光芯片行业研究报告

名词解释

一、 光芯片介绍

根据中国电子元件行业协会发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图》，光电产业从产业链角度看，包括光辐射（激光器）、光探测、光传输、光处理、光显示、光存储、光集成以及光转换（光伏）等多个领域。光通信器件按照其物理形态的不同，可分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统四大类。

光芯片主要包括无源光器件芯片、光模块芯片、增益芯片、光交换机芯片等。

无源光器件芯片主要包括PLC光分路器芯片、AWG阵列波导光栅芯片。PLC光分路器芯片通常以二氧化硅光波导和玻璃光波导两种工艺制作，由多个Y分支串联而成，实现光信号的耦合、分支、分配。AWG 阵列波导光栅芯片由两个多端口耦合器和连接的阵列波导构成，实现N*1的波分复用和1*N的波分解复用以及N*N的波长路由等，广泛应用在WDM光模块、ROADM、WSS中。

光模块芯片主要指激光器芯片（LD Chip）和探测器芯片（PD Chip），分别完成电光转换和光电转换，是光模块最核心的功能芯片，他们与滤镜、金属盖、陶瓷套管等组件搭配分别封装成TOSA、ROSA，OSA再与PCB、电芯片、结构件等封装成光模块。光芯片的性能直接决定着光模块的传输速率、温度漂移、工作稳定性、信噪比等工作属性，是光模块设计和原材料采购中最受重视的部分。

增益芯片（gain chip）实现对不同波长光信号的功率放大，可用于光纤放大器、可调谐激光器等。

在整个网络架构中，各个模块的位置，可以参考下：

从相互关系上来看，光通信器件基本遵循“光芯片->光器件->光模块”的基本封装程序，其中光芯片是组成光器件和光模块的最核心部件，光芯片的成本在封装组成的光器件中占比较高。随着光芯片的速率与性能不断升级，光芯片成本在光器件中的占比将会更高。目前常见的光芯片主要包括FP、DFB、EML、VCSEL等激光器芯片和PIN、APD等探测器芯片，主要以磷化铟InP或GaAs为半导体基本材料。

（一） 激光器芯片

激光器芯片主要有VCSEL、FP、DFB和EML，具体特点如下：

VCSEL在消费电子市场具有广阔空间。VCSEL在通信领域主要应用于850nm波段数据传输，广泛应用于数据中心和接入网。随着VCSEL在苹果手机3D传感的应用突破，未来VCSEL有望广泛应用于消费电子、工业、汽车、医疗等新兴领域。VCSEL的主要供应商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、光迅科技、华芯半导体、长光华芯等。

FP激光器适用于短距离通信。FP主要应用于1310nm/1550nm波段低速率短距离传输，速率一般在1.25G以内，主要应用于接入网GPON/EPON市场。由于存在损耗大、传输距离短的问题，逐步被DFB激光器取代。

DFB激光器适用于中长距离通信。DFB基于FP的基础，目前是最常用的直接调制激光器，主要使用于1310nm、1550nm波段数据通信，广泛应用于数据中心、城域网及接入网。DFB的主要供应商包括II-VI(Finisar)、Lumentum（Oclaro）、Neophotonics、三菱、光迅科技、海信宽带、源杰半导体等。

EML激光器成为高速远距离主流光芯片。EML是DFB与EAM（电吸收调制器）的集成激光器芯片，与直接调制的DFB激光器相比，EML具有功率高、窄线宽、宽波长调谐范围等传输优势，广泛应用于数据中心、城域网和骨干网。

EML的主要供应商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞萨、住友电工、Neophotonics、光迅科技等。

注：传统的激光器芯片仅能用于光通信领域，但随着2017年9月，VCSEL激光器成为苹果手机面部识别核心组件，VCSEL光芯片正式进入消费电子市场。

（二） 探测器芯片

探测器芯片主要有PIN和APD，具体特点如下所示：

PIN探测器适用于中短距离的光通信场景。PIN只能实现光电转换功能，输出光电流较弱，适用于中短距离、低灵敏度的场景。主要的PIN供应商包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞萨、住友电工、环宇通讯、光迅科技等。

APD探测器是一种高灵敏度探测器。APD除了可实现光电转换功能，对光电流具有放大作用，具备更高的灵敏度、高响应和高可靠性的特性，广泛应用到通信、工业、航空、医疗等各领域。APD的主要参与者包括Lumentum（Oclaro）、Broadcom、II-VI(Finisar)、瑞萨、Excelitas、环宇通讯、光迅科技、华工科技等。

（注：在光模块成本构成中，探测器侧要低于激光侧，而且探测器芯片整体的技术壁垒低于激光器侧，光迅、华工、源杰、敏芯等都可以实现25GPIN/APD芯片量产，能够实现量产厂家较多，在一定程度上并不是投资的热点）

（三） 光芯片成本构成及分析

1、激光器芯片

目前VCSEL芯片上市公司有长光华芯、DFB芯片主要为源杰半导体（已经递交招股说明书），除此之外，仕佳光子，光库科技，光隆科技等也都涉及。

VCSEL芯片：

根据长光华芯招股说明书显示：

长光华芯主要产品为半导体激光芯片及其器件、模块等，其主要原材料包括衬底、热沉、光学件（如准直透镜、耦合镜及反射镜）、壳体组及光纤等。

（注：在长光华芯成本构成中衬底和热沉占比较大。）

而由于长光华芯未对不同频率的VCSEL芯片进行毛利率拆分，仅从招股说明书中进行分析，VCSEL芯片毛利率大概为60%左右。

DFB芯片：

根据源杰半导体招股说明书显示：

源杰半导体的主要原材料包括衬底、金靶、特殊气体、主要包括高纯氢、磷化氢、液氮等）、三甲基铟、光刻胶、封装材料（包括管帽等）和其他材料等，其他原材料包括显影液、光刻掩模板、异丙醇、砷化氢等材料，其他原材料品种较多且占比较低。根据采购情况可以进行推测，衬底大概占总成本的40%，为原材料主要成本消耗原材料。

2018-2021年1-6月源杰半导体采购情况

而根据招股说明书的另一数据显示衬底平均价格从2019年以来呈现持续下降的趋势（2018/2019年平均1000元/片，2020年926.75元/片，2021年803.75元/片）。

注：根据招股书显示在DFB中衬底占成本比重约40%，且呈现下降趋势。

而根据产品收入分类可以看出，随着产品速率的提升，产品毛利率在不断提升。25G高速激光器芯片中毛利率可高达80%以上。而根据收入结构显示源杰半导体也是2020年才实现高速率DFB芯片的量产，而其余厂家如光库、光隆、仕佳光子都是处于正在送样阶段。

2、探测器芯片

注：目前上市公司中主营业务为探测器芯片的企业较少，该项无较可信的数据来源。故暂未列出。

（四） 光芯片工作原理

1、激光器芯片

主要技术原理：一般采用InP（磷化铟）/GaAs/n InGaAsP等Ⅲ-Ⅴ族发光材料制作而成，当给磷化铟施加电压的时候，产生持续的激光束，进而驱动其他的硅光子器件。

VCSEL：面发射芯片（Vertical Cavity Surface Emitting Laser），在芯片的上下两面镀光学膜，形成谐振腔，由于光学谐振腔与衬底垂直，能够实现垂直于芯片表面发射激光

VCSEL作为一种半导体激光器，形成激光发光需要完成能量激发和共振放大两个步骤。首先要实现能量激发，通过外加能量（光能或电能）激发半导体的电子由价带跳到导带，当电子由导带跳回到价带时，将能量以光能的形式释放出来。然后在发光区外加一对激光腔镜，使光束在左右两片镜片之间来回发射，不停地通过发光区吸收光能，最后产生谐振效应，使光的能量放大最终形成激光。

