國(guó)內(nèi)光芯片以國(guó)產(chǎn)替代為目標(biāo)，政策支持促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

• 柯壯賓 2023年2月8日 來源：中研網(wǎng) 555 30
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全球信息互聯(lián)規(guī)模不斷擴(kuò)大，純電子信息的運(yùn)算與傳輸能力的提升遇到瓶頸，光電信息技術(shù)正在崛起。在傳統(tǒng)的通信傳輸領(lǐng)域，早期通過電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，但電傳輸損耗大、中繼距離短、承載數(shù)據(jù)量小、信號(hào)頻率提升受限，而光作為載體兼有容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，商用傳輸領(lǐng)域已

光通信是以光信號(hào)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(hào)進(jìn)行傳輸信息的系統(tǒng)。光通信系統(tǒng)傳輸信號(hào)過程中，發(fā)射端通過激光器芯片進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，經(jīng)過光纖傳輸至接收端，接收端通過探測(cè)器芯片進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

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(shí)現(xiàn)光電信號(hào)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(dòng)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(jìn)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(shí)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(cè)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(duì)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(chǎng)，如光纖接入、4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，云計(jì)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?zhǔn)疽鈭D

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(shí)現(xiàn)光信號(hào)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(hào)相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)墓δ埽饕ü獍l(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(jìn)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。

根據(jù)中研網(wǎng)《2022-2027年中國(guó)光芯片行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》光芯片行業(yè)國(guó)外起步較早技術(shù)領(lǐng)先，國(guó)內(nèi)政策扶持推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下特征：

①歐美日國(guó)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(dá)國(guó)家陸續(xù)將光子集成產(chǎn)業(yè)列入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，其中，美國(guó)建立“國(guó)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(tái)；歐盟實(shí)施“地平線2020”計(jì)劃，集中部署光電子集成研究項(xiàng)目；日本實(shí)施“先端研究開發(fā)計(jì)劃”，部署光電子融合系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目。海外光芯片公司擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，通過積累核心技術(shù)及生產(chǎn)工藝，逐步實(shí)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(duì)外采購(gòu)，海外領(lǐng)先光芯片企業(yè)可自行完成芯片設(shè)計(jì)、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(guó)內(nèi)光芯片以國(guó)產(chǎn)替代為目標(biāo)，政策支持促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

國(guó)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(guó)際外延廠進(jìn)行采購(gòu)，限制了高端光芯片的發(fā)展。以激光器芯片為例，我國(guó)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(shí)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(yán)重依賴進(jìn)口，與國(guó)外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先水平存在一定差距。我國(guó)政府在光電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)政策布局，2017年中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《中國(guó)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(guó)產(chǎn)化率超過60%，實(shí)現(xiàn)高端光芯片逐步國(guó)產(chǎn)替代的目標(biāo)。國(guó)務(wù)院印發(fā)“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，要求做強(qiáng)信息技術(shù)核心產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)光通信器件的保障能力。

在需求方面光芯片應(yīng)用場(chǎng)景不斷升級(jí)，光芯片需求持續(xù)增長(zhǎng)

①政策引導(dǎo)及信息應(yīng)用推動(dòng)流量需求快速增長(zhǎng)，光芯片應(yīng)用持續(xù)升級(jí)

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(zhǎng)，根據(jù)Omdia的統(tǒng)計(jì)，2017年至2020年，全球固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量從92萬PB增長(zhǎng)至217萬PB，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為33.1%，預(yù)計(jì)2024年將增長(zhǎng)至575萬PB，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為27.6%。同時(shí)，光電子、云計(jì)算技術(shù)等不斷成熟，將促進(jìn)更多終端應(yīng)用需求出現(xiàn)，并對(duì)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(zhǎng)和光通信技術(shù)的升級(jí)，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(zhǎng)。根據(jù)LightCounting的數(shù)據(jù)，2016年至2020年，全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模從58.6億美元增長(zhǎng)到66.7億美元，預(yù)測(cè)2025年全球光模塊市場(chǎng)將達(dá)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(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)（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(jìn)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、千兆光纖網(wǎng)絡(luò)、骨干網(wǎng)、IPv6、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等的建設(shè)或升級(jí)；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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