高速率光芯片技术壁垒高，光芯片行业受益于国产替代
思瀚产业研究院    2025-03-29

全球光芯片市场保持稳健的增长态势，为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%，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 25Gbps 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。

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。

2、数通市场：AI、云计算、大数据等技术对算力的需求凸显光芯片重要性

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。

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

电信市场的发展将带动电信侧光芯片应用需求的增加。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。

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。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经济有效的方式，成为光纤接入技术主流。

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年年底，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 2820 万个，比 2023 年末净增 518.3 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 10GPON 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增加。

4、算力基础设施建设带动光芯片市场需求持续增长

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。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，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。

5、下游光模块厂商布局硅光方案，硅光技术逐渐成为提升成本效率重要方案之一

下游光模块厂商布局硅光方案。大功率、小发散角、宽工作温度 DFB 激光器芯片将被广泛应用。硅光方案中，激光器芯片仅作为外置光源，硅基芯片承担速率调制功能，因此需将激光器芯片发射的光源耦合至硅基材料中。凭借高度集成的制程优势，硅基材料能够整合调制器和无源光路，从而实现调制功能与光路传导功能的集成。随着电信骨干网络和数据中心流量快速增长，更高速率光模块的市场需求不断凸显。

传统技术主要通过多通道方案实现 100G 以上光模块速度的提升，然而随着数据中心、核心骨干网等场景进入到 800G/400G 及更高速率时代，单通道所需的激光器芯片速率要求将随之提高，利用 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代硅光技术成为一种趋势。

硅光技术逐渐成为提升成本效率重要方案之一。硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料，利用现有 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。AI 的崛起导致对光模块速率和数量的需求增长，降本降功耗更为迫切，这导致客户对硅光的接受度有望提升。LightCounting 预计使用基于 SiP 的光模块市场份额将从 2022 年的 24%增加到 2028 年的 44%，LPO 有望加速硅光渗透率进一步提升。硅光方案中，CW 激光器芯片作为外置光源，硅基芯片承担速率调制功能。CW 大功率激光器芯片，要求同时具备大功率、高耦合效率、宽工作温度的性能指标，对激光器芯片要求更高。

硅光最主要、最直接的应用场景是数据中心，英特尔在该领域占据主导地位。在电信领域、光学激光雷达、量子计算、光计算以及在医疗保健领域，硅光都有广阔的发展前景。Yole 指出，2022 年，硅光芯片市场价值为 6800 万美元，预计到 2028 年将超过 6 亿美元，2022-2028 年的年复合增长率为 44%。这一增长主要受高速数据中心互联和机器学习所需的 800G 可插拔光模块的需求推动。

6、我国光模块厂商实力提升，光芯片行业将受益于国产化替代

光芯片下游直接客户为光模块厂商，近年来，我国光模块厂商在技术、成本、市场、运营等方面的优势逐渐凸显，占全球光模块市场的份额逐步提升。根据 LightCounting 的统计，2023年我国厂商中已有中际旭创、华为（海思）、光迅科技、海信宽带、新易盛、华工正源、索尔思光电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。

中美贸易摩擦加快进口替代进程，国产光芯片蓄势待发。随着中美贸易摩擦不断升级，双方在技术领域的竞争愈发激烈，美国加强政策约束，对诸多商品征收关税，并加大对部分中国企业的限制，先进芯片进口受限。由于高端光芯片技术门槛高，我国 25G 及以上高速率激光器芯片国产化率较低，国内企业主要依赖于美日领先企业进口。在中美贸易关系存在较大不确定的背景下，国内企业开始测试并验证国内的光芯片产品，寻求国产化替代，将促进光芯片行业的自主化进程。

7、国外光芯片行业起步较早、技术领先，我国光芯片发展以国产替代为目标

美日等发达国家光芯片技术领先，我国光芯片企业追赶较快，目前全球市场由美中日三国占据主导地位。我国部分光芯片企业已具备领先水平，随着技术提升和市场地位提高，竞争力将进一步增强。我国光芯片市场规模增速领先，占全球市场份额持续提升。

欧美日国家光芯片行业起步较早、技术领先。光芯片主要使用光电子技术，海外在近代光电子技术起步较早、积累较多，欧美日等发达国家陆续将光子集成产业列入国家发展战略规划，其中，美国建立“国家光子集成制造创新研究所”，打造光子集成器件研发制备平台；欧盟实施“地平线 2020”计划，集中部署光电子集成研究项目；日本实施“先端研究开发计划”，部署光电子融合系统技术开发项目。

