光芯片行業(yè)發(fā)展報告2024-2025

匯報人：趙以雅2024-08-012024-2025光芯片行業(yè)發(fā)展報告contents目錄定義或者分類特點產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展歷程政治環(huán)境商業(yè)模式政治環(huán)境contents目錄經(jīng)濟環(huán)境社會環(huán)境技術環(huán)境發(fā)展驅動因素行業(yè)壁壘行業(yè)風險行業(yè)現(xiàn)狀行業(yè)痛點問題及解決方案行業(yè)發(fā)展趨勢前景機遇與挑戰(zhàn)競爭格局代表性企業(yè)01光芯片定義定義光芯片是實現(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。光芯片細分品類多，廣泛應用于各個領域。光芯片主要分為有源光器件芯片和無源光器件芯片。有源光芯片包括激光器芯片和探測器芯片，而無源光芯片則包括PLC和AWG芯片。激光器芯片和探測器芯片分別用于將電信號轉換為光信號和將光信號轉換為電信號。激光器芯片可以進一步分為邊發(fā)射激光器芯片(EEL)和面發(fā)射激光器芯片(VCSEL)。探測器芯片使用最廣泛的是PIN光電二極管(PIN-PD)和APD(雪崩光電二極管)。光芯片定義02產(chǎn)業(yè)鏈03發(fā)展歷程04政治環(huán)境光芯片目前已廣泛應用于通信、工業(yè)、消費、照明等領域，下游市場不斷拓展。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(chǎn)業(yè)鏈最為重要的器件保持持續(xù)增長，光芯片作為光模塊核心元件有望持續(xù)受益。國家及各地方政府相繼出臺政策扶持中國光芯片行業(yè)的發(fā)展，例如2024年3月發(fā)布的《關于印發(fā)河南省加快制造業(yè)“六新”突破實施方案的通知》中指出:開展千公里級激光雷達、星間骨干網(wǎng)激光通信等關鍵部組件研發(fā)。帶動光通信行業(yè)的同時也扶持光芯片行業(yè)的發(fā)展。政治環(huán)境105商業(yè)模式06經(jīng)濟環(huán)境我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，幾度趕超世界各國，一躍而上，成為GDP總量僅次于美國的唯一一個發(fā)展中國家。我國經(jīng)濟趕超我國人口基數(shù)大，改革開放后人才競爭激烈，大學生就業(yè)情況一直困擾著我國發(fā)展過程中。就業(yè)問題挑戰(zhàn)促進社會就業(yè)公平問題需持續(xù)關注并及時解決，個人需提前做好職業(yè)規(guī)劃、人生規(guī)劃。公平就業(yè)關注經(jīng)濟環(huán)境07社會環(huán)境關注就業(yè)公平與提前規(guī)劃促進社會就業(yè)公平問題需持續(xù)關注并及時解決，對于個人來說提前做好職業(yè)規(guī)劃、人生規(guī)劃也是人生發(fā)展的重中之重。政治體系與法治化進程自改革開放以來，政治體系日趨完善，法治化進程也逐步趨近完美，市場經(jīng)濟體系也在不斷蓬勃發(fā)展。總體發(fā)展穩(wěn)中向好我國總體發(fā)展穩(wěn)中向好，宏觀環(huán)境穩(wěn)定繁榮，對于青年人來說，也是機遇無限的時代。就業(yè)問題與人才競爭我國人口基數(shù)大，就業(yè)問題一直是發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)，人才競爭激烈，大學生畢業(yè)后就業(yè)情況、失業(yè)人士困擾國家發(fā)展。當前的環(huán)境下我國經(jīng)濟不斷發(fā)展趕超世界各國，成為第二大經(jīng)濟體我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，幾度趕超世界各國，一躍而上，成為GDP總量僅次于美國的唯一一個發(fā)展中國家。就業(yè)問題與人才競爭我國人口基數(shù)大，就業(yè)問題一直是發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)，人才競爭激烈，大學生畢業(yè)后就業(yè)情況、失業(yè)人士困擾國家發(fā)展。關注就業(yè)公平與提前規(guī)劃促進社會就業(yè)公平問題需持續(xù)關注并及時解決，對于個人來說提前做好職業(yè)規(guī)劃、人生規(guī)劃也是人生發(fā)展的重中之重。08技術環(huán)境技術驅動技術環(huán)境的發(fā)展為行業(yè)帶來了新的機遇，是行業(yè)發(fā)展的重要驅動力。創(chuàng)新動力技術環(huán)境的不斷創(chuàng)新和進步，為行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了有力支持。