光芯片時(shí)代已經(jīng)到來(lái) 源杰科技、武漢敏芯等廠商發(fā)展前景廣闊

如今，光芯片代表的光子學(xué)正與電子學(xué)引發(fā)一場(chǎng)科學(xué)革命，芯片從電到光，將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)趕超的戰(zhàn)略機(jī)遇。在此背景下，源杰科技、武漢敏芯、云嶺光電、光迅科技等一眾本土廠商迎來(lái)廣闊的發(fā)展機(jī)遇。

目前，光芯片的技術(shù)概念有多重含義，包括光通信、光計(jì)算、光量子等，應(yīng)用廣泛分布在工業(yè)、消費(fèi)、汽車(chē)、醫(yī)療等領(lǐng)域。但它的典型應(yīng)用場(chǎng)景仍然是光通信，也是最核心的應(yīng)用領(lǐng)域。

光通信指以光纖為載體傳輸光信號(hào)的大容量數(shù)據(jù)傳輸方式，通過(guò)光芯片和傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制。在光通信產(chǎn)業(yè)鏈中，光芯片是最核心的部分，一般分為2.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s及以上各種調(diào)制速率，速率越快對(duì)應(yīng)的光模塊在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)量就越大。

與此同時(shí)，光芯片也是光模塊物料成本結(jié)構(gòu)中占比最大的部分。通常而言，光芯片約占中端光模塊物料成本的40%，一些高端光模塊中它的物料成本甚至能占到50%以上，反觀電芯片的成本通常占比為10%~30%，越高速、高端的光模塊電芯片成本占比越高。

按功能，光芯片主要分為激光器芯片和探測(cè)器芯片兩類(lèi)。激光器芯片用于發(fā)射信號(hào)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，按出光結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片，主要包括VCSEL、FP、DFB、EML；探測(cè)器芯片用于接收信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，主要包括PIN和APD。

光芯片作為上游元件，市場(chǎng)主要受下游光模塊拉動(dòng)。據(jù)國(guó)信證券測(cè)算，以光模塊行業(yè)平均25%的毛利率及Light Counting對(duì)光模塊全球超150億美元的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)估算，2021年光芯片全球市場(chǎng)規(guī)模約為35億美元，預(yù)計(jì)2025年可達(dá)60億美元。

歐美日在光芯片上技術(shù)起步早、積累多，是市場(chǎng)的主導(dǎo)者。這些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和先進(jìn)企業(yè)通過(guò)不斷積累核心技術(shù)和生產(chǎn)工藝，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，建立起了極高的行業(yè)壁壘。

反觀國(guó)內(nèi)則起步較晚，高速率光芯片（25Gb/s及以上速率）嚴(yán)重依賴進(jìn)口，與國(guó)外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先水平存在明顯差距。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)2.5Gb/s光通信芯片國(guó)產(chǎn)化率接近50%，但10Gb/s及以上的光通信芯片國(guó)產(chǎn)化率卻不超過(guò)5%，非常依賴Lumentum、Broadcom、三菱、住友等公司。

與此同時(shí)，雖然光芯片國(guó)產(chǎn)廠商普遍擁有晶圓外延環(huán)節(jié)以外的后端加工能力，但核心的外延技術(shù)并不成熟，高端的外延片需要進(jìn)口，大大限制了高端光芯片發(fā)展。

2017年，中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022 年）》中指出，我國(guó)廠商只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測(cè)器、調(diào)制器芯片以及PLC/AWG芯片的制造工藝和配套IC的設(shè)計(jì)、封測(cè)能力，高端芯片能力比國(guó)際落后1~2代以上，且缺乏完整、穩(wěn)定的光芯片加工平臺(tái)和人才，導(dǎo)致芯片研發(fā)周期長(zhǎng)、效率低，逐漸與國(guó)外的差距拉大。彼時(shí)明確了重點(diǎn)是25Gb/s及以上速率激光器和探測(cè)器芯片。

到了2022年，國(guó)產(chǎn)高端光芯片有明顯突破，但依舊大幅落后于國(guó)際巨頭。而關(guān)鍵的25Gb/s激光器和探測(cè)器芯片方面，源杰科技、武漢敏芯、云嶺光電、光迅科技等企業(yè)開(kāi)始量產(chǎn)，不過(guò)整體銷(xiāo)售規(guī)模仍然較小。以源杰科技為例，其10Gb/s、25Gb/s激光器芯片系列產(chǎn)品出貨量在國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品中已名列前茅，2022年上半年銷(xiāo)售額為4100萬(wàn)元。

對(duì)國(guó)產(chǎn)光芯片追逐者來(lái)說(shuō)，分工模式是關(guān)鍵。芯片行業(yè)分為Fabless（設(shè)計(jì)公司）和IDM（設(shè)計(jì)、制造、封裝全流程）兩種模式，其中IDM模式是主導(dǎo)光芯片的主要模式。一方面，光芯片的核心在于晶圓外延技術(shù)；另一方面，由于采用III-V族半導(dǎo)體材料，因此要求光芯片設(shè)計(jì)與晶圓制造環(huán)節(jié)相互反饋驗(yàn)證。

縱覽市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)光芯片典型玩家均選擇了IDM模式，如仕佳光子、長(zhǎng)光華芯、源杰科技。一方面，IDM能夠及時(shí)響應(yīng)市場(chǎng)需求，靈活調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中各種工藝參數(shù)；另一方面，能夠高效排查問(wèn)題，精準(zhǔn)觸達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試環(huán)節(jié)問(wèn)題；另外，IDM模式形成了完整的閉環(huán)流程，不僅全部自主可控，同時(shí)能夠有效保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

掌握先進(jìn)的光芯片技術(shù)，是各國(guó)爭(zhēng)相競(jìng)逐的關(guān)鍵。以美國(guó)為例，不僅在政策上不斷傾斜，以IBM、Intel為代表的工業(yè)巨頭、以MIT、UCSB為代表的學(xué)術(shù)界領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)都在不遺余力地發(fā)展大規(guī)模光子集成芯片。另外，歐盟的“地平線 2020”計(jì)劃和日本的“先端研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃”中也涉及光電子集成研究項(xiàng)目。

種種動(dòng)作，預(yù)示著一場(chǎng)以光為核心的科技革命，正在醞釀之中。縱觀歷史，科技革命的擴(kuò)散周期大約為60年，集成電路從20世紀(jì)60年代誕生至今也已過(guò)去60年，光芯片無(wú)疑是引領(lǐng)下一個(gè)60年的關(guān)鍵。當(dāng)然，光子也并不是要完全替代掉電子，而是相互協(xié)同。

屬于光芯片的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，但芯片行業(yè)一直殘酷地循環(huán)著優(yōu)勝劣汰和洗牌，誰(shuí)能追逐得更快，誰(shuí)才會(huì)成功。

審核編輯 黃昊宇