光芯片產業鏈、組件及市場增長空間如何？

光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產業鏈的核心之一。

1.光芯片位于光通信產業鏈上游

從產業鏈角度看，光芯片與其他基礎構件（電芯片、結構 件、輔料等）構成光通信產業上游，產業中游為光器件，包括光組件與光模塊，產業下游組裝 成系統設備。光器件是由光芯片、光纖及金屬連線組合封裝在一起，完成單項或少數幾項功能 的混合集成器件。光模塊是以光器件為核心，增加一些電路部分和結構功能件等完成相應功能 的單元。光設備與光模塊，結合光纖光纜實現光信息傳輸功能并提供運營服務。目前光通信主 要應用市場為電信市場、數據中心市場，其中：電信市場主要應用于骨干網、城域網、接入網 以及無線基站；數據中心市場主要應用于云計算、互聯網廠商數據中心等領域。

光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產業鏈的核心之一。光通信產業鏈中， 組件可分為光無源組件和光有源組件。光無源組件在系統中消耗一定能量，實現光信號的傳導、 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、光連接器、光背 板等；光有源組件在系統中將光電信號相互轉換，實現信號傳輸的功能，主要包括光發射組件、 光接收組件、光調制器等。光芯片加工封裝為光發射組件（TOSA）及光接收組件（ROSA）， 再將光收發組件、電芯片、結構件等進一步加工成光模塊。 光芯片按功能可以分為激光器芯片和探測器芯片。激光器芯片主要用于發射信號，將電信 號轉化為光信號；探測器芯片主要用于接收信號，將光信號轉化為電信號。激光器芯片，按出 光結構可進一步分為面發射芯片和邊發射芯片，面發射芯片包括 VCSEL 芯片，邊發射芯片包 括 FP、DFB 和 EML 芯片；探測器芯片，主要有 PIN 和 APD 兩類。光芯片企業通常采用三五 族化合物磷化銦（InP）和砷化鎵（GaAs）作為芯片的襯底材料，相關材料具有高頻、高低溫 性能好、噪聲小、抗輻射能力強等優點，符合高頻通信的特點，因而在光通信芯片領域得到重 要應用。其中，磷化銦（InP）襯底用于制作 FP、DFB、EML 邊發射激光器芯片和 PIN、APD 探測器芯片，主要應用于電信、數據中心等中長距離傳輸；砷化鎵（GaAs）襯底用于制作 VCSEL 面發射激光器芯片，主要應用于數據中心短距離傳輸、3D 感測等領域。經過結構設計、組件 集成和生產工藝的改進，目前 EML 激光器芯片大規模商用的最高速率已達到 100G，DFB 和 VCSEL 激光器芯片大規模商用的最高速率已達到 50G。

2. 高速率光芯片市場增長迅速

隨著 AI 應用推動技術創新和市場需求的不斷增長，光芯片行業正迎來新一輪發展機遇。 未來全球光芯片市場將保持穩健的增長態勢，為整個光通信行業帶來發展動力。根據 C&C 的 測算，2024 年全球光芯片市場迎來強勁復蘇，增速有望超過 50%，將創歷年最高增長記錄。 2023-2027 年，全球光芯片市場的年復合增長率將達到 14.86%。高速率光芯片市場的增長速 度將遠高于中低速率光芯片。全球流量快速增長、各場景對帶寬的需求不斷提升，帶動高速率 模塊器件市場的快速發展，25G 及以上高速率光芯片市場增長迅速。根據 Omdia 對數據中心 和電信場景激光器芯片的預測，高速率光芯片增速較快，2019-2025 年，25G 以上速率光模塊 所使用的光芯片占比逐漸擴大。

