光芯片产业壁垒有多高：新进入者的挑战与机遇

本篇文章的部分核心观点、图表及数据，出自东吴证券于2024年10月16日发布的报告《源杰科技(688498)国产芯片之“光”，数通业务有望切入大客户供应链》，如需获得原文，请前往文末下载。

光芯片行业是光通信产业的核心，承担着电信号与光信号转换的关键角色。随着数据中心的快速发展以及5G技术的商用化，光芯片的市场需求日益增长。光芯片的性能直接决定了光模块的传输速率，而光模块又是数据中心内部互连和数据中心相互连接的核心部件，因此光芯片直接关联整个通信系统的数据传输速率和稳定性，其技术进步直接推动着光通信系统性能的提升。

关键词：光芯片、产业链、技术壁垒、新进入者、数据中心、5G技术、国产替代

光芯片产业的技术壁垒

光芯片产业的技术壁垒主要体现在其生产工艺和流程的复杂性上。光芯片的生产包含芯片设计、基板制造、磊晶成长、晶粒制造、封装测试等多个主要环节。在芯片设计环节，需要利用专业的EDA软件进行芯片的版图设计，包括电子线路的布局和光学路径的设计。这一环节需要考虑芯片的电气特性、光学特性以及与后续工艺的兼容性，是光芯片具有存在和使用价值的核心环节。

基板制造环节要求极高的材料纯度和表面平整度，当前能实现高纯度单晶体衬底批量生产的全球仅有几家企业，均为海外企业。磊晶成长/外延片环节是决定光芯片性能的关键一环，生成条件较为严苛，因此是光芯片行业技术壁垒最高环节。晶粒制造（Chip Fabrication）环节通过光刻技术将设计好的版图转移到外延片上，然后通过蚀刻、离子注入、扩散、抛光等步骤制造出芯片的微观结构。封装测试（Packaging and Testing）环节将制造完成的芯片进行切割、清洁，然后安装到封装中，形成可以方便使用的模块。

高速光芯片的生产包含280多道工序，涉及外延生长、光刻、刻蚀等精密加工，比中低速率激光器多出50~70道，尤其外延环节对设计及生产工艺的要求极高，是当前国内厂商与海外头部厂商的主要差距所在。外延环节需要精确控制材料厚度、比例和电学掺杂，每层量子阱的厚度精度误差需小于0.2nm。

新进入者的挑战

新进入者面临的挑战主要来自于技术积累和市场认可度。高速光芯片的研发和生产需要长期的技术积累和经验沉淀，新进入者难以快速突破。高速光芯片良率的爬坡过程通常缓慢，需要大量的试验和优化。在高速光芯片领域，先发优势尤为明显，早期进入市场的企业能够通过持续的研发投入和市场实践，逐步建立起技术壁垒，形成强大的竞争优势。

服务器稳定性是首要选择，供应商替换难度大。在选择光模块时，服务器厂商通常优先选择已经建立长期合作关系、具备良好稳定性记录的光模块供应商，这种谨慎的选择有助于确保数据传输的可靠性和服务器的持续稳定运行。当现有供应商无法满足需求、出现供不应求的情况时，便成为新厂商切入市场的最佳时机。同样，光模块厂商在选择光芯片供应商时也遵循类似的逻辑。由于光芯片的性能直接影响光模块的稳定性和整体性能，光模块厂商会倾向于选择具有稳定供货能力和高质量产品的光芯片供应商，以确保最终产品的可靠性。

国产替代的机遇与挑战

目前全球高速光芯片市场主要被国外厂商如II-VI、Lumentum等主导。根据ICC的预测，2021年，国产2.5G速率的光芯片在全球市场的份额超过了90%。在10G光芯片领域，国产芯片的全球市场份额大约是60%，然而对于一些性能要求更高的光芯片，国产化的比例还不到40%。对于25G及以上速率的光芯片，尽管中国制造商在用于5G基站前传光模块的25G DFB激光器芯片上取得了进展，25G光芯片的国产化比例大约为25%，但更高速率的光芯片国产化比例仍然只有5%左右，市场主要被海外芯片制造商所主导。

国内政策支持和市场需求的增长为国内光芯片厂商提供了发展机遇。在光模块领域，国产玩家积极突破取得了优异成绩，为光芯片的国产替代打下良好基础。近年我国光模块厂商在技术、成本、市场、运营等方面优势凸显，在全球的份额迅速提升。根据源杰科技招股说明书援引LightCounting统计，2021年我国厂商中已有中际旭创、华为、海信宽带、光迅科技、华工正源和新易盛进入全球前十大光模块厂商。光通信产业链逐步向国内转移，同时中美贸易摩擦及芯片国产化趋势，将促进产业链上游国内光芯片的市场需求。

总结

光芯片产业的技术壁垒高，新进入者面临诸多挑战，尤其是在技术积累和市场认可度方面。然而，随着国产替代趋势的加强和国内政策的支持，国内光芯片厂商正迎来发展的机遇。尽管目前全球高速光芯片市场仍被国外厂商主导，但国内厂商在2.5G和10G光芯片领域已取得一定的市场份额，并在25G及以上速率光芯片领域取得进展。未来，随着技术的不断突破和市场需求的增长，国内光芯片产业有望在全球市场中占据更重要的位置。