光芯片原理、分類、成本構成、技術路線、競爭格局及市場空間如何？

光芯片是實現(xiàn)光轉電、電轉光、分路、衰減、合分波等基礎光通信功能的芯片，是光器件和光模塊的核心。

光芯片的原理是基于光子學原理，即利用光的波動性和粒子性來傳輸和處理信息。光芯片的工作過程可簡單分為三個步驟：光發(fā)射、光傳輸和光檢測。首先，激光器將電信號轉換為光信號，其次，光波導將光信號在芯片內傳輸；最后，光探測器 將光信號轉換為電信號。光芯片通過加工封裝為光發(fā)射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA），再將光收發(fā)組件、電芯片、結構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。

光芯片主要有兩種分類方式： ? 光芯片的分類主要按照光器件的分類分為光有源器件芯片和光無源器件芯片。有源光芯片按應用情況分為激光器光芯片和 探測器光芯片，主要包括FP、DFB、EML、VCSEL、PIN以及APD芯片；無源光芯片主要包括PLC和AWG芯片。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LiNbO3系列。其中InP襯 底主要包括直接調制DFB/電吸收調制EML芯片、探測器PIN/APD芯片、放大器芯片、調制器芯片等，GaAs襯底包括高功率 激光芯片、VCSEL芯片等，硅基襯底包括PLC、AWG、調制器、光開關芯片等，SiP襯底包括相干光收發(fā)芯片、光開關芯片 等，LiNbO3包括調制器芯片等。

光器件元件占光模塊成本73%，光模塊中的光器件主要分為以下兩部分: ? TOSA:即為光發(fā)射器件,主要應用在電信號轉化成光信號(E/0轉換),由激光器、適配器和管芯套組成,在長距離光模塊中濾光 片還會加入隔離器和調節(jié)環(huán)。其中最重要的組件為激光器,激光器主要有FP、DFB、EML和VCSEL四類,常用的為后三種。 ? ROSA:即為光接收器件,主要應用在光信號轉化成電信號(0/E轉換),由探測器和適配器組成。其中最重要的組件為探測器,探 測器主要有PIN和APD兩類。

 在光器件成本構成中,TOSA和ROSA占據(jù)80%,而其中激光器光芯片和探測器光芯片又占據(jù)TOSA和ROSA的85%,因此激光器 +探測器所用光芯片在光模塊中占據(jù)較大比例。 ? 以源杰科技2022年年報披露為例,光芯片成本中,制造費用占比為62%,直接人工成本占24%,直接材料成本占14%。 ? 制造費用主要包括折舊費、裝修費攤銷、水電費、光柵加工費等其他費用。 ? 光芯片的原材料包括襯底、金靶、特殊氣體(主要包括高純氫、磷化氫、液氮等)、三甲基銦、光刻膠、封裝材料(包括管 帽等和其他材料等,其他原材料包括顯影液、光刻掩模板、異丙醇、砷化氫等材料,其他原材料品種較多且占比較低。

國外相關公司占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢,于2012年便研發(fā)出25G光芯片,并于2021年研發(fā)出最前沿的200G光芯片；但國內光芯片廠商 發(fā)展迅速,產(chǎn)品加速升級迭代,從2.5G到100G光芯片產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)只用了9年,目前最高速率產(chǎn)品為100G，200G在研，國 內廠商中長期國產(chǎn)替代趨勢向好。

低速率基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,高速率光芯片國產(chǎn)化替代加速推進，據(jù)樂晴智庫數(shù)據(jù)， ? 2.5G光芯片：2.5G光芯片已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。本土企業(yè)占據(jù)主要市場份額且主導全球市場，國外光芯片廠商由于成本競 爭等因素已基本退出相關市場。 ? 10G光芯片：國產(chǎn)出貨量占44%以上，仍有增長空間。國內基本掌握核心技術，但綜合考慮替換成本、可靠性、批量出 貨能力等因素,下游光模塊廠商仍有顧慮。 ? 25G及以上光芯片：長期看好高速率光芯片國產(chǎn)化替代。據(jù)ICC統(tǒng)計, , 25G光芯片的國產(chǎn)化率約20%，但25G以上光芯片 的國產(chǎn)化率仍較低約5%，高速率光芯片國產(chǎn)化替代仍存在較大成長空間。

AI驅動800G 1.6T加速放量，可能引起光電芯片供需緊張。 AIGC應用逐漸豐富與產(chǎn)業(yè)化帶來數(shù)據(jù)流量的快速增長,將帶動高速率光模塊速率的持續(xù)升級及中長距離光模塊的快速發(fā)展。目前全球主要的云廠商已在數(shù)據(jù)中心內部批量部署200/400G光模塊, , 800G進入導入驗證及批量出貨進程，高算力需求 催化更高速率的800G/1.6T光模塊需求。 ? 由于受制于終端客戶，高速率模塊目前主要采用國外芯片，隨著需求持續(xù)增長，或將引起上游主要玩家產(chǎn)能不足，無法滿 足需求增量，以源杰、長光、仕佳、索爾思等國內玩家有望加速突破終端客戶窗口認證，導入并快速放量，搶占一定新增 的市場規(guī)模，開啟光芯片國產(chǎn)化加速進程。 ? 同時，各國內外廠商加速布局1.6T光模塊，產(chǎn)業(yè)持續(xù)加速，側面驗證芯片端或存在供需緊張。

全球來看，AI算力催生新需求，全球光芯片市場迎來確定性高增。伴隨GPT等大模型及垂類模型的加速發(fā)展，算力側迎來 確定性需求增長，光芯片有望迎來下游需求旺盛。據(jù)LightCounting預測，2027年全球光芯片市場規(guī)模有望達到56億美元， 2023年至2027年CAGR達到16%。 ? 國內來看，國內互聯(lián)網(wǎng)大廠百度、阿里、騰訊、科大訊飛、京東等紛紛加碼大模型疊加光芯片國產(chǎn)化進度的持續(xù)推進，光 芯片需求旺盛。大量數(shù)據(jù)中心設備更新和新數(shù)據(jù)中心將對沖國內5G網(wǎng)絡部署退潮。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年市場 規(guī)模約為123.4億元，預計2023年市場規(guī)模將達141.7億元，延續(xù)良好的增長態(tài)勢。

量上看，高傳輸要求驅動光芯片市場規(guī)模廣闊。在對高速傳輸需求不斷提升背景下，25G及以上高速率光芯片市場發(fā)展迅 速。根據(jù)Omdia對數(shù)據(jù)中心和電信場景激光器芯片的預測，2019年至2025年，25G以上速率光模塊所使用的光芯片占比逐 漸擴大，整體市場規(guī)模將從13.56億美元增長至43.40億美元，年均復合增長率將達到21.40%。 ? 價上看，高速率光芯片價值量受工藝難度提高而提升。按傳輸速率分，光芯片可分為2.5G、10G、25G、50G、100G等主 流速率的芯片。一般而言，光芯片的速率越高，對應芯片的研發(fā)、量產(chǎn)難度越大，可穩(wěn)定供應的供應商相應減少，導致價 值量隨速率提升而提高。光芯片不同速率單價在3.1-55.2元之間，以源杰科技招股書披露的數(shù)據(jù)為例，2.5G芯片平均價 格在3.5元左右，10G、25G芯片的價格是其5-18倍。