电子行业研究：人工智能加速落地，光芯片与光模块开启高景气周期-数查报告

电子行业研究：人工智能加速落地，光芯片与光模块开启高景气周期
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3.0 智报告 2023-07-03 12 1 5.23MB 46 页 8数查币

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数据量的指数级增长使得光通信技术逐渐崛起，光芯片成为现代光通信的核心元件，能够实现光信号与电信号之

间的转换，并与其他电子元器件以及光器件共同组成光模块，最终应用于电信市场、数据中心等领域。光芯片包括激

光器芯片与探测器芯片，激光器芯片技术壁垒较高，依照结构不同又可分为 VCSEL、FP、DFB、EML 等不同种类。

全球范围内光芯片厂商多采用 IDM 模式，主要原因系 1）光器件遵循特色工艺，价值量的提升不完全依靠制程的

提升，更需要工艺平台实现光器件的特色功能，核心竞争力在工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性。2）光芯

片制造的核心环节为外延和光栅，高速率光芯片有源区量子阱的层数较中低速率激光器芯片增加超过 50%，需要对量

子阱实现埃米级（0.1nm）的精度控制。其次，高速率光芯片的光栅升级为变相非等周期布拉格光栅，需使用更高精

度和更先进的电子束光栅系统，以达到纳米级精度。

光芯片下游直接客户为光模块厂商，光模块与光芯片的国产化率出现明显的差距。根据 Lightcounting 和ICC 的

数据，2022 年全球光模块份额前十的厂商中有 7家中国厂商，而25G 光芯片的国产化率为20%，25G 以上光芯片

的国产化率仅 5%。在海外数通市场向 800G 迭代以及国内数通市场向 400G 迭代的技术升级背景下，叠加国内光模

块厂商的高市占率，国内的光芯片厂商有望加速国产替代进程。

光芯片下游市场主要包括数通市场、光纤接入市场和移动通信市场。数通市场：人工智能加速算力需求爆发，带

动光模块向高速率和新技术趋势演进。1）当下海量大模型训练与推理都在云数据中心完成，带动数据中心与各类网

络基础的加速建设，根据 Synergy Research Group 的数据，2024 年全球超大型数据中心数量将超过 1000 个。2）

英伟达 AI 数据中心采用与叶脊式相近的胖树（fat-tree）网络架构，相比于传统数据中心的带宽逐层收敛，英伟达 AI

数据中心无阻塞网络对于高速率光模块有更高的需求。3）海外云厂商的光模块新一轮升级周期逐渐开启，海外超大

数据中心的交换机互联速率逐步由 400G 向800G 升级，产品迭代推动 800G 光模块与高速率光芯片高景气周期来临。

业内已有多款 800G 交换机和交换芯片已量产发布，800G 光模块上量的基础条件已具备。4）基于磷化铟（EML）

和砷化镓（VCSEL）衬底光芯片的可插拔光模块仍是业界主流，LPO、CPO、硅光、薄膜铌酸锂等新技术持续演进。

光纤接入：“宽带中国”推动光纤网络建设，高速宽带开启 10G PON 升级拉动光芯片需求。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。截至 22 年底，我国 1000Mbps 及以上接入速

率用户占比仅 15.6%，10G PON 端口数量达到 1523 万个，同比几乎翻倍。在全面部署千兆光纤网络的政策推动下，

10G-PON 作为千兆光纤网络的核心技术，仍有较大向上空间。海外光纤建设仍有较大潜力，截至 22 年9月，欧洲

仅有 8个国家的 FTTH/B 的渗透率超过了 50%。

移动通讯：国内 5G 建设继续稳步推进，2023 年新建 5G 基站 60 万个。海外 5G 建设持续加速，北美地区已进

入第二波扩建潮，东南亚和大洋洲的 5G 建设也正在快速增长。按应用场景可分为前传、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。

重点推荐：中际旭创、源杰科技、新易盛、天孚通信、光库科技

海外市场陷入衰退；人工智能终端应用落地不如预期；美国加大对华制裁力度；下游需求不及预期。

行业深度研究

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内容目录

一、现代光通信核心组件，国产替代空间广阔........................................................ 6

1.1 光芯片系光通信核心元件，位于光通信产业链上游 ............................................ 6

1.2 特色工艺成光芯片核心竞争力，IDM 模式为行业主流......................................... 12

二、人工智能推动高算力需求，光芯片下游市场持续扩容............................................. 15

2.1 数通市场：人工智能加速算力需求爆发，带动光模块向高速率和新技术趋势演进 ................. 15

2.2 “宽带中国”推动光纤网络建设，高速宽带开启 10G PON 升级拉动光芯片需求 .................... 23

2.3 5G 基站全球建设持续推进，移动通信中后传国产空间广阔 .................................... 26

三、A股重点光芯片/光模块公司梳理 .............................................................. 28

3.1 主线一：光芯片厂商 ..................................................................... 28

