光芯片产业链、组件及市场增长空间如何？

光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

1.光芯片位于光通信产业链上游

从产业链角度看，光芯片与其他基础构件（电芯片、结构 件、辅料等）构成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括光组件与光模块，产业下游组装 成系统设备。光器件是由光芯片、光纤及金属连线组合封装在一起，完成单项或少数几项功能 的混合集成器件。光模块是以光器件为核心，增加一些电路部分和结构功能件等完成相应功能 的单元。光设备与光模块，结合光纤光缆实现光信息传输功能并提供运营服务。目前光通信主 要应用市场为电信市场、数据中心市场，其中：电信市场主要应用于骨干网、城域网、接入网 以及无线基站；数据中心市场主要应用于云计算、互联网厂商数据中心等领域。

光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。光通信产业链中， 组件可分为光无源组件和光有源组件。光无源组件在系统中消耗一定能量，实现光信号的传导、 分流、阻挡、过滤等“交通”功能，主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背 板等；光有源组件在系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、 光接收组件、光调制器等。光芯片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。 光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片。激光器芯片主要用于发射信号，将电信 号转化为光信号；探测器芯片主要用于接收信号，将光信号转化为电信号。激光器芯片，按出 光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括 VCSEL 芯片，边发射芯片包 括 FP、DFB 和 EML 芯片；探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。光芯片企业通常采用三五 族化合物磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）作为芯片的衬底材料，相关材料具有高频、高低温 性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合高频通信的特点，因而在光通信芯片领域得到重 要应用。其中，磷化铟（InP）衬底用于制作 FP、DFB、EML 边发射激光器芯片和 PIN、APD 探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬底用于制作 VCSEL 面发射激光器芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D 感测等领域。经过结构设计、组件 集成和生产工艺的改进，目前 EML 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 100G，DFB 和 VCSEL 激光器芯片大规模商用的最高速率已达到 50G。

2. 高速率光芯片市场增长迅速

随着 AI 应用推动技术创新和市场需求的不断增长，光芯片行业正迎来新一轮发展机遇。 未来全球光芯片市场将保持稳健的增长态势，为整个光通信行业带来发展动力。根据 C&C 的 测算，2024 年全球光芯片市场迎来强劲复苏，增速有望超过 50%，将创历年最高增长记录。 2023-2027 年，全球光芯片市场的年复合增长率将达到 14.86%。高速率光芯片市场的增长速 度将远高于中低速率光芯片。全球流量快速增长、各场景对带宽的需求不断提升，带动高速率 模块器件市场的快速发展，25G 及以上高速率光芯片市场增长迅速。根据 Omdia 对数据中心 和电信场景激光器芯片的预测，高速率光芯片增速较快，2019-2025 年，25G 以上速率光模块 所使用的光芯片占比逐渐扩大。

光芯片市场的增长主要受益于以下三个关键因素：1）AI 带动光通信产品结构变化，对高 速光通信解决方案的需求持续增长，从以 25G bps 为主流的芯片时代，迈向 100Gbps 时代， 正推动 200Gbps 光芯片的规模商用。2）AI 带动数据中心、电信运营商城域网络扩张，以及接 入网市场转向更高速率的 50G PON 迈进，进一步推动光芯片的市场成长空间。3）更多厂商在 高速光芯片领域的技术突破和产能扩张，推动光通信技术向更多领域延展。在传感领域，如环 境监测、气体检测，光芯片被用作传感器，能够检测光信号并转换为电信号，用于数据采集和 分析。在汽车领域，随着传统乘用车的电动化、智能化发展，高级别的辅助驾驶技术逐步普及， 核心传感器件激光雷达的应用规模将会增大。基于砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）的光芯片 作为激光雷达的核心部件，其未来的市场需求将会不断增加。

2.1. 政策引导及信息应用推动流量需求快速增长，光芯片应用持续升级

我国政府在光电子技术产业进行重点政策布局。《“十四五”信息通信行业发展规划》指明 信息基础设施建设的目标，要求全面部署新一代通信网络基础设施，全面推进 5G 移动通信网 络、千兆光纤网络、骨干网、IPv6、移动物联网、卫星通信网络等的建设或升级；统筹优化数 据中心布局，构建绿色智能、互通共享的数据与算力设施；积极发展工业互联网和车联网等融 合基础设施。工信部发布的《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023 年）》中提出， 重点发展高速光通信芯片、高速高精度光探测器、高速直调和外调制激光器、高速调制器芯片、 高功率激光器、光传输用数字信号处理器芯片、高速驱动器和跨阻抗放大器芯片。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（2023-2027 年）》，明确争取到 2027年，我国本土企业的光电子器件销售总额达到 7300 亿元；骨干企业的研发投入占营业收入总 额的比重达到 8%以上；产业结构进一步调整，产业链配套能力有所提升，企业竞争实力明显 增强，标准化水平大幅提高。在规划目标落地的过程中，光芯片需求量也将不断增长。

