户,海外市场影响力得到提升。
表:光芯片国产化率现状
光芯片速率国产化率主要供应商
2.5G及以下超90%国内厂商主导
10G约60%(部分品类<40%)国内为主,部分进口
25G约20%部分国内厂商突破
25G以上约5%美日厂商为主
50G及以上EML极低仍需进口
点击阅读报告原文: 通信行业年度策略:向新求质AI驱动产业变革-241205(55页)
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