光芯片市場的增長主要受益于以下三個關鍵因素：1）AI 帶動光通信產品結構變化，對高 速光通信解決方案的需求持續增長，從以 25G bps 為主流的芯片時代，邁向 100Gbps 時代， 正推動 200Gbps 光芯片的規模商用。2）AI 帶動數據中心、電信運營商城域網絡擴張，以及接 入網市場轉向更高速率的 50G PON 邁進，進一步推動光芯片的市場成長空間。3）更多廠商在 高速光芯片領域的技術突破和產能擴張，推動光通信技術向更多領域延展。在傳感領域，如環 境監測、氣體檢測，光芯片被用作傳感器，能夠檢測光信號并轉換為電信號，用于數據采集和 分析。在汽車領域，隨著傳統乘用車的電動化、智能化發展，高級別的輔助駕駛技術逐步普及， 核心傳感器件激光雷達的應用規模將會增大。基于砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）的光芯片 作為激光雷達的核心部件，其未來的市場需求將會不斷增加。

2.1. 政策引導及信息應用推動流量需求快速增長，光芯片應用持續升級

我國政府在光電子技術產業進行重點政策布局。《“十四五”信息通信行業發展規劃》指明 信息基礎設施建設的目標，要求全面部署新一代通信網絡基礎設施，全面推進 5G 移動通信網 絡、千兆光纖網絡、骨干網、IPv6、移動物聯網、衛星通信網絡等的建設或升級；統籌優化數 據中心布局，構建綠色智能、互通共享的數據與算力設施；積極發展工業互聯網和車聯網等融 合基礎設施。工信部發布的《基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021-2023 年）》中提出， 重點發展高速光通信芯片、高速高精度光探測器、高速直調和外調制激光器、高速調制器芯片、 高功率激光器、光傳輸用數字信號處理器芯片、高速驅動器和跨阻抗放大器芯片。中國電子元 件行業協會發布《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2023-2027 年）》，明確爭取到 2027年，我國本土企業的光電子器件銷售總額達到 7300 億元；骨干企業的研發投入占營業收入總 額的比重達到 8%以上；產業結構進一步調整，產業鏈配套能力有所提升，企業競爭實力明顯 增強，標準化水平大幅提高。在規劃目標落地的過程中，光芯片需求量也將不斷增長。

隨著信息技術的快速發展，全球數據量需求持續增長。根據愛立信的測算，2023-2029 年， 不包括固定無線接入（FWA）產生的流量，預計全球移動數據流量將增長約 3 倍，到 2029 年 每月達到 313EB；當包括 FWA 時，預計總移動網絡流量將增長約 3.5 倍，到 2029 年每月上 升到466EB。5G在移動數據流量中的份額在2023年末為25%，比2022年末的17%增加8pct。 預計到 2029 年，5G 在移動數據流量中的份額將增長到大約 75%。2023-2029 年移動數據流 量預計將以大約 20%的復合年增長率增長。

光芯片應用場景不斷升級，光芯片需求持續增長。在不斷滿足高帶寬、高速率要求的同時， 光芯片下游應用市場不斷拓展。當前光芯片主要應用場景包括數據中心、4G/5G 移動通信網絡、 光纖接入等，都處于速率升級、代際更迭的關鍵窗口期。光芯片的應用逐漸從光通信拓展至醫療、消費電子和車載激光雷達等更廣闊的應用領域。

2.2. 數通市場： AI、云計算、大數據等技術對算力的需求推動數通市場發展，光芯片重要性 突顯

北美云廠商資本開支持續增長。海外 AI 產業持續提速，在數據中心建設方面，北美四大云 廠商 2024 年資本開支保持穩定增長，并且在技術基礎設施方面的投入有所增加，北美云廠商 的資本開支投入印證海外 AI 產業的蓬勃發展。2024 年前三季度，1）亞馬遜資本開支達到 516.1 億美元，同比增長 48.38%，預計 2024 全年的資本支出將達到約 750 億美元，并將在 2025 年 投入更多資金；2）微軟資本開支達到 397.5 億美元，同比增長 56.1%，微軟預計資本開支將 逐季增長，建設數據中心以支持其 AI 服務；3）谷歌資本開支為 382.6 億美元，同比增長 80.2%， 谷歌預計 2024Q4 資本支出將與 Q3 相似，且公司 2025 年的資本開支將高于 2024 年；4）Meta 資本開支達到 228.3 億美元，同比增長 16.5%，Meta 預計 2025 年全年的資本支出將顯著增長， 帶動 AI 基礎設施需求的高增長。

