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作者：米樂
由于人工智能需求的激增，美國網通及光通信芯片大廠Marvell近期發(fā)出通知，宣布全產品線將于2025年1月1日起漲價，在光通信領域漲價潮中率先行動。
在存儲都有可能跌價的市場現(xiàn)狀下，光芯片卻大膽決策明年1月開始漲價，為何如此大膽？
?01?光芯片規(guī)模的不斷擴大
市場是有決定性影響力的。光芯片是實現(xiàn)光電信號轉換的基礎元件，其性能直接決定了光通信系統(tǒng)的傳輸效率。
從1998年發(fā)展至今，光模塊朝著更高的速率的趨勢不斷發(fā)展。從1.25Gbit/s發(fā)展到2.5Gbit/s，再到10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s、單波長100Gbit/s、400Gbit/s乃至1T。
越是高速率、高端的光模塊，光芯片的價值量占比就越高。
如今，光芯片市場規(guī)模不斷擴大，在各個下游應用領域占據越來越重要的地位。隨著通信技術的飛速發(fā)展， 光芯片市場在全球范圍內呈現(xiàn)出強勁的增長勢頭，這主要得益于下游應用領域對高速、高帶寬、低延遲通信的需求不斷增加。例如，在數(shù)據中心和云計算領域，高密度、高性能的光互連解決方案已經成 為基礎設施的核心，光芯片在這些領域中的應用占比不斷上升。
根據C&C統(tǒng)計，2020年全球光通信用光芯片的市場規(guī)模為20億美元，2025年有望達到36億美元，CAGR約為12.59%。根據觀研天下預測，2025年中國光芯片市場規(guī)模有望達到26.07億美元，2020-2025年CAGR約為15.16%。此外，光芯片在人工智能工業(yè)自動化等領域發(fā)揮著關鍵作用。隨著AI技術的不斷升級，市場對超大算力集群的需求不斷提升，驅動高速率光芯片的出貨。
清華大學研制的AI光芯片太極，使用光而不是電來處理數(shù)據，能效是傳統(tǒng)電子芯片的數(shù)百倍，適用于復雜的AI任務。此外，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所開發(fā)出可大規(guī)模制造的高性能光子芯片材料，為未來信息產業(yè)提供了新的基礎。
光芯片在光通信和光計算領域的最新應用案例主要集中在光電混合集成技術，尤其是光電共封裝（CPO）技術，推動了光通信領域的研究和應用。Intel等公司致力于通過光互連I/O與電處理器相結合來提升計算效率，并取得了顯著成果。盡管CPO仍面臨一些挑戰(zhàn)，但預計將在未來幾年內逐步商用，帶來功耗降低、集成度提升和每比特成本降低等優(yōu)勢。
紫外光通信利用光集成（PIC）技術，具有減小系統(tǒng)尺寸、降低功率和成本的優(yōu)勢。魏同波團隊使用具有非對稱多量子阱結構的InGaN材料制造了有450 nm波長可見光LED、波導和光探測器的單片集成芯片，增強了LED與PD間的光連接。
另外，IBM的研究者在使用光脈沖來加速芯片間的數(shù)據傳輸方面取得了突破，該技術可以將超級計算機的性能提升一千多倍。這項技術使超級計算機的計算能力大幅度提升，目前最快的超級計算機速度可達到每秒2000萬億條指令，光子技術可以將速度提高到每秒1億億次。
同時，隨著5G通信的商用化和物聯(lián)網的普及，光芯片在移動通信、無線網絡和智能設備中的應用也愈發(fā)重要?？偟膩碚f，光芯片市場規(guī)模的增長和其在各個下游應用領域的占比提高，都反映了光電子技術在現(xiàn)代通信和信息領域的關鍵地位，以及其在推動科技進步和社會發(fā)展中的不可或缺性。
?02市場第一槍
開頭提到，光通訊指標大廠Marvell近期發(fā)函通知客戶全產品線將于明年元月1日起調漲。Marvell開啟業(yè)界漲價第一槍，也反映市場需求“有多狂熱”，呼應英偉達CEO 黃仁勛先前釋出“市場需求非常瘋狂”的說法，同步為光通訊產業(yè)鏈潛在商機引發(fā)更大想像空間。
光芯片公司Lumentun日前發(fā)布2024財年業(yè)績，表明光芯片需求旺盛。Lumentum表示業(yè)界面臨著磷化銦激光器普遍短缺的問題，公司截止到2025年底磷化銦產能都將滿產，整體供應緊張。公司的芯片業(yè)務預訂量已經創(chuàng)下了歷史新高，本季度公司已投資4300萬美元用于提高晶圓廠的產能，預計能在2025年上半年看到增量產能，但從短期來看，考慮到晶圓廠的周期等因素，增量產能是相對固定的。
