光芯片迎來「窗口期」：AI拉動光模塊發展，國產化率亟待提高

經濟觀察網 記者 鄭晨燁 近期，光芯片賽道持續火熱。

這種「熱」體現在資本市場上，是相關上市公司「翻倍式」增長的業績。三季報陸續出爐后，光模塊龍頭中際旭創（300308.SZ）在2024年前三季度營收達到173.13億元，較去年同期增長了約146.26%，淨利潤則接近38億元，增幅達到189.59%。新易盛（300502.SZ）的表現同樣突出，前三季度營收超過51億元，同比提升約146%，淨利潤則同比增長超280%，達到了16.5億元。此外，華工科技（000988.SZ）和光迅科技（002281.SZ）的營收分別為90億元和54億元，淨利潤也實現了兩位數增長。

「公司目前所處行業的景氣度仍然保持高漲，明年以太網 800G需求旺盛，加上 1.6T 的逐步上量，市場會看到行業總體需求進一步增長。」在10月22日中際旭創舉辦的業績交流會上，談及對於明年光模塊市場的看法時，公司管理層如是強調。

另一方面，光芯片賽道的「熱」則體現在全球科技企業和政府在光芯片領域的密集佈局。

今年以來，英偉達、英特爾等巨頭企業紛紛在光子技術上加碼，英偉達計劃在2027年推出Rubin Ultra GPU計算引擎，整合共封裝光學（CPO）技術，解決數據傳輸帶寬瓶頸，並計劃在2025年與臺積電、博通合作推動相關硅光子產品量產；英特爾則在9月的光纖通信大會（OFC）大會上展示了其光學計算互連（OCI）芯片，實現與CPU共封裝，為滿足未來AI計算的高帶寬需求提供瞭解決方案；10月，光子加速計算初創公司Lightmatter在D輪融資中融到了4億美元，估值達到44億美元，這筆資金將用於加速該公司光芯片的生產和部署，以滿足AI集羣對低能耗、高性能計算的需求。

在國內，上海交通大學無錫光芯片研究院於9月啟動了中國首條光芯片試生產線，預計年產晶圓達1萬片；同月，廣東省出台了《加快推動光芯片產業創新發展行動方案（2024—2030年）》，提出到2030年形成10個具有國際競爭力的領軍企業和千億級產業集羣的目標；在歐洲，根據荷蘭政府官方信息，11月12日，歐盟宣佈將投資1.33億歐元（約合10.23億人民幣），在荷蘭建設光芯片中試線。

「AI時代，隨着算力和存儲能力的幾何級提升，數據傳輸的需求也隨之快速增加，這就推動了光芯片的市場增長。」對於光芯片賽道的驅動因素，北京新鼎榮盛資本管理有限公司董事長張馳告訴記者。

雅柏寶資本資深分析師劉秋君亦認為，當前這一輪光芯片賽道的火熱是技術和市場需求雙重驅動的必然結果。眼下，無論是資本市場的爆發，還是技術創新的加速，都表明光芯片作為未來高科技領域的重要組成部分，正處於一個關鍵的「窗口期」。

劉秋君強調，隨着AI技術的發展，尤其是大模型和超大規模數據中心的需求爆發，光芯片作為解決數據傳輸瓶頸、提供高帶寬、低延迟通信的核心技術，已經不再是單純的概念炒作。與過去光通信技術的應用主要集中在電信和網絡基礎設施不同，現在光芯片的應用場景大幅拓展，包括雲計算、AI計算、邊緣計算等多個領域。全球資本市場對光芯片的興趣升溫，正是因為這些技術對於未來高效計算的支撐作用愈發顯著。

「可以看到，從2022年底開始全球資本市場最重要的投資主線就是AI，市場對於未來AI下游應用能否真正落地產生收益日趨關注，因為這纔是科技轉化為生產力的最直觀證明。」劉秋君告訴記者。

AI拉動

光模塊，最初的使命其實很簡單——讓數據通過光纖在網絡中高效傳輸。

上世紀90年代末，隨着互聯網的快速發展，傳統的銅線傳輸已無法滿足日益增長的數據需求。彼時，光纖因其傳輸速率高、損耗低的優勢，成為通信領域的「寵兒」，而光模塊則應運而生，成為光纖通信系統的核心組成部分。