VCSEL器件有两种基本结构，一种是顶发射结构,另一种是底发射结构。

顶发射结构：采用MOCVD技术在n型GaAs衬底上生长而成，以DBR（布拉格反射激光器distributed Bragg reflector）作为激光腔镜，量子阱有源区夹在n-DBR和p-DBR之间，量子阱厚度小，单程增益小，因此反射镜的反射率较高，一般全反腔镜反射率＞99.9%，输出腔镜反射率通过理论计算设定最佳的耦合输出率（一般也大于99%），然后在衬底和p-DBR外表面制作金属接触层。并在p-DBR或n-DBR上制作一个圆形出光窗口，获得圆形光束，窗口直径从几微米可到百微米量级，最后再和导热性好的热沉键合，提高芯片的散热性能。

底发射结构：一般用于产生976-1064波段，通常将衬底减薄到150um以下以减少衬底吸收损耗，再生长一层增透膜以提高激光光束质量，最后将增益芯片安装在热沉上。

DFB：主要是由上下限制层、上下波导、有源层和刻蚀在有源层或波导上的光栅组成。其中上下限制层主要是为了把载流子限制在波导内，从而进行有效的受激辐射。有源区是发光区，对光波有放大作用，通常由两个垒层中间夹一个阱层组成。光栅是DFB中最核心的结构之一。与一般的半导体激光器通过端面膜集中进行光反馈不同，DFB在半导体激光器里内置DBR，通过光栅的周期性结构进行光反馈，只有满足布拉格条件的光波才能形成稳定的光振荡，起到选模压窄线宽的作用，正是由于布拉格光栅结构的存在，器件波长随温度变化相对稳定，极大地减小了波长的温漂系数。

2、探测器芯片

PIN光电二极管：

在传统的PN结二极管之间增加一层轻掺杂的N型材料I（Intrinsic，本征的）层，以展宽耗尽层，提高转换效率，这是因为轻掺杂I层，电子浓度很低，经扩散后就可以形成一个很宽的耗尽层。这就是我们的PIN光电二极管。

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

APD雪崩光管二极管

雪崩光电二极管在PIN光电二极管的基础结构中增加了雪崩区。使得光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应激发出新的电子-空穴对，新产生的载流子通过电场加速，导致更多的碰撞电离产生，一生二，二生三，三生万物，从而获得光生电流的雪崩倍增。

原理：

（1）光子照射在半导体材料上产生光生载流子；

（2）光生载流子在雪崩区即高电场区发生雪崩倍增；

（3）光电流在外部电路作用下形成电信号并输出。

（五） 光芯片生产流程

从生产流程看，光芯片产业链环节众多，工艺流程较为复杂，主要包括芯片设计、基板制造、磊晶成长、晶粒制造四个环节:

1、芯片设计: 用芯片设计软件根据特定的芯片功能要求制作光电线路图;

2、基板制造: GaAs/InP 材料经提纯、 拉晶、 切割、 抛光、 研磨制成单晶体衬底即基板; 

3、磊晶成长: 根据设计图，用基板和有机金属气体在MOCVD/MBE设备里长晶，制成外延片(Wafer);

4、晶粒制造: 对外延片进行光刻等系列处理，制成电路功能完整的可封装晶粒。

光芯片生产流程示意图

在这些生产环节中，磊晶生成的外延片质量(Wafer)是决定光芯片性能的关键因素，且生成条件较为严苛，是光芯片制备的重要环节。目前，磊晶生长主要有MOCVD与MBE两种方式:

1、MOCVD(金属有机物化学气相沉积):以III族元素+V族元素(或II族元素+VI族元素) 组成的有机化合物作为晶体生长原材料，以热分解反应方式在衬底(基板)上进行气相外延，形成III-V族化合物(或II-VI族化合物)薄层晶体。在MOCVD工艺中，需要着重考虑系统密封性、流量、温度控制等工艺环节。

2、MBE (分子束外延):与MOCVD相比，MBE是一种更新的晶体生长技术。其主要方法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中。通过加热，元素喷射的分子流在衬底上长出晶格结构。MBE能够制备超薄层的半导体材料(可达到单原子层水平) ，技术难度较高。

二、 光通信产业链

（一）根据生产方式进行划分

与其余半导体行业类似，目前主要有两类光芯片制备厂商：垂直一体化的IDM厂商以及第三方代工厂商。

1、垂直一体化（IDM）厂商：负责从芯片设计到经历制作的全产业链制作，甚至延伸至下游的光器件与光模块制备环节。由于光芯片工艺复杂，客户需求多样，产品线难以标准化，加之行业规模有限，目前超过50%的光芯片的磊晶和晶圆制作都由 Finisar、Lumentum和Avago等垂直一体化厂商（IDM）把控。

2、第三方代工厂商：随着光芯片市场规模的拓展，IDM厂商开始专注于芯片设计，并逐渐剥离磊晶制作和晶圆代工业务，交给第三方代工厂商，出现了以联亚光电为代表的专业光芯片磊晶厂，以及以IQE为代表的射频器件和光芯片磊晶双主业厂商。

在光芯片市场形成初期，市场规模相对有限。光器件厂商为了扩大市场范围主要致力于上下游产业链的整合，形成垂直一体化的IDM厂商。随着市场规模的不断扩大，核心光芯片的生产线得以标准化，第三方代工厂商凭借成本优势迅速占领基板制造、磊晶成长、晶圆代工等生产环节，而原先的IDM厂商则专注于芯片设计等核心环节，逐渐剥离毛利率相对较低的代工环节。随着光芯片市场规模的持续增大，VCSEL芯片在消费电子市场的渗透率提升，产业链将分工细化。

（二）根据光通信产业链理解光芯片产业

产业链上游主要参与者包括设备以及材料供应商、中游为光通信芯片、下游为光模块厂商及终端客户。

1、产业链上游-【芯片衬底及其供应商】

光通信芯片企业采用高频性能突出的GaAs以及InP化合物半导体为光通信芯片的衬底。GaAs以及InP可被制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用来制作衬底具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合5G通信高频的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。

光芯片材料以Ⅲ-Ⅴ族化合物为主,Ⅲ-Ⅴ族化合物材料拥有最佳的能量转化效率，适用于高速、高频、大功率光电子芯片场景，广泛应用于光通信、卫星通讯、移动通讯和GPS等领域。而不同芯片材料的基态能级差不同，具有不同的发光工作波长，结合光纤传输损耗窗口，常用的发光波长为850nm/1310nm/1550nm。

GaAs数据中心和消费电子需求驱动砷化镓市场增长。根据Yole的预测，2019-2025年砷化镓光通信市场规模从2400万美元增长到6100万美元，复合年增长率17%。

砷化镓衬底：日本的住友、德国的Freiberger和美国的AXT三家合计约占全球半绝缘型衬底90%的市场份额，主流尺寸为3英寸和4英寸。

砷化镓外延材料：IQE、全新光电、住友化学、英特磊、Ⅱ-Ⅴ。IQE占据外延片市场50%左右的市场份额。

InP5G和数据中心需求驱动磷化铟市场增长。磷化铟主要应用在光通信波长为1000nm以上的激光器，主要包括分布式反馈激光器（DFB）、点吸收调制激光器（EML）。随着5G基站和数据中心高速光模块需求的增长，对于磷化铟的需求有望快速增长。

根据Yole的预测，2018-2024年磷化铟光通信市场规模从5700万美元增长到1.49亿美元，年复合增长率为14%。

磷化铟衬底：日本住友占据全球60%市场份额，美国通美市占率15%，英法的公司市占率各10%和5%。目前国内衬底年用量总计在3万片左右，占全球总市场份额不足2%。

主流尺寸为2英寸和3英寸。磷化铟外延材料主要供应商包括联亚光电、IQE。

2、产业链上游-【芯片生产设备】

光通信芯片生产过程中所用到的设备包括光刻机、刻蚀机以及外延设备等。中国半导体设备产业薄弱，高端设备基本被国际巨头把控。例如，全球光刻机市场排名前三的企业（荷兰ASML、日本Nikon以及日本Canon）合计占据75%的份额。国际巨头美国泛林集团、日本东京电子、美国应用材料共占据了全球刻蚀机市场80%以上的份额。

