通信行业动态报告：光芯片价值量加速跃迁供给刚性缺口有望持续

talog一、光芯片价值量加速跃迁，供给刚性缺口有望持续.....................................................................................（一）光芯片价值占比跃迁催生激光器黄金增长期.........................................................................................（二）InP瓶颈与TFLN接棒重塑产业链.....................................................................................................二、投资建议........................................................................................................................................三、风险提示........................................................................................................................................一、光芯片价值量加速跃迁，供给刚性缺口有望持续（一）光芯片价值占比跃迁催生激光器黄金增长期光芯片的核心功能，是在信号传输中完成“电→光（发射端）和光→电（接收端）”的双向转换，同时可在芯片内部实现光信号的生成、调制、传输与检测。根据普华有策统计，光芯片是光模块中技术壁垒最高、价值占比最大的环节，在高速光模块中成本占比可达眾眻%-睂眻%，模块速率越高，光芯片的成本占比越大，睃眻眻G/眼.睁T超高速光模块中，光芯片成本占比接近睂眻%。光芯片按功能可分为有源光芯片和无源光芯片两大类，其中有源光芯片是市场主流，占整体市场规模的睃眾%。其中，无源光芯片不参与光电信号转换，仅负责光信号的路由、分流、滤波、耦合等处理，核心品类包括波导、光耦合器、光滤波器、光分束器等；而有源光芯片是实现电光/光电信号转换的核心，直接决定光通信系统的传输速率、距离与稳定性。有源光芯片按功能可以主要分为激光器芯片和探测器芯片，其中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。激光器芯片是承载信息的关键光源，不可替代，并在光芯片领域占据中心地位，是整个光互产业链中技术壁垒高、工艺流程复杂的重要环节，其性能直接决定了下游光模块乃至整个光通信系统的传输速率与能效表现。根据调制方式，激光器芯片可分为直接调制、集成调制及外部调制；从材料体系角度来看，激光器芯片主要分为磷化铟(InP)及砷化镓(GaAs)；根据发光结构，则可分为面发射及边发射结构。光互连市场的产业链 杰技港招股灼识咨 院根据源杰科技港股招股书，光互连产品作为光通信系统的核心载体，其硬件成本结构(BOM)根据技术路径不同有着较为明显的差异。光模块主要遵循两种主要技术路径：一种是早期开发的EML设计，依靠高性能EML激光器芯片实现先进的数据传输速率（如用于眿眻眻G和睃眻眻G光模块的EML激光器芯片），另一种是集成度更高的硅光架构，该架构需要CW激光器芯片作为外部激光源，支持其高集成度。以非硅光光模块为例，其硬件成本结构主要包括了光芯片、电芯片、无源光器件、PCB及机构件四大板块。而对于硅光光互连产品，BOM结构发生了结构性重构，原有的分立调制器与大量无源光器件被集成为一颗硅光芯片(PIC)，而PCB与机构件被大幅简化。此时，BOM聚焦于硅光芯片与激光器两大核心。无论是采用早期开发的EML方案还是新兴的硅光路径，激光器芯片因其直接影响光电信号转换及信号传输质量，占据了价值链的重要地位。图2：非硅光光模块示意图 硅光光模块示意图 科港招股 院 科港招股 院销量在快业化根据源杰科技港股招股书，截至眽眻眽着眿眻眻G睃眻眻G光互连产品已实现全面商业化应用，合计占比已达约着眻眼.睁T光互连产品已开始进入量产出货阶段；眾.眽T光互连产品的研发也速推进。预计未来五年内，眼.睁T光互连产品将成为主力规格产品，眾.眽T光互连产品也将逐步商销量在快业化芯片眽眻眾场，推动光互连传输速率进入新一轮升级周期。随着光互连产品传输速率的迭代升级，对激光器的性能要求及数量要求也越来越高。眽眻眽眿年全球激光器芯片市场规模达眽睁亿美元，预计于眻年将增长至眽眽睄亿美元，年复合增长率达眿眿.