海外光芯片公司拥有先发优势，通过积累核心技术及生产工艺，逐步实现产业闭环，建立起较高的行业壁垒。海外光芯片公司普遍具有从光芯片、光收发组件、光模块全产业链覆盖能力。除衬底需要对外采购，海外领先光芯片企业可自行完成芯片设计、晶圆外延等关键工序，可量产 25G 及以上速率光芯片。目前 25G 及以上速率的光芯片（尤其是激光器芯片）市场主要参与者为欧美、日本等厂商，例如：美国的 Lumentum、II-VI、博通，日本的三菱、住友等。此外，海外领先光芯片企业在高端通信激光器领域已经广泛布局，在可调谐激光器、超窄线宽激光器、大功率激光器等领域已有深厚积累。

我国光芯片发展以国产替代为目标，政策支持促进产业发展。国内的光芯片生产商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力，而光芯片核心的外延技术并不成熟，高端的外延片需向国际外延厂进行采购，限制了高端光芯片的发展。以激光器芯片为例，我国能够规模量产 10G及以下中低速率激光器芯片，但 25G 激光器芯片仅少部分厂商实现批量发货，25G 以上速率激光器芯片大部分厂商仍在研发或小规模试产阶段。

整体来看高速率光芯片严重依赖进口，与国外产业领先水平存在一定差距。具体来看，我国光芯片企业已基本掌握 2.5G 及以下速率光芯片的核心技术，2021 年该速率国产光芯片占全球比重超过 90%；10G 光芯片方面，2021 年国产光芯片占全球比重约 60%，但不同光芯片的国产化情况存在一定差异，部分 10G 光芯片产品性能要求较高、难度较大，如 10G VCSEL/EML 激光器芯片等，国产化率不到40%；25G及以上光芯片方面，随着 5G 建设推进，我国光芯片厂商在应用于 5G 基站前传光模块的 25GDFB 激光器芯片有所突破，数据中心市场光模块企业开始逐步使用国产厂商的 25G DFB 激光器芯片，2021 年 25G 光芯片的国产化率约 20%，但 25G 以上光芯片的国产化率约 5%，目前仍以海外光芯片厂商为主。

8、高速率光芯片的设计和研发存在极高壁垒

随着全球信息互联规模不断扩大，光电信息技术正在崛起。在这种趋势下，光芯片的下游应用场景不断扩展，需求量不断增加，同时对光芯片的速率、功率、传输距离也提出更高的要求。更高速率、更高功率、更长传输距离的光芯片的技术研发、工艺设计具有更高开发难度与门槛。首先，随着需求提升，光芯片的结构设计的精度要求极高，技术研发及工艺开发需结合高速射频电路与电子学、微波导光学、半导体量子力学、半导体材料学等多学科，设计合适的芯片结构，满足芯片精度及尺寸的要求。其次，激光器芯片的生产需要几十至几百道工序，每道生产工序都将影响产品最终的性能和可靠性，因此对生产线工艺成熟和稳定有极高要求。

此外，高速率激光器芯片相较于中低速率产品，在量子阱有源区、光栅层结构区、模斑转化器区域、光波导结构区、电流限制结构区、高频电极结构、谐振腔反射膜等关键结构的设计与开发上，需综合考虑光电特性、产品可靠性、制备工艺可行性等相互制约因素，因此存在极高壁垒。在数据中心市场中，尤其是以 AI 为代表的应用拉动了 400G/800G 或以上高速光模块的需求增加，进而带动了高速率、大功率的芯片需求，比如 100G PAM4 EML 光芯片、70mW、100mW 大光功率激光器等。

目前数据中心市场以海外厂商为主，国内厂商加速追赶。源杰科技基于多年在光芯片领域的研发和生产积累，已推出相应的高速 EML、大功率激光器产品，在单波或多波长的 CWDM、LWDM 需求方面，适配相关的高速光模块的需求，且性能及可靠性等指标可对标海外同类型产品。长光华芯近期发布的 200G EML 配套产品和 70mW CWDM4CW Laser 光芯片新品，是国内厂家首次公开发布的产品，代表着国产化高端光芯片的重大技术突破，填补了国内高端芯片的供应链短缺和国产化空白。

在电信市场中，目前所需的 2.5G、10G 激光器芯片市场国产化程度较高，但不同波段产品应用场景不同，工艺难度差异大；未来 25G/50G PON 接入网对光芯片的要求也将进一步提升，大功率、低色散、高速调制的场景需求提升了光芯片的技术门槛。

随着我国光模块行业的快速发展，产业链和价值链逐渐由低端向高端过渡，具备长期的景气度，光芯片作为光器件的核心零部件，国产化率正不断提升。

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