光模塊主要依賴於電光轉換器件來完成信號的轉換，簡而言之，它通過激光器將電信號轉換為光信號，再通過光纖進行傳輸，最后通過光接收器將光信號轉換回電信號供設備使用。

「光芯片是實現光電信號轉換的基礎元器件，需封裝、加工成光模塊，才能實現光信號的產生、傳輸和接收等功能。相比使用電子傳遞信息的芯片，用光傳遞信息理論上信息傳輸速度距離都更優，能量損耗也更低。」劉秋君稱。

一個典型的光模塊包括：光芯片和電芯片、激光器（用於將電信號轉換為光信號）、光接收器（用於將光信號轉換回電信號），以及其他相關電路和接口。其中，成本佔比最大，最關鍵的組件便是光芯片和電芯片。

「光模塊，其核心器件是光芯片和電芯片，尤其是下一代的硅光芯片，這些核心芯片的成本佔到了光模塊總成本的70%—80%。」張馳向記者表示。

劉秋君亦告訴記者：「根據 Light Counting 數據測算，光芯片佔光模塊市場比重從2018年約15%的水平，提升至目前已超過25%，這主要是因為高端光模塊佔比的快速提升所致。光芯片的成本佔比分佈在低端器件、中端器件、高端器件上的數據大約分別為 20%、50%、70%。光芯片的性能直接決定光模塊的傳輸速率，是光通信產業鏈的核心之一。」

在光模塊中，光芯片和電芯片各自承擔着不同的任務，兩者通過高速電光轉換接口相互配合，共同決定光模塊的整體性能。例如，光芯片負責將傳輸信號從電轉換為光，而電芯片則負責從光轉換為電，並進行進一步的信號處理和傳輸控制。

光芯片和電芯片都是決定光模塊性能的關鍵部件，市場之所以對光芯片更為關注，是因為光芯片決定了光模塊的帶寬上限，尤其是在大規模數據傳輸和高速光通信中，光芯片的性能直接影響到模塊的速度、穩定性和成本。

在張馳看來，自ChatGPT橫空出世以來，AI這一鏈條上涵蓋了高算力、高存儲和高帶寬需求，而光芯片對應的就是高帶寬的傳輸需求。

「AI應用，特別是深度學習和機器學習，往往需要處理海量的數據，這對數據傳輸速率和帶寬提出了極高的要求。傳統的電信號傳輸已經無法滿足這一需求，而光模塊，尤其是基於硅光技術的光芯片，提供了更高的傳輸速率、更大的帶寬和更低的延迟，能夠在滿足大規模計算需求的同時有效降低能耗。這推動了光芯片技術的進一步發展，讓光芯片成為支撐AI技術發展的核心組件。」劉秋君向記者表示。

賽迪研究院集成電路研究所研究室主任馬曉凱在接受記者採訪時亦表示，光芯片具有高速、低功耗、大通量等優勢，對先進集成工藝依賴較低，在能耗和速度上可突破電芯片性能天花板，成為后摩爾時代潛在的顛覆性技術。

「但需要指出的是，光芯片與電芯片不是替代關係，而是對電芯片的有效補充和升級，電芯片仍然是芯片領域的主流產品。」馬曉凱稱。

值得注意的是，我國的光模塊企業早已在全球佔據了主導地位。根據知名市場研究機構Lightcounting數據，2023年，在全球光模塊市場前十大廠商中，有中際旭創、華為、光迅科技、海信寬帶、新易盛、華工科技、索爾思光電等七家中國企業，特別是中際旭創在2023年首次位居全球第一，華為則排名第三。

技術方向

從技術角度看，光芯片賽道目前有五個關鍵技術方向，即EML芯片、硅光芯片、薄膜鈮酸鋰芯片三種芯片製造技術，以及CPO和LPO兩種先進封裝技術。這五個技術方向的背后，都離不開市場對數據傳輸速率、功耗控制和集成度需求的持續提升。

EML芯片（電吸收調製激光器）是一種用於高速光通信的光源，EML芯片的核心原理是將激光二極管與調製器集成，使得光信號可以在更高的速率下進行調製。硅光芯片則依賴硅基材料，通過光學集成將光信號與電信號結合，能夠在單一芯片上實現光通信的功能。