國內方面，10月21日，《廣東省加快推動光芯片產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動方案(2024—2030年)》印發(fā)。其中提到加快開展光芯片關鍵材料研發(fā)攻關。大力支持硅光材料、化合物半導體、薄膜鈮酸鋰、氧化鎵薄膜、電光聚合物、柔性基底材料、超表面材料、光學傳感材料、電光拓撲相變材料、光刻膠、石英晶體等光芯片關鍵材料研發(fā)制造；推進光芯片關鍵裝備研發(fā)制造。大力推動刻蝕機、鍵合機、外延生長設備及光矢量參數(shù)網絡測試儀等光芯片關鍵裝備研發(fā)和國產化替代等。對此有網友評論，國產化的最終目的是效果要好。
?03中低速率光芯片國產化程度較高
中低速率激光芯片國產化程度較高，高速率激光芯片國產化加速。
在2.5G及以下速率光芯片領域，中國光芯片企業(yè)已基本掌握核心技術，擁有較高的國產化率。根據ICC的預測，在2021年，國產光芯片在該速率范圍內占據全球市場份額超過90%。
10G光芯片領域，10G光芯片國產化情況根據其技術及工藝存在一定差異，一些性能要求較高、難度較大的光芯片。25G及以上光芯片領域，隨著5G基站建設的推進，中國光芯片廠商在應用于5G基站前傳光模塊的25G DFB激光器芯片方面取得了一些突破。2021年，25G光芯片的國產化率約為20%。
然而，25G以上光芯片的國產化率仍然較低，約為5%。此外，應用于數(shù)據中心的高速率光芯片產品也由海外廠商主。2.5G/10G的部分市場國產化已經做到了，25G市場的進口替代有著很大的空間。海外的光通信企業(yè)，靠著先發(fā)的優(yōu)勢積攢了核心技術還有生產經驗，慢慢形成了產業(yè)閉環(huán)建立起挺高的行業(yè)壁壘。
國內有相關產業(yè)政策扶持，企業(yè)也在創(chuàng)新上加大投入，漸漸出現(xiàn)了像源杰科技、云嶺光電、武漢敏芯等國產光芯片企業(yè)?，F(xiàn)在2.5G/10G的激光芯片國產化已經有突破，25G及更高速率的光芯片國產化率還是大多得靠進口，按照ICC的統(tǒng)計，在2021年全球2.5G及以下的DFB/FP激光器芯片市場里，國產廠商占的比例較高，其中占比超過10%的比較領先的廠商有武漢敏芯（份額是17%）、中科光芯（份額是17%）、光隆科技（份額是13%）、光安倫（份額是11%）。2.5G及更高速率的產品，其進口替代的空間很大。
25G及以上的光芯片包含25G、50G、100G的激光器和探測器芯片。隨著5G建設不斷發(fā)展，我國的光芯片廠商在用于5G基站前傳光模塊的25G DFB激光器芯片方面有了突破，數(shù)據中心市場里的光模塊企業(yè)也開始慢慢采用國產廠商的25G DFB激光器芯片了。據ICC統(tǒng)計，25G光芯片國產化率大概是20%，而25G以上光芯片的國產化率僅僅只有5%。可以說，高速率產品還在等待。
根據研精畢智，2021年DFB芯片、VCSEL芯片和EML芯片三種類型在市場中的份額分別達到42.1%、 29.2%和18.6%。
從國產化的發(fā)展 趨勢來看，目前我國高功率激光芯片和部分高速率激光芯片（如10Gbps和25Gbps等）已經進入了國產化加速突破的階段，而光探測芯片和25Gbps以上 高速率激光芯片仍然處于進口替代的早期階段，未來國產化的提升潛力廣闊。
從生產來看，光芯片的生產工藝包括芯片設計、基板制造、磊晶成長、晶粒制造、封裝測試共五個主要環(huán)節(jié)。多數(shù)中國企業(yè)主要集中在芯片設計環(huán)節(jié)，而全球能夠實現(xiàn)高純度單晶體襯底批量生產的企業(yè)主要為海外企業(yè)。磊晶生長/外延片是光芯片行業(yè)技術壁壘最高的環(huán)節(jié)，成熟技術工藝主要集中于中國臺灣以及美日企業(yè)。晶粒制造和封裝測試環(huán)節(jié)主要集中在中國臺灣。
光芯片生產采用的各工藝綜合性更強，龍頭廠商多采用IDM經營模式。邏輯芯片廠商中，新進入的企業(yè)多采用Fabless模式，以此減少資本投入，將更多資源集中投入研發(fā)。
光芯片行業(yè)廠商多采用IDM模式，因為光電子器件遵循特色工藝，器件價值提升不完全依靠尺寸縮小，而有賴于功能增加。IDM模式更有利于各環(huán)節(jié)自主可控，能及時響應各類市場需求，靈活調整生產計劃，高效排查問題原因，從而提升芯片性能，滿足下游客戶需求。
