光芯片原理、分类、成本构成、技术路线、竞争格局及市场空间如何？

光芯片是实现光转电、电转光、分路、衰减、合分波等基础光通信功能的芯片，是光器件和光模块的核心。

光芯片的原理是基于光子学原理，即利用光的波动性和粒子性来传输和处理信息。光芯片的工作过程可简单分为三个步骤：光发射、光传输和光检测。首先，激光器将电信号转换为光信号，其次，光波导将光信号在芯片内传输；最后，光探测器 将光信号转换为电信号。光芯片通过加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片的性能直接决定光模块的传输速率。

光芯片主要有两种分类方式：  光芯片的分类主要按照光器件的分类分为光有源器件芯片和光无源器件芯片。有源光芯片按应用情况分为激光器光芯片和 探测器光芯片，主要包括FP、DFB、EML、VCSEL、PIN以及APD芯片；无源光芯片主要包括PLC和AWG芯片。光芯片的制 造材料一般以化合物居多，主要包括五大系列：InP系列、GaAs系列、Si/SiO2系列、SiP系列以及LiNbO3系列。其中InP衬 底主要包括直接调制DFB/电吸收调制EML芯片、探测器PIN/APD芯片、放大器芯片、调制器芯片等，GaAs衬底包括高功率 激光芯片、VCSEL芯片等，硅基衬底包括PLC、AWG、调制器、光开关芯片等，SiP衬底包括相干光收发芯片、光开关芯片 等，LiNbO3包括调制器芯片等。

光器件元件占光模块成本73%，光模块中的光器件主要分为以下两部分:  TOSA:即为光发射器件,主要应用在电信号转化成光信号(E/0转换),由激光器、适配器和管芯套组成,在长距离光模块中滤光 片还会加入隔离器和调节环。其中最重要的组件为激光器,激光器主要有FP、DFB、EML和VCSEL四类,常用的为后三种。  ROSA:即为光接收器件,主要应用在光信号转化成电信号(0/E转换),由探测器和适配器组成。其中最重要的组件为探测器,探 测器主要有PIN和APD两类。

 在光器件成本构成中,TOSA和ROSA占据80%,而其中激光器光芯片和探测器光芯片又占据TOSA和ROSA的85%,因此激光器 +探测器所用光芯片在光模块中占据较大比例。  以源杰科技2022年年报披露为例,光芯片成本中,制造费用占比为62%,直接人工成本占24%,直接材料成本占14%。  制造费用主要包括折旧费、装修费摊销、水电费、光栅加工费等其他费用。  光芯片的原材料包括衬底、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。

国外相关公司占据先发优势,于2012年便研发出25G光芯片,并于2021年研发出最前沿的200G光芯片；但国内光芯片厂商 发展迅速,产品加速升级迭代,从2.5G到100G光芯片产品研发及生产只用了9年,目前最高速率产品为100G，200G在研，国 内厂商中长期国产替代趋势向好。

低速率基本实现国产化,高速率光芯片国产化替代加速推进，据乐晴智库数据，  2.5G光芯片：2.5G光芯片已基本实现国产化。本土企业占据主要市场份额且主导全球市场，国外光芯片厂商由于成本竞 争等因素已基本退出相关市场。  10G光芯片：国产出货量占44%以上，仍有增长空间。国内基本掌握核心技术，但综合考虑替换成本、可靠性、批量出 货能力等因素,下游光模块厂商仍有顾虑。  25G及以上光芯片：长期看好高速率光芯片国产化替代。据ICC统计, , 25G光芯片的国产化率约20%，但25G以上光芯片 的国产化率仍较低约5%，高速率光芯片国产化替代仍存在较大成长空间。

AI驱动800G 1.6T加速放量，可能引起光电芯片供需紧张。 AIGC应用逐渐丰富与产业化带来数据流量的快速增长,将带动高速率光模块速率的持续升级及中长距离光模块的快速发展。目前全球主要的云厂商已在数据中心内部批量部署200/400G光模块, , 800G进入导入验证及批量出货进程，高算力需求 催化更高速率的800G/1.6T光模块需求。  由于受制于终端客户，高速率模块目前主要采用国外芯片，随着需求持续增长，或将引起上游主要玩家产能不足，无法满 足需求增量，以源杰、长光、仕佳、索尔思等国内玩家有望加速突破终端客户窗口认证，导入并快速放量，抢占一定新增 的市场规模，开启光芯片国产化加速进程。  同时，各国内外厂商加速布局1.6T光模块，产业持续加速，侧面验证芯片端或存在供需紧张。

全球来看，AI算力催生新需求，全球光芯片市场迎来确定性高增。伴随GPT等大模型及垂类模型的加速发展，算力侧迎来 确定性需求增长，光芯片有望迎来下游需求旺盛。据LightCounting预测，2027年全球光芯片市场规模有望达到56亿美元， 2023年至2027年CAGR达到16%。  国内来看，国内互联网大厂百度、阿里、腾讯、科大讯飞、京东等纷纷加码大模型叠加光芯片国产化进度的持续推进，光 芯片需求旺盛。大量数据中心设备更新和新数据中心将对冲国内5G网络部署退潮。据中商产业研究院数据，2022年市场 规模约为123.4亿元，预计2023年市场规模将达141.7亿元，延续良好的增长态势。

量上看，高传输要求驱动光芯片市场规模广阔。在对高速传输需求不断提升背景下，25G及以上高速率光芯片市场发展迅 速。根据Omdia对数据中心和电信场景激光器芯片的预测，2019年至2025年，25G以上速率光模块所使用的光芯片占比逐 渐扩大，整体市场规模将从13.56亿美元增长至43.40亿美元，年均复合增长率将达到21.40%。  价上看，高速率光芯片价值量受工艺难度提高而提升。按传输速率分，光芯片可分为2.5G、10G、25G、50G、100G等主 流速率的芯片。一般而言，光芯片的速率越高，对应芯片的研发、量产难度越大，可稳定供应的供应商相应减少，导致价 值量随速率提升而提高。光芯片不同速率单价在3.1-55.2元之间，以源杰科技招股书披露的数据为例，2.5G芯片平均价 格在3.5元左右，10G、25G芯片的价格是其5-18倍。