随着信息技术的快速发展，全球数据量需求持续增长。根据爱立信的测算，2023-2029 年， 不包括固定无线接入（FWA）产生的流量，预计全球移动数据流量将增长约 3 倍，到 2029 年 每月达到 313EB；当包括 FWA 时，预计总移动网络流量将增长约 3.5 倍，到 2029 年每月上 升到466EB。5G在移动数据流量中的份额在2023年末为25%，比2022年末的17%增加8pct。 预计到 2029 年，5G 在移动数据流量中的份额将增长到大约 75%。2023-2029 年移动数据流 量预计将以大约 20%的复合年增长率增长。

光芯片应用场景不断升级，光芯片需求持续增长。在不断满足高带宽、高速率要求的同时， 光芯片下游应用市场不断拓展。当前光芯片主要应用场景包括数据中心、4G/5G 移动通信网络、 光纤接入等，都处于速率升级、代际更迭的关键窗口期。光芯片的应用逐渐从光通信拓展至医疗、消费电子和车载激光雷达等更广阔的应用领域。

2.2. 数通市场： AI、云计算、大数据等技术对算力的需求推动数通市场发展，光芯片重要性 突显

北美云厂商资本开支持续增长。海外 AI 产业持续提速，在数据中心建设方面，北美四大云 厂商 2024 年资本开支保持稳定增长，并且在技术基础设施方面的投入有所增加，北美云厂商 的资本开支投入印证海外 AI 产业的蓬勃发展。2024 年前三季度，1）亚马逊资本开支达到 516.1 亿美元，同比增长 48.38%，预计 2024 全年的资本支出将达到约 750 亿美元，并将在 2025 年 投入更多资金；2）微软资本开支达到 397.5 亿美元，同比增长 56.1%，微软预计资本开支将 逐季增长，建设数据中心以支持其 AI 服务；3）谷歌资本开支为 382.6 亿美元，同比增长 80.2%， 谷歌预计 2024Q4 资本支出将与 Q3 相似，且公司 2025 年的资本开支将高于 2024 年；4）Meta 资本开支达到 228.3 亿美元，同比增长 16.5%，Meta 预计 2025 年全年的资本支出将显著增长， 带动 AI 基础设施需求的高增长。

生成式 AI 推动数据中心规模增加。互联网及云计算的普及推动数据中心快速发展，全球 互联网业务及应用数据处理集中在数据中心进行，使得数据流量迅速增长，而数据中心需内部 处理的数据流量远大于需向外传输的数据流量，使得数据处理复杂度不断提高。根据 Synergy Research 的数据，超大规模供应商运营的大型数据中心数量在 2024 年初超过千个大关，超大 规模数据中心的总容量四年翻了一番，因为设施数量迅速增长，平均容量继续攀升。以关键 IT 负载的兆瓦数衡量，美国占全球容量的 51%，欧洲占比 17%，我国占比约 16%。生成式 AI 技 术是规模增加的主要原因。

我国云计算产业持续景气，云计算厂商建设大型及超大型数据中心不断加速。据中国信通 院统计，2023 年我国云计算市场规模达 6165 亿元，同比增长 35.5%，大幅高于全球增速。其 中，公有云市场规模4562亿元，同比增长40.1%；私有云市场规模1563亿元，同比增长20.8%。 随着 AI 原生带来的云计算技术革新以及大模型规模化应用落地，我国云计算产业发展将迎来新 一轮增长，预计到 2027 年我国云计算市场规模将超过 2.1 万亿元。政策层面，我国政府将云 计算作为产业转型的重要方向，积极推动云计算、数据中心的发展。截至 2023 年，算力中心 机架规模稳步增长，我国在用算力中心机架总规模超 810 万标准机架，总算力规模达 230EFLOPS，位居全球第二。算力基础设施建设带动光芯片市场需求的持续增长。

光芯片作为光模块核心元件有望持续受益。光电子、云计算技术等不断成熟，将促进更多 终端应用需求出现，并对通信技术提出更高的要求。光通信技术在数据中心领域得到广泛的应 用，极大程度提高其计算能力和数据交换能力。光模块是数据中心内部互连和数据中心相互连 接的核心部件，受益于信息应用流量需求的增长和光通信技术的升级，光模块作为光通信产业 链最为重要的器件保持持续增长。LightCounting预计全球光模块市场在2024-2028年将以15% 的年复合增长率扩张。对 AI 集群应用中以太网光模块的强劲需求将是增长的主要因素，云厂商 运营的 DWDM 网络的升级也将促进总量增长。数据中心内部用光模块主要为以太网光模块， LightCounting 预计以太网光模块市场 2024 年增长 40%，2025 年增长超过 20%，2026-2027 年实现两位数增长。高速率光模块需求的增长将带动 25G 及以上速率光芯片需求。