3、光芯片产业链主要参与者

海外光器件厂商通过从芯片到模组的垂直一体化优势垄断市场，并且随着对于外延并购不断夯实全球高端光芯片的市场领导地位。光器件的国产化替代过程是海外厂商先后失去低速模块、低速芯片、高度模块和高速芯片的业务线收缩过程。伴随光芯片市场规模扩大及国内光器件厂商在全球光模块市场份额的提升，垂直一体化模式优势逐渐减小，海外光器件厂商逐步剥离下游封装业务，聚焦于高端光芯片主业。而伴随国内高端光芯片突破，海外光器件厂商优势将继续减小，或继续收缩业务线，最终国内光器件厂商在全球产业链各环节占领市场主导地位。

而随着VCSEl在消费市场的不断拓宽，市场增大同时将促使产业链的分工细化。

近10年全球光模块供应商TOP10变化情况

（1）国外光芯片厂家

国外光芯片厂家中，在DFB芯片方面，代表厂商有Avago和三菱等；而在EML芯片方面，代表厂商则有Neophotonics、Oclaro、住友等；在VCSEL方面，代表厂商有Lumentum、Finisar、Avago、三菱等。

住友电工

住友电气工业株式会社成立于1897年，总部位于日本大阪，是一家电子零件制造商，经营范围涵盖汽车、信息通信、电子、环境能源、产业原材料相关行业等。光通信产品包括用于光收发器的半导体激光、光电二极管以及实现主干系统相干光通信设备的可变波长激光、光接收器等各种发光受光器件产品群，支撑光通信系统的基础。

三菱电机

三菱电机株式会社成立于1921年，总部位于日本东京，产品范围广泛，包含面向个人消费者的显示产品、手机等和面向商业消费者的电子、半导体等。光通信产品涵盖DFB-LD半导体激光器、FTTH用LD/PD、10G传送用CAN型EML器件等。

NeoPhotonics

NeoPhotonics（NPTN）是世界领先的高速光通信网络器件、模块及子系统设计与制造商。公司前身为1996年成立的Nano Gram Corporation，专注于纳米技术和相关产品应用的研发设计。2002年，公司更名为NeoPhotonics，并开始专注于通信产品的设计、研发与生产。

NPTN全球总部设于美国加州圣荷塞，在美国、中国、日本、俄罗斯等地设有研发和生产基地。自2003年起，公司通过一系列战略并购，以获得在光子集成电路（PIC）及激光器技术的领先优势。2013年公司收购了日本LAPIS半导体公司的光器件业务部；2015年收购EMCORE公司的超窄线宽可调激光器业务；2017年向APAT出售接入及低速收发器产品线。在一系列并购重组过程中，公司不断进行垂直整合，具备为客户提供高速激光器和光模块的能力，聚焦高速光通信市场。

Finisar（现被II-VI收购）

Finisar和II-VI是全球最大的光通信器件产品制造商，历史上通过兼并收购逐步获得全产业链业务能力，主要产品包括：光模块、光放大器、激光器、光电探测器、无源光器件、ROADM、WSS（wavelengthselectiveswitches，波长选择开关）以及其他高速光器件，也逐步进入3D感测市场。公司具备从光芯片到光模块的垂直一体化生产能力，取得产品的成本优势，但公司的核心生产平台以传统分立器件微封装为主，在下游封装层面的竞争力不如中国公司，公司倾向于生产高附加值产品，其收入近80%来自于数通市场。

根据OVUM，Finisar近年光器件全球市场份额如下：

Lumentum

Lumentum前身是商业激光器的供应商，之后通过业务拓展和兼并收购，具备了全方位的产品生产能力。2018年并购Oclaro，获得先进InP激光器和集成光路生产能力，产品组合进一步完善。区别于Finisar，Lumentum产品的技术平台以集成光路方案为主，Lumentum在GaAs基的VCSEL方面能力较强，而Oclaro更专注于InP激光器，其业务和核心竞争力聚焦在长距传输、相干传输以及数据中心的大容量传输。

索尔思光电（EML激光器芯片、光模块）

前身包括成都飞博创以及中国台湾的LuminentOIC，光芯片厂商嘉信光电。采用IDM模式，在美国加州、中国台湾新竹、成都和江苏常州建有产品研发与生产基地，逐步形成了从光芯片、OSA、光模块的整体研发与制造。聚焦10G-53Gbd EML/FP/APD/PD，10G-25G DFB。最具优势产品25G EML光芯片已实现出货。华西股份及旗下一村资本自2019年1月持续向索尔思出资，截止目前实现间接持有索尔思光电股权54.68%。根据公开资料，索尔思的激光器芯片2019年产能传送端1100万只/接收端1400万只，OSA组件年产能达到1300万只，光模块的年产能达到1100万只。2019年主营业务收入1.63亿美元，净利润-1.53亿美元，客户为亚马逊、苹果、Juniper、华为、Cisco、中兴等。

Broadcom（Avago）

Avago Technologies Ltd.成立于1961年，总部设在美国加州，是全球领先的有线和无线通信半导体公司，聚焦于III-V族复合半导体设计和工艺技术。光通信产品涵盖光纤到户、移动宽带接入、数据中心、城域和长途数据通信市场等。2016年，Avago收购Broadcom，并以Broadcom命名。

通过数据搜集可以发现海外光芯片厂家有以下发展趋势：

1、前期大多为垂直一体化的厂家，涵盖从芯片到模组的全流程，从低速模组到高速模组都进行涉及，随着产业链和市场的转移。低端市场被逐步被大陆厂家取代，而随着中际旭创、新易盛等厂家对高端光模块市场的弯道超车，促使光器件厂家向上游高端光芯片转移。

例子：

2016年1月，Avago出售光模块组装业务给鸿腾精密，专注于高端光器件芯片；

2018年5月，MACOM拟出售其先前收购的日本公司FiBest给上海剑桥科技，剥离光器件封装和光模块组装业务，聚焦光电芯片。

2、2017年，VCSEL阵列首次进入苹果iPhone X，成为3D人脸识别的光源，随着在消费市场的不断拓宽，未来VCSEL市场规模将会不断增加，这也将促使光器件厂家更快的向芯片端进行转移。

3、和其他光器件产品相比，光芯片研发周期长、投入大、风险高，且由于不同类型光芯片基于基于的工艺平台不同，具备单种光芯片研发能力的厂商切入其他类型芯片的技术壁垒高，整体持续内生发展难度大，上市光器件厂商具备资本优势，外延并购对未来发展更有效。

例子：

Finisar通过收购Ignis，获得了集成SOA和可调激光器技术，广泛应用于10G XFP中的可调激光器。可调激光器是未来智能光网络实现的关键，Finisar成为全球极少数具备可调谐激光器研发制造能力的厂商，已经构筑强大的技术壁垒。

II－VI通过收购Oclaro砷化镓制造厂，获得了VCSEL芯片研发制造能力，目前被认为已经进入苹果3D感应供应商序列，成功实现了从光通信用VCSEL市场到消费电子用VCSEL市场的突破，成为全球前五大VCSEL芯片供应商，打开未来成长空间。

Neophotonics收购LAPIS：LAPIS是应用于通信网络的高速半导体和高速激光器以及光电探测器方面的领导者。该公司的激光器、光电探测器和模拟半导体集成电路是相干和其他高速光传输器件中的关键要素。此次收购进一步拓宽了Neophotonics光芯片产品线，巩固了其在光芯片领域的领先地位。

（2）国内光模块厂家光芯片发展策略分析

由于光芯片在产业链中处于上游地位，且在光模块成本中整体成本中占据主要地位，具备光芯片生产能力不仅有助于稳定行业地位，还可以在未来竞争中取得优势地位，所以目前国内光模块厂家也都在陆续布局光芯片相关产业的研发和生产。

光迅科技

光迅科技（002281.SZ），是中国唯一有全面产业链布局的光器件公司,在技术路径与公司发展策略上与易锐光电最可比的竞争对手。光迅是全球排名前五的光器件生产厂家，主要客户为电信设备集成商、资讯服务商、电信运营商等，在光通信传输网、接入网和数据网等领域构筑了从芯片到器件、模块、子系统的综合解决方案。光迅科技为客户提供光电子有源模块、无源器件、光波导集成器件，以及光纤放大器等子系统产品，但主要优势在中低端产品的规模上，模块是其器件产业的下游延伸。