生成式 AI 推動數據中心規模增加。互聯網及云計算的普及推動數據中心快速發展，全球 互聯網業務及應用數據處理集中在數據中心進行，使得數據流量迅速增長，而數據中心需內部 處理的數據流量遠大于需向外傳輸的數據流量，使得數據處理復雜度不斷提高。根據 Synergy Research 的數據，超大規模供應商運營的大型數據中心數量在 2024 年初超過千個大關，超大 規模數據中心的總容量四年翻了一番，因為設施數量迅速增長，平均容量繼續攀升。以關鍵 IT 負載的兆瓦數衡量，美國占全球容量的 51%，歐洲占比 17%，我國占比約 16%。生成式 AI 技 術是規模增加的主要原因。

我國云計算產業持續景氣，云計算廠商建設大型及超大型數據中心不斷加速。據中國信通 院統計，2023 年我國云計算市場規模達 6165 億元，同比增長 35.5%，大幅高于全球增速。其 中，公有云市場規模4562億元，同比增長40.1%；私有云市場規模1563億元，同比增長20.8%。 隨著 AI 原生帶來的云計算技術革新以及大模型規模化應用落地，我國云計算產業發展將迎來新 一輪增長，預計到 2027 年我國云計算市場規模將超過 2.1 萬億元。政策層面，我國政府將云 計算作為產業轉型的重要方向，積極推動云計算、數據中心的發展。截至 2023 年，算力中心 機架規模穩步增長，我國在用算力中心機架總規模超 810 萬標準機架，總算力規模達 230EFLOPS，位居全球第二。算力基礎設施建設帶動光芯片市場需求的持續增長。

光芯片作為光模塊核心元件有望持續受益。光電子、云計算技術等不斷成熟，將促進更多 終端應用需求出現，并對通信技術提出更高的要求。光通信技術在數據中心領域得到廣泛的應 用，極大程度提高其計算能力和數據交換能力。光模塊是數據中心內部互連和數據中心相互連 接的核心部件，受益于信息應用流量需求的增長和光通信技術的升級，光模塊作為光通信產業 鏈最為重要的器件保持持續增長。LightCounting預計全球光模塊市場在2024-2028年將以15% 的年復合增長率擴張。對 AI 集群應用中以太網光模塊的強勁需求將是增長的主要因素，云廠商 運營的 DWDM 網絡的升級也將促進總量增長。數據中心內部用光模塊主要為以太網光模塊， LightCounting 預計以太網光模塊市場 2024 年增長 40%，2025 年增長超過 20%，2026-2027 年實現兩位數增長。高速率光模塊需求的增長將帶動 25G 及以上速率光芯片需求。

1.6T 光模塊批量商用的進程對光芯片提出更高要求。AI 推動模塊升級，單通道速率逐步 提升。隨著 AI 技術的快速發展，對算力的需求迅速增長，進一步推動 1.6T 光模塊的發展，預 計 1.6T 乃至更高速率的光模塊將成為數據中心內部連接的新技術趨勢，以配合未來更大帶寬、 更高算力的 GPU 需求。目前 1.6T 光模塊批量商用的進程正在加速，這一趨勢對光芯片提出 更高的要求，包括 200G PAM4 EML、CW 光源等在內的多種芯片將成為 1.6T 光模塊中光芯片 的解決方案。