人才需求技術環(huán)境的發(fā)展促進了人才的需求和流動，為行業(yè)的人才隊伍建設提供了機遇。團隊建設技術環(huán)境的發(fā)展要求企業(yè)加強團隊建設，提高員工的技能和素質，以適應快速變化的市場需求。合作與交流技術環(huán)境的發(fā)展促進了企業(yè)間的合作與交流，推動了行業(yè)的整體發(fā)展。技術環(huán)境010203040509發(fā)展驅動因素10行業(yè)壁壘行業(yè)壁壘行業(yè)壁壘生產(chǎn)工藝和流程較為復雜，投入極高同時回報偏慢:一枚光芯片的出產(chǎn)需要經(jīng)過設計、流片、技術驗證、定型、量產(chǎn)等數(shù)個環(huán)節(jié)，在工藝和流程均成熟的情況下，整體需要1-2年的時間，而進入量產(chǎn)階段后還需要工藝經(jīng)驗的積累來解決散熱、封裝和穩(wěn)定性等多重技術難題，從而有效提升良品率。整體的回報時長被進一步拉長。光刻機嚴重依賴進口，國產(chǎn)化水平明顯不足:在芯片生產(chǎn)中，光刻機是生產(chǎn)芯片最為核心的設備，其功能主要為將掩膜版上的芯片電路轉移到硅片上：由于光刻機設備對光學技術和供應鏈要求嚴苛，形成了極高技術壁壘，致使其成為高度壟斷行業(yè)。荷蘭ASML是全球唯一一家生產(chǎn)高精度光刻機的公司，旗下產(chǎn)品覆蓋全部級別光刻機設備，其中高端領域形成絕對壟斷。除此之外，中低端領域由尼康和佳能兩大龍頭主導，與ASML共同占據(jù)整個市場份額的90%以上。當前美國禁止所有半導體企業(yè)在未經(jīng)審核的情況下向中國供應半導體設備和技術，這進一步促進了光刻機領域高生態(tài)壁壘的形成，不利于中國光芯片的研發(fā)及生產(chǎn)。技術不成熟，較國外具有較大差距:主要指InP/GaAs等材料經(jīng)提純、拉晶、切割、拋光、研磨制成單晶體襯底即基板，這是光芯片規(guī)模制造的第一個重要環(huán)節(jié)?；逯圃斓募夹g關鍵是提純，當前能實現(xiàn)高純度單晶體襯底批量生產(chǎn)的全球僅有幾家企業(yè)，均為海外企業(yè)。根據(jù)設計需求，生產(chǎn)企業(yè)用基板和有機金屬氣體在MOCVD/MBE設備里長晶，制成外延片。外延片是決定光芯片性能的關鍵一環(huán)，生成條件較為嚴苛，因此是光芯片行業(yè)技術壁壘最高環(huán)節(jié)。成熟技術工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業(yè)，國內企業(yè)量產(chǎn)能力相對有限。行業(yè)壁壘主要指InP/GaAs等材料經(jīng)提純、拉晶、切割、拋光、研磨制成單晶體襯底即基板，這是光芯片規(guī)模制造的第一個重要環(huán)節(jié)?；逯圃斓募夹g關鍵是提純，當前能實現(xiàn)高純度單晶體襯底批量生產(chǎn)的全球僅有幾家企業(yè)，均為海外企業(yè)。根據(jù)設計需求，生產(chǎn)企業(yè)用基板和有機金屬氣體在MOCVD/MBE設備里長晶，制成外延片。外延片是決定光芯片性能的關鍵一環(huán)，生成條件較為嚴苛，因此是光芯片行業(yè)技術壁壘最高環(huán)節(jié)。成熟技術工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業(yè)，國內企業(yè)量產(chǎn)能力相對有限。在芯片生產(chǎn)中，光刻機是生產(chǎn)芯片最為核心的設備，其功能主要為將掩膜版上的芯片電路轉移到硅片上：由于光刻機設備對光學技術和供應鏈要求嚴苛，形成了極高技術壁壘，致使其成為高度壟斷行業(yè)。荷蘭ASML是全球唯一一家生產(chǎn)高精度光刻機的公司，旗下產(chǎn)品覆蓋全部級別光刻機設備，其中高端領域形成絕對壟斷。除此之外，中低端領域由尼康和佳能兩大龍頭主導，與ASML共同占據(jù)整個市場份額的90%以上。當前美國禁止所有半導體企業(yè)在未經(jīng)審核的情況下向中國供應半導體設備和技術，這進一步促進了光刻機領域高生態(tài)壁壘的形成，不利于中國光芯片的研發(fā)及生產(chǎn)。技術不成熟，較國外具有較大差距光刻機嚴重依賴進口，國產(chǎn)化水平明顯不足生產(chǎn)工藝和流程較為復雜，投入極高同時回報偏慢一枚光芯片的出產(chǎn)需要經(jīng)過設計、流片、技術驗證、定型、量產(chǎn)等數(shù)個環(huán)節(jié)，在工藝和流程均成熟的情況下，整體需要1-2年的時間，而進入量產(chǎn)階段后還需要工藝經(jīng)驗的積累來解決散熱、封裝和穩(wěn)定性等多重技術難題，從而有效提升良品率。整體的回報時長被進一步拉長。