光迅科技目前已实现10G光芯片的全系列商用，包括VCSEL、DFB、EML 3种激光发射器芯片，APD 1种光接收（光探测器）芯片。对于25G的光芯片，目前光迅只完成了发射端芯片的研发与生产，接收端芯片尚在研制中，25G芯片仅供内部使用，尚未作为产品推向市场。

光迅的核心竞争力在于资本雄厚，扩产迅速，在所有关键领域都有投入和参与，但目前并没有在前沿和核心产品上，体现出竞争优势，是这个市场的重要参与者。从客户资源上来看，烽火科技集团是光迅的控股股东（41.8%），公司与烽火具有绑定关系。

华工科技

华工科技（000988.SZ）是一家以激光为主业的公司，业务布局包括激光装备制造、光通信器件、激光全息仿伪、传感器、信息追溯等，产品应用与机械制造、航空航天、汽车工业、钢铁冶金、船舶工业、通信网络等重要领域。

其中，光通信相关业务包括5G与数据中心相关光模块、10G PON、路由器、融合网关、手机潜望棱镜等，主要由华工科技的核心子公司，华工正源光子技术有限公司开展。华工正源是华为的金牌供应商，主要业务是传统光电行业的封测业务，公司旗下参股的云岭光电主要从事光芯片研发，低端产品已经实现批量供应，高端产品正在研发中，目前已经可以批量供应2.5G以下的光芯片，小批量供应10G的DFB芯片，25G的光芯片目前正在做可靠性试验。

海信宽带

海信宽带成立于2003年，是海信集团旗下专业从事高性能光通信产品和家庭多媒体产品研发、生产、销售及服务的公司。产品主要销往北美、欧洲、亚洲等全球多个国家和地区。作为全球领先企业，公司致力于将光电技术和产品推广应用到网络信息化社会中的各个领域，成为光通信行业技术领军企业。

（注：从目前进度可以看出，目前光模块企业在进行相关光芯片的研发，但是光模块厂家进行光芯片布局往往是全产业链的，即在激光器芯片端进行布局，同时也在探测器芯片端进行布局。而且生产的芯片产品往往用于自用。）

（3）国内光芯片厂家发展策略分析

国内光芯片产业自2017年进行快速发展，主要是受到两个因素的影响：

1、2017年，苹果X开始使用VCSEL进行面部识别，这一行为极大的拓宽了VCSEL芯片的市场和前景，同时也促使了一批国内的厂家进行相关VCSEL芯片的生产研发工作，但到目前未知参与的厂家众多，但是做的好的比较少，量产的也相对较少。

2、2018年，由于中兴受到制裁的因素影响，国产化替代速率开始加剧，国内光模块厂家开始逐步采用国产厂家生产的光芯片。

此外：

受到产业链的区分来看，开始出现类似如唐晶量子这样专注于外延片生产的厂家。

参与的厂家中大多聚焦在某一类或者某几类的光芯片的生产制造环节，而很少有将产业链完全布局的企业。

而针对不同细分市场具备不同的发展策略，参与VCSEL芯片研发的企业往往之后会往其他赛道进行转移（如长光华芯布局激光泵和其他产品），聚焦于DFB赛道的企业往往会向上EML产品线进行拓展，而聚焦于其他细分赛道的企业，往往会往DFB赛道进行转移，但不同产品之间存在一定技术壁垒，突破起来往往并不是那么容易，而根据源杰半导体的招股说明书显示，由于目标客户光模块厂家往往自己会进行相关光芯片的生产，所以存在一定下游客户前往上游竞争的可能，而VCSEL芯片厂商目前这方面的竞争威胁并不是很大。

从参与成员和投资机构的聚焦来进行考虑，目前市面上参与者还是聚焦在VCSEL、DFB和EML相关产品为主，聚焦在探测器芯片的厂家较少。

整体来讲目前在无论哪种光芯片，高速光芯片领域实现量产的厂家还是很有限的。

（关于光芯片厂家的信息整理还有量产信息统计在excel表中）。

下面就主要的几家光芯片厂家进行介绍如下：

长光华芯(688048)

长光华芯成立于2012年，依托中国科学院长春光机所创办，致力于高功率半导体激光器芯片、高效率VCSEL芯片、高速光通信芯片及相关光电器件和应用系统的研发生产和销售，已建成从芯片设计、MOCVD(外延)、光刻、解理/镀膜、封装测试、光纤耦合、直接半导体激光器等完整的工艺平台和量产线，是全球少数几家研发和量产高功率半导体激光器芯片的公司。公司高亮度单管芯片和光纤耦合输出模块、高功率巴条和叠阵等产品，在功率、亮度、光电转换效率、寿命等方面屡次突破，获多项专利，与全球先进水平同步。

截至2022年6月2日收盘时，长光华芯市值为123.90亿，市盈率（TTM）为99.93。

仕佳光子(688313)

仕佳光子成立于2010年，主营为光芯片及器件（主要产品包括 PLC 分路器芯片系列产品、AWG 芯片系列产品，并进行DFB 激光器芯片系列产品、光纤连接器等其他器件业务）、室内光缆和线缆材料三大板块。主要应用于光纤入户、数据中心、4G/5G 基站及骨干网和城域网等。其中，光芯片及器件是公司核心优势业务，也是公司主要战略发展方向。

截至2022年6月2日收盘时，仕佳光子市值为50.06亿，市盈率（TTM）为74.96。

（注：根据招股书显示，仕佳光子PLC市占率目前为全球第一，但考虑其市值相对较低，这块市场可能并不是投资筛选范围。）

桂林光隆

光隆科技拥有国内唯一的光芯片产业化半导体全制程工艺平台并掌握MOCVD外延生长技术、量子阱纳米技术、3英寸全息曝光光栅等国内领先制造工艺。分别在通讯和非通讯领域，产品广泛应用于5G光通信、大数据与云计算、物联网、激光医疗、网络安全等领域。目前服务于华为、中兴、烽火等国内外知名企业，逐步完成光芯片的进口替代。公司以发展光芯片产业为核心，致力打造国内最大的光芯片供应商。

陕西源杰

陕西源杰半导体科技股份有限公司成立于2013年，是一家自主研发、生产和销售2.5G、10G、25G、50G及更高速半导体激光器芯片的高新技术企业。经过多年的技术研发，公司已拥有了完整独立的自主知识产权，产品广泛应用于互联网、数据中心，光纤到户。公司由国内著名投资机构和技术团队共同创办，聚集了光通讯芯片大量本土优秀人才，拥有数条从MOCVD外延生长、到芯片生产，自动测试的生产线。

光库科技（300620）

光库科技成立于2000年,近二十年来公司始终专注于研发、生产高性能光纤无源器件。主导产品包括:高功率光无源器件、保偏光无源器件、各种光纤激光器及光网络核心模块等,

截至2022年6月2日收盘时，光库科技市值为46.95亿，市盈率（TTM）为36.41。

敏芯半导体

武汉敏芯半导体股份有限公司成立于中国光谷，是一家从事半导体光电芯片研发、制造和销售的高新技术企业。产品涉及光通信、工业激光、传感和消费等领域。作为光通信领域国内首家独立的全系列光芯片供应商，公司主营业务为2.5G/10G/25G/50G全系列激光器和探测器光芯片及封装类产品。。

光安伦

坐落于湖北东湖高新技术开发区的光安伦芯片有限公司是国内提供5G高速芯片的公司之一。光安伦于2015年成立，公司拥有独栋专业芯片制造厂房，面积4000平方米，其中无尘净化车间面积3000余平方米，是目前国内光通信行业领先的专业独立从事光电子芯片外延生长、芯片设计与制作、工艺开发以及封装设计的厂家。光安伦已经进入华为供应商系统，成为芯片供应商第一梯队。目前，公司芯片月产能500万，尤其在PON领域的1310nm、1490nm、1270nm以及APD等芯片，多个产品占据华为，烽火，天邑等公司的大份额。

