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光通信芯片產(chǎn)業(yè)核心的深度剖析與未來(lái)展望

1、光通信芯片產(chǎn)品介紹

光通信，即光纖通信，是以光纖作為傳輸介質(zhì)，以光波作為信息載體進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。相比傳統(tǒng)的電纜傳輸介質(zhì)，光纖通信具有更高的傳輸帶寬、更大的傳輸容量、更遠(yuǎn)的中繼距離和更低的信號(hào)損耗，對(duì)于信息傳輸方式的變革具有劃時(shí)代意義。目前，光通信已經(jīng)成為世界最主流的信息傳輸方式，廣泛應(yīng)用于電信網(wǎng)絡(luò)、光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心等通信領(lǐng)域，并逐步拓展到消費(fèi)電子、汽車電子、醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域。光通信產(chǎn)業(yè)鏈整體呈現(xiàn)“光通信芯片-光通信組件-光模塊-光通信設(shè)備-終端市場(chǎng)”的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括光通信芯片、光通信組件、光模塊等。光通信芯片處于產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，是光通信組件、光模塊的最核心部件，經(jīng)與一系列元器件封裝為光模塊，從而裝配于中游的光通信設(shè)備，并最終應(yīng)用于下游的電信市場(chǎng)、數(shù)通市場(chǎng)和新興市場(chǎng)。

在光通信系統(tǒng)中，光通信芯片是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)互相轉(zhuǎn)換最核心的元器件。光通信芯片是半導(dǎo)體的重要分類，屬于第二代半導(dǎo)體技術(shù)，以磷化銦（InP）和砷化鎵（GaAs）等第二代半導(dǎo)體材料作為襯底。該類材料具有禁帶寬度大、電子遷移率高等特點(diǎn)，是光芯片、射頻微電子芯片的核心基礎(chǔ)材料，廣泛應(yīng)用于各類激光器、探測(cè)器等光電子領(lǐng)域以及雷達(dá)、精確制導(dǎo)等微電子領(lǐng)域。此外，隨著硅光子技術(shù)的發(fā)展，以硅基材料作為襯底的光通信芯片成為目前本行業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向之一。

光通信芯片在半導(dǎo)體分類中的示意圖

資料來(lái)源：普華有策

在光通信領(lǐng)域，光通信芯片依據(jù)其功能特性可明確劃分為光有源芯片和光無(wú)源芯片。與之相應(yīng)，組成光通信系統(tǒng)的各類組件亦可劃分為光有源組件和光無(wú)源組件。

光有源芯片及組件在光通信系統(tǒng)中承擔(dān)著最為關(guān)鍵與核心的功能，即實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)之間的高效轉(zhuǎn)換。這一關(guān)鍵功能確保了光信號(hào)與電信號(hào)之間的順暢交互，是光通信系統(tǒng)正常運(yùn)行的基石。具體而言，光有源芯片及組件主要包括光發(fā)射組件（TOSA）、光接收組件（ROSA）以及光調(diào)制器等。光發(fā)射組件（TOSA）負(fù)責(zé)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，使其能夠在光通信介質(zhì)中傳輸；光接收組件（ROSA）則完成相反的過(guò)程，將接收到的光信號(hào)準(zhǔn)確地還原為電信號(hào)；光調(diào)制器則用于對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理，以適應(yīng)不同的通信需求。

而光無(wú)源芯片及組件雖然在光通信過(guò)程中不涉及光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換操作，但它們?cè)诠庑盘?hào)的處理與傳輸方面同樣發(fā)揮著不可或缺的作用。光無(wú)源芯片及組件主要實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的傳導(dǎo)、分流、阻擋以及過(guò)濾等功能，有力地保障了光信號(hào)在光通信網(wǎng)絡(luò)中的有效傳輸與精準(zhǔn)處理。其中，光隔離器能夠有效地阻止光路中的反向光傳播，保證光信號(hào)的單向傳輸；光分路器可將光信號(hào)按照一定的比例進(jìn)行分流，滿足多個(gè)終端設(shè)備的接入需求；光開(kāi)關(guān)則能夠靈活地控制光信號(hào)的通斷和路徑切換；光纖連接器則作為光通信鏈路中的關(guān)鍵連接部件，確保光信號(hào)在不同設(shè)備和線路之間的高效傳輸。光無(wú)源芯片及組件主要包括光隔離器、光分路器、光開(kāi)關(guān)、光纖連接器等。

從市場(chǎng)分布情況來(lái)看，光有源器件在光通信器件市場(chǎng)中占據(jù)著絕大部分的市場(chǎng)份額，占比約為83%。這主要?dú)w因于其在光通信核心功能實(shí)現(xiàn)方面的不可替代性。而光無(wú)源器件在市場(chǎng)中也占有一定的份額，占比約為17%，其在光信號(hào)處理與傳輸輔助方面的作用同樣受到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。