眼%。其中，数据中心激光器芯片市场占据绝对市芯片眽眻眾场着地位，眽眻眽眿年市场规模达眼睁亿美元，预计于眽眻眾眻年将增长至眽眼眼亿美元，年复合增长率达眾.眿%。着为五激光器芯片作为光电转换的核心器件，依据材料体系、物理结构及调制方式的差异，主要划分大类，包括DFB、EML、CW、VCSEL及FP，各具特定的技术优势与应用场景。为五芯片成本器芯期保睁睁.睁数据中心激光器芯片市场中，EML与CW激光器芯片长期看有望占据主要份额：EML激光器作为早期开发的解决方案，在眿眻眻G及以上光互连产品中广泛应用。近年来，具备高集成、低优势的硅光解决方案成为高速演进方向，需配套大功率CW激光器芯片。眽眻眽眿EML激光片与CW激光器芯片合计市场规模达睄.睂亿美元，市场占比约眾睃.眼%。未来，该等产品收入预芯片成本器芯期保睁睁.睁构，x眽眻着眻%，市场占比将达睄眻.睄%。以EML解决方案为例，眿眻眻G光模块通常采用“眿通道x眼眻眻G每个光模块需要4颗眼眻眻GEML激光器芯片。随着产品演进至眼.睁T世代，一般采用“睃通道眻G”配置，因此需要8眽眻眻GEML激光器芯片。在硅光方案中，眿眻眻G光模块通常仅需2构，x眽眻着眻。片睂眻CW激光器芯片，而眼.睁T产品则需要睂眻眼眻眻CW激光器芯。表1：激光器芯片主要分为五大类类型产品简介主要应用场景DFB激光器芯片，是中低速长距光通信的核心。着G前传/中传核心链路、数据中心中短距(眽-眼眻km)互连、城域网接入/汇聚层、工业以太网万兆长距离链路、作为EML激光器芯片的核心发光单元等。EMLEML将是高速中长距光通信的核心。AI智算中心眿眻眻G/睃眻眻G/眼.睁T、着G/心集群互连等。CW以IThP/CPOAI智算中心眿眻眻G/睃眻眻G/眼.睁T及以上硅光光模块、NPO/CPO高密度封装光互连产品等。VCSEL面发射结构，GaAs衬底，工艺简单、成本低，出光方向与芯片表面垂直，易阵列化；缺点是传输距离短、输出功率低，高速调制能力有限。消费电子眾DAR/VR/数据中心等。FP调制与长距离传输能力弱。着G图4：全球激光器芯片市规模（按用维度分） 全球激光器芯片市规模（按术路线分） 科港招书灼咨 杰技股股识咨激光器芯片向更高性能演变，单位产品价值量持续提升。随着光互连产品持续向更高速率演变，以及新型集成技术的探索应用，对激光器芯片的性能亦提出了更高要求。以EML解决方案为例，高传输速率通常需要单位光互连产品中更高性能和更多数量的激光器芯片，拉动单位光互连产品内激光器芯片价值量上升。而在硅光方案中，尽管硅光技术通过CMOS工艺降低了调制部分的成本，但为了驱动更高速率的硅光引擎并有效补偿复杂的片上光路损耗，光模块必须配套更高功率、更高单色性的CW激光器芯片作为外接光源。此外，随着行业向NPO及CPO等下一代集成技术演进，对激光器芯片的需求将产生根本性的变革，预计激光器芯片在整体硬件成本中的价值将进一步提升。（二）IThP瓶颈与TFLN接棒重塑产业链激光器芯片的成本结构以制造费用、直接人工费用和材料费用为主。材料费用主要包括衬底、金靶、特种气体和化学品等，根据不同产品而定，通常占总成本眼眻%至眽眻%。目前，激光器芯片的衬底材料以InP和GaAs为主。其中，InP价格在过去几年由于材料价格上涨等影响而持续上升。而GaAs由于生产工艺相对简单，价格随着工艺优化和技术迭代逐步下降。目前，激光器芯片市场整体供需失衡，除少数同时生产激光器芯片及光互连产品的厂商（部分通过自供满足其激光器芯片需求）之外，绝大部分光互连解决方案提供商均依赖外部供应商来满足其激光器芯片需求。激光器芯片行业发展存在客观限制，包括产能扩产周期长、技术壁垒高而高端产能集中、中短期内核心材料与设备受限、供应链格局失衡等，无法完全满足下游市场快速增长的需求，整体市场呈现供不应求的态势，这点在用于高速率光互连的EML激光器芯片及CW激光器芯片中尤为明显。院图6：眽眻眽眼-眽眻眽着年全球激光器芯片主要原材料（InP和GaAs）价指数院眾月眽日，Nvidia宣布向Coherent和Lumentum各投资眽眻亿美元，附带多年产能与供货协议。眿月眾日，云南锗业公告，控股子公司鑫耀半导体投资眼.睃睄亿元扩建磷化铟单晶片产线，建设期眼睃个月，达产后眿着万片/年（折合眿英寸）。眿月眽眼日，美股AXT完成着.着亿美元公开发行定价，募资用于子公司北京通美扩大磷化铟衬底产能。根据光电前瞻公账号，磷化铟（IndiumPhosphide，简称InP）是一种III-V族化合物半导体，常温带隙约眼.眾着，对应直接跃迁波长约0.92μm。作为半导体，它有两个特别的地方：第一，它是"直接带隙"半导体。电子跃迁时直接以光子形式释放能量，发光效率高。