「硅光模塊的優勢在於其小型化特性，它可以將電信號轉換成光信號，再通過光傳輸完成數據傳遞，然后在接收端再將光信號轉換成電信號。這項技術與我們以往使用的寬帶光纖非常相似，比如家庭網絡中的‘光貓’設備。光模塊行業的快速發展，正是因為小型化和高效傳輸的需求越來越高。」張馳向記者解釋説。

薄膜鈮酸鋰芯片則是基於鈮酸鋰材料的非線性光學特性，用於實現高效的光調製。它的優勢在於能在非常小的尺度上實現高帶寬的信號處理。

「EML芯片、硅光芯片和薄膜鈮酸鋰芯片等光芯片的持續升級，是光模塊爲了適應高速率場景的必然要求。這樣光模塊才能達到大規模數據傳輸、低延迟和高效能等AI時代的數據傳輸標準。」劉秋君表示。

CPO（共封裝光學）和LPO（線性驅動可插拔光模塊）則是目前光模塊領域兩種比較重要的封裝技術。CPO技術的核心是將光模塊和電子元件直接封裝在同一芯片或封裝體內，從而將光電轉換過程縮短至最小，降低了物理距離的影響，減少了信號損耗。

在採訪業內人士的過程中，記者瞭解到，CPO技術在光芯片封裝時，將光模塊與CPU、GPU或網絡處理器等集成到同一封裝中，藉助高速連接技術直接傳輸光信號，避免了傳統系統中光模塊和處理器之間的電氣連接。這種集成化的方式，不僅提升了數據傳輸的速度，還大幅降低了功耗，優化了系統的整體性能。

「CPO的最大優勢體現在數據中心和超大規模計算場景中。在這些環境中，傳輸速率和能效要求極高，CPO技術通過減少信號轉換和降低功耗，能顯著提升網絡設備的性能和密度。」劉秋君解釋説。

LPO則是一種新型的光模塊封裝技術，與傳統光模塊不同，LPO去掉了對複雜的數字信號處理器（DSP）的依賴，轉而使用簡單但高效的模擬元件來處理光信號。從EML到LPO，這些關鍵技術最終都指向製造出速率更高的光模塊產品，但從市場實際反饋來看，CPO與EML是各家廠商選擇的攻關方向。

「目前嘗試在 800G 網絡上使用LPO方案的客户不多，大多數客户會考慮用帶DSP芯片的傳統EML方案或接受硅光方案。」中際旭創管理層在今年6月份的一場機構調研活動中就曾表示。

「現在光模塊領域內，增長較快的還是400G和800G這樣的高速率產品，具體來看，CPO是在AI應用等大算力應用場景下光模塊的技術和產品演進的重要方向之一。」劉秋君説。

材料方面，張馳告訴記者，目前光芯片的主力是硅光芯片，主要用於400G到800G的數據傳輸。但隨着更高帶寬需求的到來，薄膜鈮酸鋰芯片將成為一種材料上的革命，未來甚至可能支持1.5T、3T的傳輸量。

「國內在薄膜鈮酸鋰芯片上已經有天使項目啟動，預計在更高功率和傳輸距離的要求下，硅光芯片將難以支撐，薄膜鈮酸鋰會逐漸取代它，成為新一代主流。」張馳説。

基於技術的突破，眼下，國內多家光模塊廠商均在加速推進400G+光模塊產品的研發及應用。例如，中際旭創就在今年三季度業績交流會上透露，公司正在在預研3.2T光模塊；華工科技管理層亦在11月8日的一場調研活動上表示：「公司800G LPO產品已獲得明確需求，目前在加緊測試、儘快導入，1.6T 產品正加快送樣測試，正在做好800G LPO產品在年底和明年一季度上量的準備。」

光瓴時代（無錫）半導體有限公司總經理張傑亦向記者表示，未來五年，數通市場的增長主要將由400G+光模塊需求推動。

根據Lightcounting的預測，到2029年，400G+市場預計將以超過28%的年複合增長率（即每年增長16億美元以上）擴展，市場規模將在未來幾年達到125億美元，佔總市場的90%以上。特別是800G和1.6T產品，預計將成為增長的主要動力，兩者合計有望佔到400G+市場的一半以上。與此同時，200G以下的光模塊市場預計將在同一時期以約-10%的年複合增長率下滑。