不同類型光器件市場(chǎng)份額占比

資料來(lái)源：普華有策

2、光通信芯片行業(yè)下游及發(fā)展前景

光通信芯片的主要下游終端市場(chǎng)涵蓋數(shù)通市場(chǎng)、電信市場(chǎng)以及新興市場(chǎng)。

在數(shù)通市場(chǎng)領(lǐng)域，光通信芯片發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的內(nèi)外部互聯(lián)。具體而言，它承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸與算力運(yùn)載的關(guān)鍵功能。近年來(lái)，隨著人工智能（AI）產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展以及算力需求的急劇擴(kuò)張，數(shù)通市場(chǎng)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，目前已躍升為下游增速最快的市場(chǎng)，并成功超越電信市場(chǎng)，成為光通信產(chǎn)業(yè)下游領(lǐng)域中規(guī)模最大的市場(chǎng)，無(wú)疑是當(dāng)前光通信產(chǎn)業(yè)最為重要的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。

在電信市場(chǎng)方面，光通信芯片有著廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，主要涉及4G/5G無(wú)線基站、光纖接入、城域網(wǎng)以及骨干網(wǎng)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。電信市場(chǎng)作為光通信產(chǎn)業(yè)最早發(fā)展起來(lái)的市場(chǎng)，具有深厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和廣闊的應(yīng)用空間。隨著我國(guó)大力推進(jìn)“數(shù)字中國(guó)”建設(shè)，一系列重大舉措如5G建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)、千兆光網(wǎng)的日益普及以及骨干網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)容等，將持續(xù)為電信用光通信芯片創(chuàng)造旺盛的市場(chǎng)需求，有力地推動(dòng)該市場(chǎng)的穩(wěn)定發(fā)展。

此外，光通信芯片在新興市場(chǎng)同樣擁有廣闊的應(yīng)用前景。新興市場(chǎng)包括人臉識(shí)別、激光雷達(dá)、光傳感以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)前沿領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，這些新興領(lǐng)域?qū)馔ㄐ判酒男枨髮⒅鸩结尫?，使其在未?lái)具備一定的發(fā)展?jié)摿?，有望為光通信產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

3、光通信芯片行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

（1）下游需求推動(dòng)光通信系統(tǒng)升級(jí)，光通信芯片向更高速率、更大容量、更長(zhǎng)距離的趨勢(shì)發(fā)展

隨著下游應(yīng)用的數(shù)據(jù)流量需求呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，光纖通信系統(tǒng)正經(jīng)歷著顯著的速率迭代，從先前的40G、100G逐步邁向400G、800G乃至1.6T的超高速率階段。同時(shí)，其傳輸范圍的需求亦從原本的10km以內(nèi)大幅拓展至數(shù)千千米乃至更為遙遠(yuǎn)的距離。

在數(shù)通市場(chǎng)領(lǐng)域，ChatGPT、DeepSeek引發(fā)的AI浪潮在全球范圍內(nèi)強(qiáng)力催化了算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。這一趨勢(shì)有效地帶動(dòng)了配套800G/1.6T數(shù)通光模塊的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，進(jìn)而有力地驅(qū)動(dòng)了50G及以上速率EML芯片的發(fā)展進(jìn)程。

在電信市場(chǎng)層面，5G向5G-A的演進(jìn)促進(jìn)了無(wú)線前傳光模塊的速率提升，朝著25G及以上速率邁進(jìn)。千兆光網(wǎng)的廣泛普及推動(dòng)了PON技術(shù)從2.5G及以下速率向10G速率的演進(jìn)。骨干網(wǎng)的擴(kuò)容需求同樣促使光通信芯片朝著50G及更高速率以及更遠(yuǎn)的傳輸距離方向迭代發(fā)展。

在上述多方面背景因素的綜合作用下，高端光通信芯片的市場(chǎng)需求持續(xù)呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)。

（2）光電芯片呈現(xiàn)集成化與小型化趨勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)更高速率、更優(yōu)性能、更低功耗

伴隨光通信系統(tǒng)的全面升級(jí)，激光器芯片已由FP芯片逐步演進(jìn)至DFB芯片。不過(guò)，受限于物理結(jié)構(gòu)與材料特性，DFB芯片難以突破在更高速率和更遠(yuǎn)傳輸距離方面的制約。當(dāng)前，在數(shù)據(jù)中心、骨干網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景中，光模塊已邁向800G及更高傳輸速率的水平，傳統(tǒng)非集成的DFB芯片已無(wú)法適配下游的需求發(fā)展。