光安伦目前拥有5台MOCVD外延生长设备，助力公司从外延生长到芯片出货全流程把控，5台MOCVD加码使公司拥有成本与产能优势。面对芯片产品冗长的导入周期，光安伦的MOCVD设备可以及时解决研发和生产中遇到的问题，加速产品开发与量产进程。

2021年，光安伦除了重点将目前正在商用的CWDM6波工温级芯片和灰光2km/10kmDFB芯片大力推向市场以外，还将批量投放中国移动主推的MWDM方案与中国电信主推LWDM方案芯片。目前，基于MWDM、LWDM方案两款芯片，5000小时可靠性进行中，预计在2020年12月前完成量产准备。姚总表示，公司必须保证芯片指标做到最佳且安全可靠地走入市场服务客户，在完成量产准备后，依托PON产品大规模制造经验和交付能力，产能可以快速腾挪到25G系列芯片，满足5G时代大批量交付需求。

中科光芯

中科光芯成立于2011年，由中科院福建物质结构研究所课题组组长、博士生导师，拥有二十多年半导体激光器研发及光电子集成制程平台经验的苏辉博士创立。公司拥有完整的外延生长、芯片微纳加工及器件封装产业线，现有产品包括外延片、芯片、TO器件、蝶形器件、PON器件、光模块等，是一家真正拥有独立自主知识产权，具备独立设计光芯片和器件以及量产能力的高新技术企业。

纵慧芯光

Vertilite是一家创新的初创公司，提供高功率和高速VCSEL（垂直腔面发射激光器）解决方案。我们设计和制造VCSEL（650nm至1000nm），其范围广泛，从高速光通信到生物医学，工业，汽车和消费类产品中的光学传感。

Vertilite由行业中经验丰富的科学家和工程师于2015年成立。在我们投资者的大力支持下，我们证明了具有世界顶级设备性能的量产能力。

瑞识科技

瑞识科技成立于2018年初，由美国海归博士团队创建，核心团队成员在半导体光学领域拥有二十余年的技术研发积累和硅谷丰富的产品产业化经验。公司自成立以来已申请国内和美国发明专利40余项，核心技术全面自主可控。瑞识已量产多款高性能VCSEL芯片产品、光学集成光源产品和光模块产品，并已经实现千万元的营收。

华芯半导体

华芯半导体科技有限公司位于泰州市姜堰区现代科技产业园，投资已超5亿元，占地面积90余亩，建筑面积50,000平米。

公司拥有国际先进的外延金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备、芯片工艺设备和封装设备等，主要从事尖端化合物半导体光电子芯片及其应用产品的研究、开发与生产。公司主要产品为高亮度LED、蓝绿光半导体激光管、垂直腔面发射(VCSEL)光子芯片、DFB光子芯片、EML光子芯片以及高亮度半导体激光芯片等。公司产品主要应用于激光显示、激光照明、激光电视、光纤通讯、数据中心、云计算、超算等领域。

（三）光芯片产业化进程

中国光通信行业在起步阶段，仅实现10G及以下的光通信芯片的进口替代，但10G以上的高速芯片仍依赖进口。2018年中国10G速率以下光通信芯片国产率已达到80%，10G速率的光通信芯片国产化率接近50%，而25G及以上高速率光通信芯片则严重依赖出口，国产化率仅5%，在VCSEL领域。随着5G时代到来，市场对25G以上高速率芯片的需求逐渐释放，低速芯片逐渐市场边缘化。

三种主要的发射端光芯片发展进度 

主要光芯片国内公司进展及差距

从信息搜集来看目前限制我国光芯片发展的主要因素有：

外延技术落后，亟待突破：

现阶段，中国大陆光通信芯片产业外延技术严重落后，导致中国大陆大量芯片企业流片进度严重受制于其他地区或国家（中国台湾、新加坡、日本以及美国）。

良率仍需提升：

除外延技术亟待突破，中国光通信芯片良率亦有待提高。中国10G光通信芯片的良率仅为70%，造成10G光通信芯片生产成本高居不下。25G及以上的光通信芯片还未形成量产。

高速高端光芯片技术难题需要进行攻克：

芯片的传输速率取决于发送光信号的频率，即激光器开启与关闭的频率。这一频率与驱动电路及相应的电路组件所决定。当传输速率为10Gbps时，单个信号的对应的时间为 0.1ns；而当传输速率提高至25Gbps时，单个信号的对应时间仅 0.04ns。高速光芯片的设计需要在提高传输速率的同时确保信号的质量。制约芯片调制速率的因素主要有以下两点:（1）寄生效应。芯片产生的 0/1信号，本质上是驱动电路中的调制电流在“无电流 /有电流”之间快速切换。电流的快速变化将产生由电感和电容引起的阻抗，产生寄生效应。由于电路中的电流无法产生突变，因此电流高速变化产生的激光信号不是理想的矩形，而是带有一定上升沿或下降沿延时的梯形信号。传输速率越高，电流的变化越快，寄生效应就越强。（2）弛豫振荡 (阻尼振荡)。驰豫振荡是激光输出由不稳定趋向稳定的过程，这一过程一直存在。不过，在提升传输速率的同时需要同步增大调制电流，而弛豫振荡的角频率和阻尼速率随工作电流的增加而增大。因此，驰豫振荡限制了调制速率的上限。除此之外，限制传输速率的因素还包括信号的色散等难点。为进一步提升传输速率，目前通常采用PAM4技术(四阶脉冲幅度调制)，单通道传输速率可从25G提升至50G。

此外高速高端光芯片需要解决散热、封装、激光稳定性等多重技术难题，并且我国光芯片流片加工严重依赖美国、新加坡、台湾、德国等国家和地区。国内企业目前只掌握了10G及以下的激光器、探测器芯片以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计、封测能力，整体水平与国际主要供应商还有较大差距。

三、 光芯片市场分析

伴随流量加速爆发，光芯片市场规模加速增长: 

1、电信市场: 传输网扩容正当时，接入网逐步向10G PON升级，5G基站大规模建设或带来超20亿美元光芯片市场空间，为4G时代2.8倍。

2、数据中心市场: 数据中心市场需求持续井喷。 

3、消费电子市场: VCSEL芯片切入消费电子市场，市场空间拓展10-100倍。随着硅光集成度提升带来价值占比提升。

从细分市场看，光芯片主要应用于电信市场、数据中心市场、以及消费电子市场。其中，电信市场主要应用于传输网、接入网以及无线基站；数据中心市场主要应用于数据中心内部互联、连接数据中心间的DCI网络；消费电子市场主要包括手机3D感应系统(内含VCSEL芯片)。

但有别于集成电路中的存储芯片、模拟芯片等单一市场体量巨大的品类，各类光芯片（VCSEL、HCSEL；应用于通信的VCSEL、DFB、EML、硅光芯片、铌酸锂薄膜芯片）的市场规模都不大。

由于工艺差别大、生产模式差别大、导致很难有一家光芯片公司靠自身研发能够覆盖多个产品线。

（一）光芯片市场规模分析

当前光芯片市场分为两部分：

第一部分通信用光芯片市场。

目前光模块中，成本占比大概如下所示其中光芯片占比=器件元件73%*（ROSA32%+TOSA48%）≈60%.