源杰科技：国产光芯片领先厂商，数通和电信市场双轮驱动................................... 28

长光华芯：国产激光芯片龙头，布局数据中心光芯片......................................... 30

仕佳光子：国产无源光器件龙头，无源+有源同步拓展 ....................................... 31

3.2 主线二：光模块及其他零组件厂商 ......................................................... 33

中际旭创：全球光模块龙头厂商，800G 光模块加速公司发展 ................................. 33

光迅科技：从光芯片到光模块的一体化布局厂商............................................. 34

新易盛：800G+硅光+LPO 全面布局，海外市场加速拓展 ..................................... 36

天孚通信：光器件平台型供应商，光引擎驱动长期发展....................................... 37

天通股份：材料、装备协同发展，公司迈入发展快车道....................................... 38

光库科技：稀缺光器件供应商，前瞻布局薄膜铌酸锂赛道..................................... 40

富信科技：解决方案覆盖全产业链，高端 TEC 逐步国产替代.................................. 41

华工科技：校企改革赋予新生动能，业务布局多点开花....................................... 42

四、风险提示................................................................................... 43

图表目录

图表 1：光电子器件示意图 ....................................................................... 6

图表 2： 2023 年全球光电子市场规模有望达 454 亿美元 .............................................. 6

图表 3： 2025 年全球数据增量达 157 ZB ........................................................... 6

图表 4： 2018 至2024 年全球总数据流量将成长 4.5 倍 ............................................... 6

图表 5：光芯片在光通信中用于产生和接受光信号 ................................................... 7

图表 6：光芯片位于光通信产业链上游 ............................................................. 7

图表 7：光模块结构示意图（SFP+封装） .......................................................... 8

图表 8：光芯片可分为激光器芯片和探测器芯片 ..................................................... 8

图表 9：激光器分类 ............................................................................. 9

行业深度研究

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图表 10：激光器芯片原理示意图 .................................................................. 9

图表 11：边发射激光芯片（EEL，左）和面发射激光片（VCSEL，右）............................... 10

图表 12：激光器芯片产品性能及应用场景 ......................................................... 10

图表 13： PIN 型二极管示意图 ................................................................... 11

图表 14：雪崩光电二极管示意图 ................................................................. 11

图表 15：探测器芯片产品性能及应用场景 ......................................................... 11

图表 16：三五族化合物半导体材料可以满足高频、发光、高功率、高电压等特殊应用场景 ............... 12

图表 17： IDM 与Fabless 模式示意图 ............................................................. 12

图表 18：海内外光电子期间厂商多采取 IDM 模式 .................................................. 12

图表 19：光芯片主要工艺流程图 ................................................................. 13

图表 20： 25G DFB 光芯片工艺流程图 ............................................................ 13

图表 21： 10G 晶圆高清晰透射电子显微镜图像（7层量子阱） ....................................... 13

图表 22： 25G 晶圆高清晰透射电子显微镜图像（11 层量子阱） ...................................... 13

图表 23：等周期光栅示意图 ..................................................................... 14

图表 24：变相非等周期光栅示意图 ............................................................... 14

图表 25： 2020 年全球磷化铟衬底材料竞争格局 .................................................... 14

图表 26： 2022 年全球前十大模块厂商 ............................................................ 15

图表 27： 2021 年中国光芯片竞争格局 ............................................................ 15

图表 28： 2024 年全球超大规模数据中心超 1000 个 ................................................ 15

图表 29： 2025 年全球数据中心光模块市场达 73 亿美元 ............................................. 15

图表 30：数据中心网络架构从三层式向叶脊式升级 ................................................. 16

图表 31：光模块相对机柜用量倍数 ............................................................... 16

图表 32：胖树网络架构示意图 ................................................................... 16

图表 33：英伟达 InfinBand 计算网络架构 ......................................................... 17

图表 34：计算网络节点数量统计 ................................................................. 17

图表 35：英伟达 DGX GH200 超级 AI 计算集群可使用全光架构 ...................................... 18

图表 36：数据中心交换芯片吞吐量演进趋势 ....................................................... 18

图表 37：博通交换芯片线路图 ................................................................... 18

图表 38：机柜内部、机柜间、数据中心间光模块方案 ............................................... 19

图表 39：数据中心光模块升级路径 ............................................................... 19

图表 40：光通信主要技术路径示意图 ............................................................. 19

图表 41：光通信主要技术路径对比 ............................................................... 20

图表 42：使用博通 200G EML 的1.6T 光模块示意图 ............................................... 20

图表 43：使用博通 100G VCSEL 的1.6T 光模块示意图 ............................................. 20

图表 44：英特尔硅光光模块示意图 ............................................................... 21

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摘要：

敬请参阅最后一页特别声明1数据量的指数级增长使得光通信技术逐渐崛起，光芯片成为现代光通信的核心元件，能够实现光信号与电信号之间的转换，并与其他电子元器件以及光器件共同组成光模块，最终应用于电信市场、数据中心等领域。光芯片包括激光器芯片与探测器芯片，激光器芯片技术壁垒较高，依照结构不同又可分为VCSEL、FP、DFB、EML等不同种类。全球范围内光芯片厂商多采用IDM模式，主要原因系1）光器件遵循特色工艺，价值量的提升不完全依靠制程的提升，更需要工艺平台实现光器件的特色功能，核心竞争力在工艺的成熟度和稳定性，工艺平台的多样性。2）光芯片制造的核心环节为外延和光栅，高速率光芯片有源区量子阱的层数较...

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