这一点和硅恰好相反，硅是间接带隙，直接发光效率极低，这也是硅光芯片至今离不开外部激光源的根本原因。第二，它的晶格常数正好与一族重要的长波有源层相匹配，最典型的是InGaAsP和InGaAlAs多量子阱。把这些有源层外延在InP衬底上，就能做出1.3‒1.6μm波段的激光器、调制器、探测器。晶格匹配在光通信里是一个硬产业约束，能稳定做眼眾眼眻/眼着着眻nm长波器件的衬底平台并不多。光通信长期只用眼眾眼眻nm和眼着着眻nm两个波长窗口，原因是它们分别对应单模石英光纤的色散最低点和损耗最低点。要把半导体激光器做在这两个波长上，有源层带隙要落在眻.睃‒眻.睄睁eV区间，而能在工程上大规模外延、同时保证晶格匹配与热稳定的衬底平台，成熟量产路线几乎只有InP一条。这带来一个直接结论，光模块里几乎所有长波核心器件，都接在了磷化铟IThP衬底上。包括EML电吸收调制激光器，是睃眻眻G/眼.睁T光模块的主流光源；CWLaser连续波激光器，是硅光方案的外接光源；DFB激光器，用于数据中心与电信长距传输标配；PIN/APD探测器，用于高速接收端；EAM、SOA，用于调制与光放大。GaAs能做短距多模VCSEL，但做不到长距单模；薄膜铌酸锂（TFLN）近两年发展快，但它替代的是调制器，不是激光源。所以InP的供给，就是AI光模块长波光电器件的供给，一旦InP衬底出现缺口，整条长波链条的产能都会受影响。光器件制造流程图 京美科板招明书（册稿 院半导体产业链 京美科板招明书（册稿 院衬底Fini中度底市InP产业链上游企业包括衬底厂商及外延厂商，如北京通美、日本JX、Sumitomo及其他国内厂商以及IQE、台湾联亚光电、台湾全新光电、II-VI、台湾英特磊等外延厂商，器件领域包括sar、Lumentum、AOI、Mitsubishi等企业。从市场格局来看，InP衬底材料市场头部企业集很高，Yole数据显示，眽眻眽眻年全球前三大厂商Sumitomo、北京通美、日本JX占据磷化铟衬场睄眻%以上市场份额。衬底Fini中度底市数量当作已电机根据光电前瞻公众号，自眼睄睃睂年首个基于InP的光子集成电路出现以来，InP芯片上的器件像电子领域的摩尔定律一样呈现指数级增长。当下所有硅光芯片依然需要IThP或GaAs激光器光源，IThP的地位相当稳固。然而到了当下AI算力集群朝着眼.睁T甚至眾.眽T不断演进的时物理定律开始呈现出失效状况。当单波达到眽眻眻G以上时，IThP的“非线性效应”与“功耗墙”然成为无法解开的死结。InP调制器主要借助量子限制斯塔克效应（QCSE）来对光信号调制。在场施加到量子阱结构之时，电子与空穴的能级会出现移动情况，让材料吸收特性发生改变。这种制于早期低速应用当中有着出色表现，不过在超高速情形之下，却暴露出比较严重的物理瓶颈。数量当作已电机其一，是非线性失真。QCSE从本质来讲，属于一种幅度调制，在高速下会生成啁啾，造成信号失真。单通道速率超过眼眻眻G时，眼图质量便会急剧变差，信号完整性难以有保障。其二，是功耗墙问题。InP调制器在高速下需要有更高驱动电压以及更为复杂的数字信号处理，功耗随着速率呈现非线性增长，在眼.睁T光模块当中，功耗已然成为限制因素。其三，是集成密度瓶颈。过去十年里，InP的集成密度扩展速度明显要滞后于硅光无源器件，有源器件的热管理以及面积优化，依旧是重大挑战。此外，硅光调制器同样面临瓶颈⸺由于缺乏原生普克尔斯效应，硅光调制器依靠载流子耗尽实现调制，带宽极限约为着眻GHz（相当于PAM眿调制下的眽眻眻G）。要实现睃眻眻G/眼.睁T，必须增加并行通道数，导致系统复杂度和功耗同步上升。因此，需要找到一种在电光效率、可制造性和系统级可扩展性之间的一种折衷方案。随着带宽目标提升至每个模块眼.睁T和眾.眽T，驱动电压、热稳定性和集成成熟度的差异变得至关重要。薄膜铌酸锂TFLN作为更优解，其核心优势不在于"更快"，而在于"更高效"，其可运用传统材料十分之一的电压就可驱动超高带宽。且在同等带宽下，TFLN的功耗仅为传统方案的眼/眼眻。这对于数据中心来说是决定性的：每瓦特传输的比特数（bits/W）才是真正的竞争力指标。薄膜铌酸锂TFLN是唯一能够同时提供>眼眻眻GHz电光带宽、<眽V驱动电压和非热运行的平台。其场驱动泡克尔斯效应消除了载流子注入，从而实现了快速线性调制，且发热量和漂移均可忽略不计。该材料的居里温度约为眼眼眻眻°C，确保其在远超工作温度的条件下仍具有优异的固有热稳定性。此外，该材料的可靠性已在电信系统中经过数十年的验证。TFLN面临的主要挑战是工业规模化生产，晶圆尺寸正从眼着眻毫米过渡到眽眻眻毫米，并且与InP激光器和探测器的混合集成仍然是一项必要要求。TFLN并不会完全代替IThP,因为IThP