基于此行業(yè)現(xiàn)狀，光通信芯片朝著高度集成化的技術(shù)路徑邁進(jìn)，EML芯片應(yīng)運(yùn)而生，該芯片實(shí)現(xiàn)了將DFB芯片與外吸收調(diào)制器（EAM）進(jìn)行單片集成，這一成果也意味著PIC（光子集成）芯片技術(shù)已然成為行業(yè)內(nèi)主流的發(fā)展趨向。PIC技術(shù)能夠?qū)蓚€(gè)及以上光電子元件集成于單個(gè)載體之上，進(jìn)而將光電信號(hào)的調(diào)制、傳輸、解調(diào)等功能中的兩種或多種集成于同一塊芯片或襯底之中。同時(shí)，此技術(shù)還能在很大程度上縮減器件尺寸，有效降低能耗，從而削減光通信系統(tǒng)的整體成本。

（3）硅光子芯片技術(shù)正在成為行業(yè)新的技術(shù)方向

傳統(tǒng)的光通信芯片主要采用磷化銦、砷化鎵等第二代半導(dǎo)體襯底材料，然而其傳輸速率與傳輸距離逐漸達(dá)到瓶頸，在未來(lái)將難以滿足光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。在該背景下，利用CMOS工藝進(jìn)行光器件開(kāi)發(fā)和集成的硅光子芯片技術(shù)正在成為新的技術(shù)方向。

硅光子芯片技術(shù)指在單片上混載光路與電路，以激光器芯片作為外置光源，硅基芯片承擔(dān)速率調(diào)制功能，將調(diào)制器、探測(cè)器、無(wú)源器件等多種光器件集成在同一硅基襯底，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能與光路傳導(dǎo)功能集成的技術(shù)。單通道硅光子芯片傳輸速率可以達(dá)到100G及以上，有望在1.6T及以上速率的光模塊領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

（4）光通信芯片的應(yīng)用領(lǐng)域向消費(fèi)電子、汽車電子、光傳感等領(lǐng)域不斷拓展

除數(shù)通市場(chǎng)及電信市場(chǎng)以外，光通信芯片在消費(fèi)電子、汽車電子及光傳感等新興市場(chǎng)具備一定的發(fā)展?jié)摿?。消費(fèi)電子方面，3DVCSEL已成為人臉識(shí)別、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）光學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)部件。汽車電子方面，邊發(fā)射激光器芯片和面發(fā)射激光器芯片均可作為激光雷達(dá)發(fā)射端的核心部件，作為激光雷達(dá)的光源與“心臟”，是激光雷達(dá)價(jià)值最高、壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。光傳感方面，光通信芯片可用于智能穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生命體征監(jiān)測(cè)、血液生化分析等；同時(shí)，光通信芯片可應(yīng)用于氣體傳感器，利用激光吸收光譜技術(shù)測(cè)定甲烷等多種氣體濃度。

（5）可插拔式光模塊受限于能耗指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，推動(dòng)以CPO為代表的降低功耗技術(shù)路徑的研發(fā)及商業(yè)化需求

隨著800G等高速光模塊滲透率提升，功耗呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)可插拔式光模塊進(jìn)一步提速將受到功耗急劇增長(zhǎng)限制，以CPO（光電共封裝技術(shù)）為代表的新興技術(shù)相比可插拔式光模塊可實(shí)現(xiàn)25%-30%的功耗節(jié)省，短期內(nèi)可插拔式光模塊仍將是市場(chǎng)主流技術(shù)路線，但隨著CPO技術(shù)路線成熟、技術(shù)工藝進(jìn)步使成本降低，預(yù)計(jì)2030年后CPO將憑借性能優(yōu)勢(shì)成為主導(dǎo)。

《2025-2031年光通信芯片行業(yè)深度調(diào)研及投資前景咨詢報(bào)告》涵蓋行業(yè)全球及中國(guó)發(fā)展概況、供需數(shù)據(jù)、市場(chǎng)規(guī)模，產(chǎn)業(yè)政策/規(guī)劃、相關(guān)技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)格局、上游原料情況、下游主要應(yīng)用市場(chǎng)需求規(guī)模及前景、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)集中度、重點(diǎn)企業(yè)/玩家，企業(yè)占有率、行業(yè)特征、驅(qū)動(dòng)因素、市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)，投資策略、主要壁壘構(gòu)成、相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容。同時(shí)北京普華有策信息咨詢有限公司還提供市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)研項(xiàng)目、產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、產(chǎn)業(yè)鏈咨詢、項(xiàng)目可行性研究報(bào)告、專精特新小巨人認(rèn)證、市場(chǎng)占有率報(bào)告、十五五規(guī)劃、項(xiàng)目后評(píng)價(jià)報(bào)告、BP商業(yè)計(jì)劃書、產(chǎn)業(yè)圖譜、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、藍(lán)白皮書、國(guó)家級(jí)制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)認(rèn)證、IPO募投可研、IPO工作底稿咨詢等服務(wù)。（PHPOLICY:GYF）