光通信是以光信號為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)，通過電光轉(zhuǎn)換，以光信號進行傳輸信息的系統(tǒng)。光通信系統(tǒng)傳輸信號過程中，發(fā)射端通過激光器芯片進行電光轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測器芯片進行光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
高速
光芯片是現(xiàn)代高速通訊網(wǎng)絡(luò)的核心之一。光芯片系實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)元件，其性能直接決定了光通信系統(tǒng)的傳輸效率。光纖接入、4G/5G移動通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，光芯片都是決定信息傳輸速度和網(wǎng)絡(luò)可靠性的關(guān)鍵。光芯片可以進一步組裝加工成光電子器件，再集成到光通信設(shè)備的收發(fā)模塊實現(xiàn)廣泛應(yīng)用。
圖：光芯片在光通信系統(tǒng)中應(yīng)用位置
資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理
（1）光芯片屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游，是現(xiàn)代光通信器件核心元件
光通信等應(yīng)用領(lǐng)域中，激光器芯片和探測器芯片合稱為光芯片。光芯片是光電子器件的重要組成部分，是半導(dǎo)體的重要分類，其技術(shù)代表著現(xiàn)代光電技術(shù)與微電子技術(shù)的前沿研究領(lǐng)域，其發(fā)展對光電子產(chǎn)業(yè)及電子信息產(chǎn)業(yè)具有重大影響。
圖：光芯片之于半導(dǎo)體的關(guān)系示意圖
資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，光芯片與其他基礎(chǔ)構(gòu)件（電芯片、結(jié)構(gòu)件、輔料等）構(gòu)成光通信產(chǎn)業(yè)上游，產(chǎn)業(yè)中游為光器件，包括光組件與光模塊，產(chǎn)業(yè)下游組裝成系統(tǒng)設(shè)備，最終應(yīng)用于電信市場，如光纖接入、4G/5G移動通信網(wǎng)絡(luò)，云計算、互聯(lián)網(wǎng)廠商數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。
圖：光通信產(chǎn)業(yè)鏈示意圖
資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理
光通信產(chǎn)業(yè)鏈中，組件可分為光無源組件和光有源組件。光無源組件在系統(tǒng)中消耗一定能量，實現(xiàn)光信號的傳導(dǎo)、分流、阻擋、過濾等“交通”功能，主要包括光隔離器、光分路器、光開關(guān)、光連接器、光背板等；光有源組件在系統(tǒng)中將光電信號相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)信號傳輸?shù)墓δ?，主要包括光發(fā)射組件、光接收組件、光調(diào)制器等。光芯片加工封裝為光發(fā)射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA），再將光收發(fā)組件、電芯片、結(jié)構(gòu)件等進一步加工成光模塊。光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產(chǎn)業(yè)鏈的核心之一。
①歐美日國家光芯片行業(yè)起步較早、技術(shù)領(lǐng)先
光芯片主要使用光電子技術(shù)，海外在近代光電子技術(shù)起步較早、積累較多，歐美日等發(fā)達國家陸續(xù)將光子集成產(chǎn)業(yè)列入國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，其中，美國建立“國家光子集成制造創(chuàng)新研究所”，打造光子集成器件研發(fā)制備平臺；歐盟實施“地平線2020”計劃，集中部署光電子集成研究項目；日本實施“先端研究開發(fā)計劃”，部署光電子融合系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)項目。海外光芯片公司擁有先發(fā)優(yōu)勢，通過積累核心技術(shù)及生產(chǎn)工藝，逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，建立起較高的行業(yè)壁壘。海外光芯片公司普遍具有從光芯片、光收發(fā)組件、光模塊全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋能力。除了襯底需要對外采購，海外領(lǐng)先光芯片企業(yè)可自行完成芯片設(shè)計、晶圓外延等關(guān)鍵工序，可量產(chǎn)25G及以上速率光芯片。此外，海外領(lǐng)先光芯片企業(yè)在高端通信激光器領(lǐng)域已經(jīng)廣泛布局，在可調(diào)諧激光器、超窄線寬激光器、大功率激光器等領(lǐng)域也已有深厚積累。
②國內(nèi)光芯片以國產(chǎn)替代為目標，政策支持促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展
國內(nèi)的光芯片生產(chǎn)商普遍具有除晶圓外延環(huán)節(jié)之外的后端加工能力，而光芯片核心的外延技術(shù)并不成熟，高端的外延片需向國際外延廠進行采購，限制了高端光芯片的發(fā)展。以激光器芯片為例，我國能夠規(guī)模量產(chǎn)10G及以下中低速率激光器芯片，但25G激光器芯片僅少部分廠商實現(xiàn)批量發(fā)貨，25G以上速率激光器芯片大部分廠商仍在研發(fā)或小規(guī)模試產(chǎn)階段。整體來看高速率光芯片嚴重依賴進口，與國外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先水平存在一定差距。我國政府在光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)進行重點政策布局，2017年中國電子元件行業(yè)協(xié)會發(fā)布《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》，明確2022年25G及以上速率DFB激光器芯片國產(chǎn)化率超過60%，實現(xiàn)高端光芯片逐步國產(chǎn)替代的目標。國務(wù)院印發(fā)“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，要求做強信息技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)，推動光通信器件的保障能力。
在需求方面光芯片應(yīng)用場景不斷升級，光芯片需求持續(xù)增長
①政策引導(dǎo)及信息應(yīng)用推動流量需求快速增長，光芯片應(yīng)用持續(xù)升級
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)量需求持續(xù)增長，根據(jù)Omdia的統(tǒng)計，2017年至2020年，全球固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量從92萬PB增長至217萬PB，年均復(fù)合增長率為33.1%，預(yù)計2024年將增長至575萬PB，年均復(fù)合增長率為27.6%。同時，光電子、云計算技術(shù)等不斷成熟，將促進更多終端應(yīng)用需求出現(xiàn)，并對通信技術(shù)提出更高的要求。受益于信息應(yīng)用流量需求的增長和光通信技術(shù)的升級，光模塊作為光通信產(chǎn)業(yè)鏈最為重要的器件保持持續(xù)增長。根據(jù)LightCounting的數(shù)據(jù)，2016年至2020年，全球光模塊市場規(guī)模從58.6億美元增長到66.7億美元，預(yù)測2025年全球光模塊市場將達到113億美元，為2020年的1.7倍。光芯片作為光模塊核心元件有望持續(xù)受益。
圖：全球光模塊市場規(guī)模及預(yù)測（百萬美元)
數(shù)據(jù)來源：LightCounting
2021年11月，工信部發(fā)布《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》要求全面部署新一代通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，全面推進5G移動通信網(wǎng)絡(luò)、千兆光纖網(wǎng)絡(luò)、骨干網(wǎng)、IPv6、移動物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等的建設(shè)或升級；統(tǒng)籌優(yōu)化數(shù)據(jù)中心布局，構(gòu)建綠色智能、互通共享的數(shù)據(jù)與算力設(shè)施；積極發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)等融合基礎(chǔ)設(shè)施.
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柯壯賓
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