2.3. 電信市場：5G 網絡建設及商用化促進電信側高端光芯片需求，千兆光纖網絡升級推動光 芯片用量提升

5G 移動通信網絡建設及商用化促進電信側高端光芯片需求。5G 移動通信網絡提供更高的 傳輸速率和更低的時延，各級光傳輸節點間的光端口速率明顯提升，要求光模塊能夠承載更高 的速率。5G 移動通信網絡可大致分為前傳、中傳、回傳，光模塊可按應用場景分為前傳、中 回傳光模塊，前傳光模塊速率需達到 25G，中回傳光模塊速率則需達到 50G/100G/200G/400G， 帶動 25G 甚至更高速率光芯片的市場需求。根據 LightCounting 的數據，全球電信側光模塊市 場前傳、（中）回傳和核心波分市場需求將持續上升，預計到 2025 年，將分別達到 5.88 億美 元、2.48 億美元和 25.18 億美元。電信市場的持續發展，將帶動電信側光芯片應用需求的增加。

千兆光纖網絡升級推動光芯片用量提升。FTTx 光纖接入是全球光模塊用量最多的場景之 一，而我國是 FTTx 市場的主要推動者。受制于電通信電子器件的帶寬限制、損耗較大、功耗 較高等，運營商逐步替換銅線網絡為光纖網絡。目前，全球運營商骨干網和城域網已實現光纖化，部分地區接入網已逐漸向全網光纖化演進。PON（無源光網絡）技術是實現 FTTx 的最佳 技術方案之一，PON 是指 OLT（光線路終端，用于數據下傳）和 ONU（光網絡單元，用于數 據上傳）之間的 ODN（光分配網絡）全部采用無源設備的光接入網絡，是點到多點結構的無源 光網絡。PON 技術傳輸容量大，相對成本低，維護簡單，有很好的可靠性、穩定性、保密性， 已被證明是當前光纖接入中非常經濟有效的方式，成為光纖接入技術主流。目前 PON 技術主 要包括 APON/BPON、EPON、GPON 和 10G PON，當前主流的 EPON/GPON 技術采用 1.25G/2.5G 光芯片，并向 10G 光芯片過渡。10G PON 技術支持數據上下傳速率對稱 10Gbps， 能夠更好地滿足各類高速寬帶業務應用的接入網絡需求。隨著新代際 PON 的應用逐漸推廣， LightCounting 預計 2025 年全球 FTTx 光模塊市場出貨量將達到 9208 萬只，年復合增長率為 7.92%，市場規模達到 6.31 億美元，年復合增長率為 5.93%。

“雙千兆”網絡發展推動光纖網絡建設，為我國光芯片產業發展帶來良好機遇。截至 2024 年 11 月，我國光纖接入（FTTH/O）端口達到 11.6 億個，占互聯網寬帶接入端口的 96.5%； 具備千兆網絡服務能力的 10G PON 端口數達 2792 萬個，比 2023 年末凈增 489.6 萬個。根據 《“十四五”信息通信行業發展規劃》，在持續推進光纖覆蓋范圍的同時，我國要求全面部署千 兆光纖網絡。以 10G PON 技術為基礎的千兆光纖網絡具備“全光聯接，海量帶寬，極致體驗” 的特點，將在云化虛擬現實（Cloud VR）、超高清視頻、智慧家庭、在線教育、遠程醫療等場 景部署，引導用戶向千兆速率寬帶升級。

PON 技術的進步和高速率電信模塊推動高端光芯片用量增長。當前 PON 技術跨入以 10G PON 技術為代表的雙千兆時代，10G PON 需求快速增長及未來 25G/50G PON 的出現將驅動 10G 以上高速光芯片用量需求大幅增加。同時，移動通信網絡市場，隨著 4G 向 5G 的過渡， 無線前傳光模塊將從 10G 逐漸升級到 25G，電信模塊將進入高速率時代。中回傳將更加廣泛 采用長距離 10km-80km 的 10G、25G、50G、100G、200G 光模塊，該類高速率模塊中將需 要采用對應的 10G、25G、50G 等高速率和更長適用距離的光芯片，推動高端光芯片用量不斷 增加。