光模块目前主要应用市场包括数通市场、电信市场和新兴市场。电信市场是光模块最先发力的市场，5G建设将大幅拉动电信用光模块需求；数通市场是光模块增速最快的市场，目前已超越电信市场成为第一大市场，是光模块产业未来的主流增长点。由于下游5G网络和数据中心的建设需求将持续增加，电信市场和数通市场的光模块都将持续增长。据FROST&SULLIVAN预测：

2015-2020年全球光模块市场年复合增长率约为7.0%，预计未来几年还以该增长率进行增长，2024年增长至138.2亿美元。数通光模块市场的增长速率大于电信市场，预计2024年，全球数通光模块市场规模为83.9亿美元，全球电信光模块市场规模为54.3亿美元。

假设我们按照光模块毛利率为25%，营业成本中原材料占比为70%，光芯片在原材料占比为60%，美元兑换人民币汇率为6.5进行计算。

光芯片市场空间=光模块市场规模*（1-光模块毛利率）*营业成本中原材料占比*光芯片在原材料中的占比*汇率

2020年，全球通信用光模块光芯片市场规模约为105.4*（1-25%）*70%*60%*6.5=215.8亿人民币。

预计2024年，全球通信用光模块光芯片市场规模约为138.2*（1-25%）*70%*60%*6.5=282.96亿人民币

若以发射器：探测器=3：2=36%：24%（占光模块总体成本比）来进行估算。那么2020年，发射器市场占比约为129.48亿人民币（VCSEL 51.27亿人民币DFB/EML78.21亿人民币），探测器市场占比约86.32亿人民币。到2024年，发射器市场占比约为169.78亿人民币（VCSEL 79.36亿人民币DFB/EML 90.42亿人民币），探测器市场占比约为113.18亿人民币。（注：VCSEL市场预估参考本章第五节）。

假设光芯片毛利率为50%，营业成本中原材料占比35%，衬底在原材料中占比为40%进行计算。（以源杰半导体招股说明书进行参考）

2020年通信用光芯片衬底市场规模约为215.8*0.5*0.35*0.4=15.1亿人民币。

2024年通信用光芯片衬底市场规模约为282.96*0.5*0.35*0.4=19.81亿人民币。

而要考虑到发射端市场存在VCSEL、DFB、EML三种芯片，探测器市场存在PIN、APD两种芯片，分配下来其实每块的市场并不是很大。

而且我们还需要考虑的是不少光模块厂家都自建光芯片业务，如下表中光迅、华工、海信、索尔思均为光模块厂家，中际旭创虽然未进行光芯片生产，但投资源杰、长瑞光电、飞昂创新三家光芯片厂家从而获得供货渠道，而同样中际旭创在进行相关光芯片采购的时候也会优先考虑这些企业。而国外光模块厂家比国内光模块厂家在光芯片侧的布局更加提前。所以光芯片市场中留给其他只做光芯片厂家的市场份额空间相对较少。而那么对于光芯片厂家的选择或者发展策略的考量有以下三点：

1、由于用户侧对于数据传输速率的需求不断增加，促进对于上游光芯片需求侧的不断推进，在这种情况下，我们需要关注那些能够在高端高速率光芯片率先实现量产的企业。

2、由于光芯片种类较多且相对比较分散，不同芯片的技术难点和壁垒可能不尽相同，所以我们在企业选择中偏向于能够实现多类别光芯片生产的企业，（即对团队成员进行考核，具备多种光芯片成功生产的企业往往会复制当初的成功经验）。

3、由于通信用光芯片企业的下游客户相对比较单一，故我们在选择企业时可以侧重选择与下游大客户完成绑定或者有确定订单的企业。

第二部分消费类光芯片市场

（详见本章（第六节））

（二）电信市场：有望迎来5G高增长机遇

从电信市场看:有线方面，传输网扩容愈加紧迫，城域网100G逐渐下沉；接入网由GPON/EPON向10G PON升级。无线基站方面，目前正处于4G建设后期，需求相对疲软。随着5G基站大规模建设逐渐开启，有望迎来5G高增长机遇。

传输网扩容正当时，DFB/EML芯片需求稳步增长。

传输网主要包括骨干网和城域网。电信传输网具有传输距离远、带宽压力大等特点，相关设备中的光模块一般采用DFB/EML芯片。自2013年起，国内开展传输网100G升级，从骨干网向城域网逐渐渗透。随着数据流量的持续爆发，接入网10G PON的渗透率提升将再次对骨干网和城域网的升级产生需求。我们认为，随着流量持续增长，网络升级将遵循:骨干网→城域网→接入网→骨干网的循环过程，对高速光芯片形成持续而稳定的需求。

接入网向10G PON升级，DFB芯片需求有望提升接入网用于连接传输网与终端，传输距离较短。目前，点到多点(P2MP)的光纤接入方式PON(passive optical network)是我国运营商采用的光纤接入方式，多采用EPON或GPON。随着4K/8K视频、VR/AR 等技术的发展，EPON和GPON已逐渐无法适应用户对带宽的需求。为实现网路的平滑升级 PON的升级将成为关键因素，EPON和GPON有望向10G PON技术升级。考虑到成本，在GPON/EPON方面，国内大多采用FP激光器。在10G PON时代，需要采用DFB激光器。目前，国内具备自主生产DFB光芯片的企业较少，大量依赖于国外进口。随着接入网升级的全面展开，具备10G DFB芯片量产能力的光器件厂商有望充分受益于行业需求红利。

不同接入标准与对应的光芯片类型：

（三）无线基站需求放缓， 5G时代芯片需求有望大幅回暖

2020年起，5G规模商用开启，有望再次拉动对光模块的需求，预计市场规模超45亿美元，按照芯片成本占比50%估算，市场空间超20亿美元。根据测算，5G基站光芯片市场规模约为4G基站2.8倍左右。与4G基站光模块市场相比，5G基站的建设对光芯片的需求将持续提升

从基站数量看：由于5G频谱频率上升，信号穿透建筑物的衰减较大，建站密度与4G基站相比将更高。预计未来6年内有望建设581.4万个5G基站，密度是4G基站数的1.36倍。

从单基站光模块数看: 5G基站架构从4G的前传—回传演进到前传—中传—回传，单个基站需要的光模块数有望达8-10个，较4G基站有所增加。芯片方面，5G基站前传至少为25G QSFP28，主要采用DBF/EML芯片。中传回传有望采用10G SFP+光模块，主要采用DBF/EML芯片。随着5G商用的放开，对于光芯片的需求将大幅提升，相关光芯片厂商有望迎接5G时代的高增长机遇。

光芯片应用于4G与5G基站的对比：

（四）数据中心内部市场的发展有望提升VCSEL/DFB 芯片的需求

数据中心内部连接距离相对短，以850nm的VCSEL和1310nm的DFB芯片为主。其中，100G AOC和100G SR4主要以VCSEL芯片为主，100G PSM4和100G CWDM4主要以DFB芯片为主。

随着数据中心承载的功能逐渐增加，数据中心内部传统的三层网络架构(接入层、中层的汇聚层)逐渐难以适应内部流量集中的趋势，带宽压力持续增大，新型分布式数据中心叶脊式网络架构随之兴起。

叶脊拓扑网络是两层结构，包括脊交换机和叶交换机，数据中心与外部的连接可以通过(边缘)脊交换机或(边缘)叶交换机实现。在该结构下，每台脊交换机与每台叶交换机之间都要进行连接。与传统网络层相比，叶脊网络扩大了接入层、汇聚层与主机之间的连接数。因此，在数据传输的效率得到提升的同时，对于光模块的需求也大大增加。

除了数据中心内部光模块外，我们还存在用于数据中心之间流量交换的光模块和数据中心与用户之间流量交换的光模块，根据Cisco的预测，随着数据中心内部网络结构的复杂，2020年数据中心内部数据流量占比77%，数据中心之间的数据流量占比9%，数据中心与用户之间的数据流量占比14%，数据中心内部数据流量成为数据中心的主要数据量。

2020年，数通用光模块市场为54.2亿美元，我们按照77%归属于数据中心内光模块使用，数据中心内部完全由VCSEL芯片构成的光模块进行组网来进行假设（在实际中还存在DFB芯片），那么2020年数据中心内部vcsel光模块光芯片市场规模约为54.2*77%*（1-25%）*70%*60%*6.5*0.6=51.27亿人民币。

由于VCSEL芯片在几大光模块使用市场中主要用于数据中心内部的组网，所以我们预估2020年通信用VCSEL芯片的市场规模为51.27亿人民币。

那么类推2024年通信用VCSEL芯片的市场规模为79.36亿人民币。

（五）数据中心互联(DCI网络)市场规模发展将带来DFB/EML芯片需求

随着流量爆发引起网络结构变化，驱动数据中心互联(DCI)市场呈高速发展趋势。目前，由于不同地区数据中心之间的信息需要通过电信骨干网相连，因此传输时延和传输成本无形之中大大增加。随着数据中心流量的爆发，骨干网的带宽成为限制数据互访流量爆发的瓶颈。在此背景下，DCI网络在不同地区的数据中心之间重新建立新的传输通道，将极大地提升数据中心之间的传输效率，同时减少骨干网的传输压力。DCI网络需要满足两点:

要求网络架构采用DC间一跳直达的全互联、扁平化网络，满足低时延要求。

要求网络架构具备高密度100GE端口，及面向1T、2T的平台平滑演进能力。

DCI网络主要采用WDM系统(包括CWDM和DWDM)，按距离可分为同一城市内互联和城市间互联。前者对应的传输距离一般在40公里以内，主要用到DFB芯片；后者对应的传输距离一般在为几百公里，主要用到EML芯片。随着DCI网络建设的逐步推进，高速光芯片的需求有望快速增长。

（六）消费电子市场规模有望极大拓展VCSEL成为3D感应核心组件

2017年9月，苹果新款手机iPhone X配备的面部识别功能引起广泛关注。3D感应技术是面部识别的核心，其目的是创建一种非接触、非破坏性方式来数字化捕捉对象的技术，从而精确记录被捕捉对象的形状、距离等参数。VCSEL激光凭借其线宽窄、功耗低等特点，成为3D感应系统的首选红外光源，VCSEL芯片也成为3D感应系统的核心组件。除了智能手机，3D感应系统正向其多类消费电子产品逐渐渗透。iPad、Mac、AR眼镜等消费电子产品都有用到3D感应系统。我们认为，随着VCSEL在多种消费电子产品的渗透率逐步增大，VCSEL芯片的市场规模有望进一步拓展。与光通信领域的VCSEL激光器相比，应用于3D感应的VCSEL芯片在技术难度方面较低。由于消费电子客户群体对价格较为敏感，我们认为消费电子VCSEL芯片的竞争 核心是规模扩展后的成本之争。从市场需求看，小米、OPPO、vivo等手机厂商均已开始切入这一领域，并开始扩大VCSEL生产规模。

需求及市场情况：

按照目前一部苹果手机采用3颗VCSEL芯片来进行估算，预计在2020年苹果（含iPad）+安卓手机3D传感用VCSEL出货量可达5.8亿套/年，按照目前单部手机芯片数，预计需求量达到17.4亿颗。按照单颗6元计算，市场规模可达100亿元。

供给情况：目前VCSEL芯片在消费电子领域的供给主要有两大特征：

整体产能缺乏：目前市场VCSEL芯片严重缺货，即使是苹果公司不仅包揽Lumentum和Ⅱ-Ⅵ的存量产能，还向Finisar预付了3.95亿美元，用于扩建VCSEl的产线。

国内市场散乱：目前提出要进行VCSEL生产的国内厂商较多，但是大多聚焦在设计段，具备制造能力的厂商较少，且目前市场上，尚未有一家获得下游客户的大批量订单。

发展趋势：

应用场景增加：在消费领域内，除智能手机以外，VCSEL芯片还可用于无人驾驶的激光雷达、VR游戏、智能家居、IOT等。（注：VCSEL芯片采用GaAs材料制成，发光波长范围为800-1300nm，而由于EML和DFB芯片采用InP材料制成，受发光波长限制，使用用途受到限制）

1、激光领域光芯片市场空间测算

全球：全球激光器规模*激光器芯片应用领域占比*(1-激光器行业平均毛利率)*泵浦源在成本的占比*(1-泵浦源毛利率)*光芯片在泵浦源成本占比

2020年=160.1*6.5*59.1%*(1-30%)*50%*(1-15%)*20% =36.6亿人民币，假设年复合增速12%，2025年为64.5亿。

国内：光纤激光器规模÷光纤激光器在工业激光器市场占比*(1-激光器行业平均毛利率)*泵浦源在成本的占比*(1-泵浦源毛利率)*光芯片在泵浦源成本占比

2020年=94.2÷53%* (1-30%)*50%*(1-15%)*20% =10.6亿人民币，假设年复合增速12%，2025年为18.7亿。

2、汽车雷达领域

根据Yole的统计数据，2020年，高级驾驶辅助系统(ADAS)板块激光雷达仅占整个汽车和工业应用激光雷达市场的1.5%。但到2026年，ADAS板块占比将上涨至41%，CAGR达到111%，市场规模将达23亿美元。我们预计光芯片市场规模可能在10亿人民币量级。

（注：汽车雷达领域包括905nm的VCSEL为GaAs材质和1550nm的光纤激光器为InP材质，由于这块市场比较小所以不再进行拆分）。

产业国产化：中国消费电子市场巨大，手机品牌崛起，为上游零部件发展带来更大的发展空间，产业链将逐步由终端向上游部件实现国产化。

行业整合：目前行业内龙头Lumentum和Ⅱ-Ⅵ都经过了多次并购，且产业规模效应较强，未来中国市场也必将迎来清洗整合。

四、 光芯片政策分析

中国政府颁布一系列政策支持光模块产业的发展。其中比较重要的是2018年，中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》，该发展路线图量化了2020年以及2022年核心光模块产品的发展规划，确保2022年中低端光电子芯片国产化率超过60%，高端光电子芯片的国产化率突破20%;2022年国内企业占据全球光通信器件市场份额的30%以上，有1家企业进入全球前3名等。政策扶持方面包括国家加大对光电子芯片共性关键技术的研发资金的支持、迅速提高核心器件国产化率和培育具有国际竞争力大企业等，推动了光模块行业市场需求的增长

除此之外：

2020年12月《鼓励外商投资产业目录》（2020年版）将激光器、感光芯片、光电模块等开发与制造列入鼓励类目录。

2021年5月《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》提出突破一批电子元器件关键技术，光通信器件等重点产品专利布局更加完善。

2021年12月《“十四五”国家信息化规划》提出1000M以上速率的光纤接入用户从去年600万户左右增至2025年6000万户。

2021年3月《“双千兆”网络协同发展计划（2021-202年）》中大力推动以5G，千兆光网为代表的“双千兆”网络作为制造强国和网络强国建设不可或缺的“双翼”和双轮发展，加强网络建设互促，应用又是互补和业务融合创新。

中美贸易摩擦提速国产替代

中美贸易摩擦反映了中美局势的动荡，中兴禁售事件更是凸显了我国高端芯片技术的不足。芯片技术的获取并非一朝一夕，国内高速光芯片技术缺失的局面短期内不会改变。不过中兴禁售事件或将促使我国进一步重视核心芯片缺失的现状，加大高端芯片的政策扶持力度。预计高速芯片国产化进程有望在未来进行快速发展。

五、 下一代技术发展：硅光芯片方向

硅光器件具有低功耗、高集成优势。硅光主要只指在硅基上制作光通信器件，在工程场景下，大部分无源器件都可以用硅作为材料，但是激光器、放大器仍旧需要基于III-V族半导体。

与传统光器件相比，理论上硅光具备以下优势:

1、成本低:硅基材料成本低，可利用CMOS在集成电路领域的投资、设施和工艺，大幅提高光器件制造工艺水平，进一步降低成本;

2、功耗低:硅基材料阻抗低，器件驱动电压低，降低能耗;

3、集成度高:硅基材料及技术可以提供光子和电子的统一制造平台，为芯片级光电集成提供途径，进一步减小系统设备的成本和尺寸。

硅光模块进入产业化稳步推进阶段。

Intel基于未来全光计算考虑，成为硅光发展的重要推动力，2016年提出100G光模块产品，硅光正式进入产业化应用阶段。

目前，硅光模块影响力较大的厂商有intel、mellanox、Luxtera、TeraXion等，国内光迅科技、中国电科也在开展硅光研究和产业化。

针对硅光模块的替代影响，目前业界普遍看法是:100G方面，硅光子技术对PSM4产品有一定影响;到400G，硅光在中等距离(500M)应用具有显著优势，短距将以VCSEL为主，长距离需要采用EML。