國產化率亟待提高

「中國是世界上最大的光器件消費大國。國內企業在無源器件、低速光收發模塊等中低端細分市場較強，然而以高速率為主要特徵的高端光芯片技術，還掌握在美日企業手中，美、日企業佔據了全球高端光芯片超過50%市場份額，佔據我國高端光芯片 90%以上的市場份額，我國高速率光芯片國產化率僅3%左右。」張傑告訴記者。

劉秋君亦向記者強調，目前高端光芯片還是美日等海外廠商為主導，比如Broadcom（博通）、Ciena和Lumentum等。國內於低端2.5G和10G光芯片上，在全球市場佔有優勢（分別佔比90%和60%），但在25G以上市場份額佔比為個位數，國產化率較低，主要依靠進口，還有很大提升空間。

作為國產光模塊龍頭，中際旭創也在其半年報中強調：「光芯片中高端芯片目前具備量產能力的供應商主要在海外。」

以目前高速率光模塊主要使用的100G EML光芯片為例，目前國內大部分廠商的100G EML光芯片仍處於驗證、送樣、測試等階段。11月12日，在源傑科技2024年第三季度業績説明會上，該公司管理層表示，100G PAM4 EML光芯片正在客户端送樣測試；5月21日，長光華芯於互動平臺表示，該公司100GEML光通信芯片產品各項指標先進，在驗證導入階段得到部分客户不錯的反饋，目前已小批量發貨；光迅科技則在去年11月28日在投資者互動平臺表示，公司自研的100GEML光芯片處在可靠性驗證與良率提升階段。

相比之下，在2024年3月舉辦的第49屆光網絡與通信研討會及博覽會上，光芯片的核心供應商博通就已經官宣了200G EML光芯片的量產。

在張馳看來，雖然當前光芯片產業的發展確實有吸引力，但作為投資人，他並不會選擇投資更多的光模塊公司。

「中國在全球前十的光模塊公司中佔據了七席，除華為以外的六家都在A股上市，市場規模已經足夠大，競爭也非常激烈，現在主要在拼價格和利潤，屬於紅海市場，投資機會主要集中在更上游的環節。」張馳表示。他同時稱：「A股炒的這些東西（光模塊）就沒意義，都炒得那麼高。」

他所指的更上游的環節，便是光芯片領域。與電芯片不同，光芯片的研發並不完全依賴於先進的製造工藝，而是更側重於材料的創新與應用、封裝技術以及器件集成度等方面的突破。

「光芯片對結構的要求較低，不需要高端光刻機的支撐來完成，主要還是工藝和設計，還有經驗，製程都是一兩百納米或者九十納米，已經很低了。」張馳告訴記者。

在張馳看來，在模塊之上，是光芯片和電芯片，這兩個領域才值得投入，也是推動國產化的關鍵。同時，由於光芯片的下一代產品技術涉及硅、鍺、鈮酸鋰等材料的異構集成，因此材料端也具有投資價值。但目前國內在材料方面佈局的企業還很少。尤其在硅光芯片領域，國內能夠生產的企業不到五家，能真正推出產品的可能只有兩三家，下游應用的測試也在進行中，行業的技術門檻相當高。

「未來中美貿易政策的變化可能會對國內光模塊市場產生壓力，這也是推動上游國產化的動力所在。行業中確實存在對未來風險的預期，大家一致認為要加速核心部件的技術突破。」張馳説。

劉秋君亦向記者表示，光模塊作為我國在全球有比較優勢且暫時沒被出口限制的細分產業直接受益AI驅動，但高端光芯片領域我國沒有優勢，從自主可控角度上來看，需要國產化率的持續提升，方能擺脫被海外政策突發的制裁「卡脖子」的風險。

 「一是拓寬融資渠道，撬動更多社會資本投資佈局光芯片；二是鼓勵企業併購整合，提升產業鏈掌控能力；三是應用牽引，支持骨干企業發展壯大。」在談及中國光芯片企業應如何調整發展戰略，才能在未來五年中獲得更多市場份額時，馬曉凱如是告訴記者。