光芯片行业专题：国产光芯片群雄逐鹿，高速率芯片量产交付有望突破

（报告出品：招商证券）

一、光模块产业链梳理

光模块产业链包括上游光芯片、光有源器件、光无源器件等环节，本篇报告以光 模块的上游光芯片环节为主要切入点，研究光芯片产业链的主要上市公司。

二、光芯片为光通信核心环节，国产替代加速推进

1、光芯片处于光通信核心地位，直接决定信息传输速率

高速光芯片是现代高速通讯网络的核心之一。随着全球信息互联规模的不断扩大， 纯电子信息运算与传输能力以无法满足现有需求，光电信息技术作为冉冉升起的 新星走进大众视野。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。而在光纤接入、 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。实现光电信号转换的光芯片直接决定了光通信 系统的传输效率和可靠性。

光芯片是半导体领域中的光电子器件核心元件。光电子器件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。光芯片是实现光转电、电转光、分路、衰减、合 分波等基础光通信功能的芯片，是光器件和光模块的核心。光芯片的制造材料一 般以化合物居多，主要包括五大系列: InP 系列、GaAs 系列、Si/SiO2 系列、SiP 系列以及 LiNb O3 系列。

光芯片类型多样，应用领域不同。光芯片的分类主要按照光器件的分类分为光有 源器件芯片和光无源器件芯片。有源光芯片按应用情况分为激光器光芯片和探测 器光芯片，主要包括 FP、DFB、EML、VCSEL、PIN 以及 APD 芯片; 无源光芯 片主要包括 PLC 和 AWG 芯片。激光器芯片概况如下：FP 芯片：一种边发射激光器芯片，适用于中短距场景。DFB 芯片：是在原始的 FP 激光器上加工出光栅，实现更精准的波长选择， 输出波长精度较高。DFB 芯片的发光角较小，能够实现更高效的光路耦合， 因此在中长距离应用较多，成本相对适中。VCSEL 芯片：成本最低的芯片种类，代价是发光的角度较大，一般配合比 较粗的多模光纤使用，但是多模光纤价格较高，考虑系统总成本，一般在短距离场景下应用。EML 芯片：EML 芯片是成本最高的芯片种类之一，由一颗发射芯片（可以 是 DFB/DBR 等）加外吸收调制器构成。在工作时，激光器芯片始终处于发 光状态，通过控制吸收芯片的开关，控制 EML 激光器的信号输出。

不同类型光芯片所采用的原料不同，特征存在较大差异。光芯片企业通常采用三 五族化合物磷化铟 (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 边发射光器片和 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 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。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。

光芯片位于光通信产业链上游位置。光芯片一般采用三五族(Ⅲ-Ⅴ)元素化合物半 导体为村底，生产设备一般包括光刻，中机，外研设备等。光芯片行业上游主要 为原材科和生产设备供应商；光芯片行业中游主要为下游光模块厂商提供有源光 芯片(主要包括激光器芯片和探测器芯片)以及无源光芯片(主要包括PLC和AWG 芯片)；下游光模块厂商将光芯片嵌入到光器件后，再将其与其他结构部件组合 封装制成光模块，光模块将进一步应用于通信设备市场、电信运营市场和数据中 心市场。

光芯片的性能直接决定光模块的传输速率。光芯片是光通信产业链的核心元件， 需封装成光收发组件，并进一步加工成光模块才能实现最终功能。从应用领域来 看，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，而在移动通信 方面，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。

2、海外市场技术成熟，国产替代奋起直追

海外光芯片行业技术领先，国内光芯片以国产替代为目标，政策支持促进产业发 展。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。海外光芯片公司普遍具有从光芯片、 光收发组件、光模块全产业链覆盖能力，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；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。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 以上速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。

光芯片应用场景不断升级，光芯片需求持续增长。随着信息技术的快速发展，全 球数据量需求持续增长，根据 Omdia 的统计，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 LightCounting 的数据， 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。

国内光芯片市场高速增长，产业政策重点支持。2015 年，我国光芯片市场规模 仅为 5.56 亿美元，此后受益于与联网快速发展带来的大量新型基础设施需求， 光通信市场带品光芯片市场加速发展。至 2021 年我国光芯片市场规模已上升至 14.97 亿美元，过去 7 年的 CAGR 达到了 14.94%；未来几年 5G 设备升级和相 关应用落地将会持续进行，同时大量数据中心没备更新和新数据中心落地也会持 续助力光芯片市场规模的增长，预计 2021 年后 CAGR 仍将保持在 14.88%，至 2026 年我国光芯片市场有望扩大至 29.97 亿美元。

低速光芯片国产化率达到较高水平，高速光芯片国产份额有望提升。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，中高速率光芯片增长更快。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 5%目前仍以海外光芯片厂商为主。

三、源杰科技：国内光芯片龙头，芯片速率迭代进度 国内领先

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