11行業(yè)風險12行業(yè)現(xiàn)狀市場情況描述行業(yè)現(xiàn)狀隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算的發(fā)展，光芯片作為實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內部互聯(lián)及連接的核心器件，需求不斷攀升。隨著網(wǎng)絡架構的發(fā)展所需光芯片數(shù)量成倍增加，且向高速率芯片轉移。目前中國光芯片行業(yè)高端光芯片率仍較低國內相關企業(yè)僅在5G和10G光芯片領域實現(xiàn)核心技術的掌握。2015年，我國光芯片市場規(guī)模僅為56億美元，此后受益于互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展帶來的大量新型基礎設施需求，光通信市場帶動光芯片市場加速發(fā)展，至2023年我國光芯片市場規(guī)模已上升至174億美元，過去九年CAGR為116%。未來幾年5G設備升級和相關應用落地將會持續(xù)進行，同時大量數(shù)據(jù)中心設備更新和新數(shù)據(jù)中心落地也會持續(xù)助力光芯片市場規(guī)模的增長。13行業(yè)痛點行業(yè)痛點010203光芯片行業(yè)技術壁壘較高，生產(chǎn)工藝和流程復雜，特別是外延生長環(huán)節(jié)是技術壁壘最高的環(huán)節(jié)。國內企業(yè)在高端光芯片領域與國際領先水平存在一定差距，且研發(fā)投入相對不足，導致在核心技術上難以突破。技術門檻高與研發(fā)投入不足盡管中國在低速光芯片領域取得了一定進展，但在高速光芯片領域，特別是25G及以上速率的光芯片嚴重依賴進口。國內能夠量產(chǎn)的高速率激光器芯片的廠商較少，許多關鍵技術和高端產(chǎn)品仍需向國際外延廠進行采購，這限制了國內光芯片行業(yè)的自主可控能力。對外依賴度高中國光芯片產(chǎn)業(yè)集中度相對較低，存在眾多中小企業(yè)，這些企業(yè)普遍規(guī)模較小，自主研發(fā)能力較弱，產(chǎn)品同質化嚴重。同時，國際市場上的競爭也非常激烈，國外寡頭企業(yè)占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢并把控產(chǎn)業(yè)鏈高端，擠壓國內廠商市場空間。產(chǎn)業(yè)集中度不高與市場競爭壓力大14問題及解決方案15行業(yè)發(fā)展趨勢前景行業(yè)發(fā)展趨勢前景隨著傳統(tǒng)乘用車的電動化、智能化發(fā)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(guī)模將會增大?；谏榛墸℅aAs）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。下一代數(shù)據(jù)中心應用400G/800G傳輸速率方案，傳統(tǒng)DFB激光器芯片短期內無法同時滿足高帶寬性能、高良率的要求，需考慮采用EML激光器芯片以實現(xiàn)單波長100G的高速傳輸特性。在硅光方案中，激光器芯片作為外置光源，而硅基芯片承擔了速率調制功能。為了實現(xiàn)這一目標，需要將激光器芯片發(fā)射的光源耦合至硅基材料中。硅基材料憑借其高度集成的制程優(yōu)勢，能夠整合調制器和無源光路，實現(xiàn)調制功能與光路傳導功能的集成。在400G光模塊中，利用硅光技術將大功率激光器芯片的光源分為4路光路，每一路通過硅基調制器與無源光路波導實現(xiàn)100G的調制速率，從而實現(xiàn)整體的400G傳輸速率。這要求激光器芯片具備大功率、高耦合效率、寬工作溫度等性能指標。16機遇與挑戰(zhàn)17競爭格局競爭格局隨著光通信市場需求的持續(xù)擴大，再加上光通信領域中的器件、芯片、模塊等技術壁壘高、生產(chǎn)工藝復雜的特征，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的互聯(lián)互通程度逐步加深，龍頭企業(yè)垂直整合進程不斷加快，產(chǎn)業(yè)鏈的交互融合也使得光芯片市場競爭格局與光器件和光模塊市場競爭格局基本保持一致。國產(chǎn)光芯片行業(yè)同時面臨低端產(chǎn)品競爭激烈，高端產(chǎn)品突破困難的挑戰(zhàn)。光芯片行業(yè)具有較高的準入門檻。特別是采用IDM模式的企業(yè)，光芯片產(chǎn)品設計、良率的提升需要較長周期。光芯片導入下游光器件和模塊，需要經(jīng)過性能測試、可靠性測試等過程。目前行業(yè)中主要企業(yè)為陜西源杰半導體科技股份有限公司、蘇州長光華芯光電技術股份有限公司、武漢光迅科技股份有限公司、武漢敏芯半導體股份有限公司等。源杰科技經(jīng)過多年研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化積累，公司已建立了包含芯片設計、晶圓