1.6T 光模块批量商用的进程对光芯片提出更高要求。AI 推动模块升级，单通道速率逐步 提升。随着 AI 技术的快速发展，对算力的需求迅速增长，进一步推动 1.6T 光模块的发展，预 计 1.6T 乃至更高速率的光模块将成为数据中心内部连接的新技术趋势，以配合未来更大带宽、 更高算力的 GPU 需求。目前 1.6T 光模块批量商用的进程正在加速，这一趋势对光芯片提出 更高的要求，包括 200G PAM4 EML、CW 光源等在内的多种芯片将成为 1.6T 光模块中光芯片 的解决方案。

2.3. 电信市场：5G 网络建设及商用化促进电信侧高端光芯片需求，千兆光纤网络升级推动光 芯片用量提升

5G 移动通信网络建设及商用化促进电信侧高端光芯片需求。5G 移动通信网络提供更高的 传输速率和更低的时延，各级光传输节点间的光端口速率明显提升，要求光模块能够承载更高 的速率。5G 移动通信网络可大致分为前传、中传、回传，光模块可按应用场景分为前传、中 回传光模块，前传光模块速率需达到 25G，中回传光模块速率则需达到 50G/100G/200G/400G， 带动 25G 甚至更高速率光芯片的市场需求。根据 LightCounting 的数据，全球电信侧光模块市 场前传、（中）回传和核心波分市场需求将持续上升，预计到 2025 年，将分别达到 5.88 亿美 元、2.48 亿美元和 25.18 亿美元。电信市场的持续发展，将带动电信侧光芯片应用需求的增加。

千兆光纤网络升级推动光芯片用量提升。FTTx 光纤接入是全球光模块用量最多的场景之 一，而我国是 FTTx 市场的主要推动者。受制于电通信电子器件的带宽限制、损耗较大、功耗 较高等，运营商逐步替换铜线网络为光纤网络。目前，全球运营商骨干网和城域网已实现光纤化，部分地区接入网已逐渐向全网光纤化演进。PON（无源光网络）技术是实现 FTTx 的最佳 技术方案之一，PON 是指 OLT（光线路终端，用于数据下传）和 ONU（光网络单元，用于数 据上传）之间的 ODN（光分配网络）全部采用无源设备的光接入网络，是点到多点结构的无源 光网络。PON 技术传输容量大，相对成本低，维护简单，有很好的可靠性、稳定性、保密性， 已被证明是当前光纤接入中非常经济有效的方式，成为光纤接入技术主流。目前 PON 技术主 要包括 APON/BPON、EPON、GPON 和 10G PON，当前主流的 EPON/GPON 技术采用 1.25G/2.5G 光芯片，并向 10G 光芯片过渡。10G PON 技术支持数据上下传速率对称 10Gbps， 能够更好地满足各类高速宽带业务应用的接入网络需求。随着新代际 PON 的应用逐渐推广， LightCounting 预计 2025 年全球 FTTx 光模块市场出货量将达到 9208 万只，年复合增长率为 7.92%，市场规模达到 6.31 亿美元，年复合增长率为 5.93%。

“双千兆”网络发展推动光纤网络建设，为我国光芯片产业发展带来良好机遇。截至 2024 年 11 月，我国光纤接入（FTTH/O）端口达到 11.6 亿个，占互联网宽带接入端口的 96.5%； 具备千兆网络服务能力的 10G PON 端口数达 2792 万个，比 2023 年末净增 489.6 万个。根据 《“十四五”信息通信行业发展规划》，在持续推进光纤覆盖范围的同时，我国要求全面部署千 兆光纤网络。以 10G PON 技术为基础的千兆光纤网络具备“全光联接，海量带宽，极致体验” 的特点，将在云化虚拟现实（Cloud VR）、超高清视频、智慧家庭、在线教育、远程医疗等场 景部署，引导用户向千兆速率宽带升级。

PON 技术的进步和高速率电信模块推动高端光芯片用量增长。当前 PON 技术跨入以 10G PON 技术为代表的双千兆时代，10G PON 需求快速增长及未来 25G/50G PON 的出现将驱动 10G 以上高速光芯片用量需求大幅增加。同时，移动通信网络市场，随着 4G 向 5G 的过渡， 无线前传光模块将从 10G 逐渐升级到 25G，电信模块将进入高速率时代。中回传将更加广泛 采用长距离 10km-80km 的 10G、25G、50G、100G、200G 光模块，该类高速率模块中将需 要采用对应的 10G、25G、50G 等高速率和更长适用距离的光芯片，推动高端光芯片用量不断 增加。