Intel和Luxtera的硅光模块已规模出货。2016年，Intel公布其100G PSM4 QSFP28光模块实现量产，2017年研发CWDM4、CLR4的硅光模块，预计2018-2019年推出400G光模块产品。Luxtera主要基于PSM4路线，2015年Luxtera推出100GPSM4QSFP28光模LUX42604以及100GPSM4硅光子芯片LUX22604;2017年，Luxtera出货业界首款2×100GPSM4硅光嵌入式模块。　

硅光有望在400G 中等距离取得突破。硅光具有低功耗、高集成特点，规模商业化有望显著降低成本。Intel 首先突破了硅基调制器，推出PSM4、CWDM4 硅光模块，良率仍待提升，未来有望在400G 中等距离规模应用。

激光器芯片采用III-V族材料（InP以及GaAs）作为衬底，InP以及GaAs属于稀有材料，价格昂贵，导致光通信芯片企业难以通过大规模量产芯片减少成本。硅光芯片采用分立贴装或晶圆键合加工将III-V族激光器芯片与硅光集成电路调制器、光耦合器等加工在一起。硅光芯片利用现有CMOS工艺进行光器件的开发和集成，结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。目前的技术和工艺上看，100G短距离光模块中，硅光技术具有一定成本优势。传统100G光模块方案中，光模块求需用4块25G激光器芯片分别调制4路信号以实现100G传输速率。引入硅光技术后，由于调制器和无源光路可高度集成，光模块企业仅需1块25G激光器芯片，通过集成的调制器和波导实现4路独立信号的调制和传输，从而达到大幅节约芯片成本的目的。

硅光芯片传输距离相对受限。硅光芯片功率被分为4路，导致光路功率预算不足，单纯增加激光器功率会导致功耗和散热问题（硅波导对温度非常敏感），因此硅光芯片目前仅在500米短距离场景应用相对成熟。Finisar、Luxtera、以及光迅等光通信公司均已投入硅光芯片，研发更远传输距离的硅光芯片。光通信芯片企业布局硅光芯片已成为一种趋势。

传统光模块采用分立式结构，光器件部件多，封装工序复杂且需要较多人工成本。

相对传统的分立式器件，硅光模块将多路激光器，调制器和多路探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上，体积大幅减小，有效降低材料成本、芯片成本、封装成本，同时也能有效控制功耗。

硅光光模块与传统光模块产业链的主要区别在于光芯片部分，其是高度集成的单芯片，而不是传统的分离多器件的组合。

光电芯片一体封装（Co-Package）成为硅光集成的技术方向。随着数据中心对于功耗与高密度安装的要求越来越高，可插拔模块渐渐不能满足要求。Co-Package技术是不再需要连接交换机面板上的光模块与PCB板上交换芯片之间的铜线，而且其更简单的SerDes接口不仅可以带来更低功耗，也带来更低延迟。Co-Package凭借尺寸小、功耗低，受到大型互联网公司的青睐。网络交换机的数据速率每18个月翻一番，2017-2025年交换机的数据速率将从5Tbps增长到51.2Tbps，光模块的数据速率将从100Gbps增加到800Gps。CoPackage成为交换机升级到51.2Tbps的关键因素，更低的损耗和更好的热管理技术解决了光器件集成带来的散热问题。

根据Yole的报告，2019-2025年硅光市场有望从4.8亿美元增长到39亿美元，复合年增长率达40%。

数据中心市场是最大的细分市场，从3.64亿美元增长到36亿美元，复合年增长率达46%。预计到2025年，5G市场规模6100万美元，长距离光模块市场规模18600万美元，光互连市场规模1800万美元，汽车LiDAR市场规模4400万美元，免疫测试市场规模2200万美元，光纤陀螺市场规模2000万美元。

硅光的渗透率逐年提升：根据LightCounting关于光模块行业的最新预测，基于硅光技术的产品份额正在不断增长，预计到2025年，硅光模块市场将从2018-2019年的14%增长到45%，未来5年，该市场将实现两位数增长。

 硅光芯片-行业竞争格局

目前美国公司居于第一梯队：以Intel、Acacia、Luxtera、Cisco、Inphi为代表的美国企业占据了硅光芯片和模块出货量的绝大部分，成为业内领头羊。

六、 投资建议

光芯片的发展大概分为几个阶段

第一个阶段：美国光模块厂家占据垄断地位，国内光模块厂家在不断追赶

第二个阶段：在产业链、工程师红利等诸多因素的影响下，国内光模块厂家在逐步崛起，随着中际旭创等厂商在高端光模块市场的取代，和自身劳动力等因素的影响，促使美国厂家向产业链上游，毛利率较高的光芯片产业转移。

第三个阶段：随着中兴受到制裁，国内厂家开始逐步采用国产光芯片

第四个阶段：随着产业链的分工的逐步细化，开始出现一些聚焦于外延片生产的厂家。

关键性节点事件：

（1）国内厂家想效仿美国光模块厂家构建产业链上下游一体的模式，降低成本和树立行业壁垒。

（2）2017年苹果采用3D VCSEL芯片进行面部识别，促使美国企业加快向光芯片转型的速度，国内光芯片初创VCSEL公司也开始追赶这一热门趋势。

（3）2018年中兴受到美国制裁，使得国内光模块厂家更多的采用国产光芯片。

光芯片投资建议：

1、目前我国的光芯片产业整体处于从0-1的发展阶段，主要聚焦在低速率光芯片上，高速率芯片量产厂家较少，但随着下游客户（光模块厂商）在市场占有率的不断突破，光芯片厂家有望复制光模块厂家的发展道路。

2、随着5G、数据中心等市场的不断放开，随着流量市场的不断增加，对于光芯片的需求将大幅提升，相关光芯片厂商有望迎接高增长机遇。

3、光芯片与光器件产品种类多，在市场规模既定的情况下单个产品的市场空间有限。探测器端光芯片门槛较低，能够实现量产的厂家比较多，发射端DFB、VCSEL芯片门槛比较高，且目前能够实现高端高速率芯片量产的厂家比较少，VCSEL未来发展前景最好，随着消费市场的不断放量，未来前景最为广阔，也是参与厂家和可供选择投资标的最多的领域。

4、在选择公司的时候，需要关注创始团队本身是否在多个领域有丰富的产业经验积累（设计和工艺在内的量产经验）。光芯片的应用潜力巨大，高技术门槛又使得横向拓展非常不易，使得市场上真正有多方面产品线实践经验和量产能力的团队非常稀缺。

5、通过对于目前光芯片企业的数据统计可以发现，目前光芯片赛道上已经有很多机构进行相关布局，在这些机构中可以关注中科创星，该机构在光芯片侧布局较早较广，涵盖硅光芯片（奇芯光电），光芯片外延片（唐晶量子），DFB光芯片（源杰半导体），VCSEL光芯片（瑞士科技）

（相关报道链接https://mp.weixin.qq.com/s/PI0DYKeA9NbfdzCYBHLC6Q）

6、关于标的选择

（1）关于光通信芯片侧，侧重标准：

能够完成高端高速光芯片量产的企业（如25GDFB、25GEML、25GVCSEL光芯片）。

能够与下游大客户完成绑定或者能够进行批量出货的企业，如获得中际旭创投资的源杰、长瑞光电、飞昂创新、傲科光电；获得中兴投资的艾锐光电；获得华为烽火订单的光安伦。

由于光芯片种类较多，且制作标准或者技术难点不仅相同，所以对于团队选择上偏重具备生产成功经验的团队或者企业。

（2）关于消费类VCSEL芯片侧，由于目前VCSEL芯片这一赛道参与企业较多，未上市企业较多，信息相对并不是很公开，关于标的选择上可以侧重：

完成高速光芯片量产且得到下游重点客户认可的企业（如飞昂创新（中际旭创）、纵慧光电（华为哈勃、小米）、仟目激光（oppo）等企业）

7、关注下一代技术：硅光芯片，能够在硅光芯片领域实现突破的企业可能会在后续的竞争中取得优势。

关于硅光芯片的投资标的，推荐：熹联光芯、奇芯光电、赛勒科技。

光芯片企业名单 0605.xlsx