光芯片迎来“窗口期”

本文来自微信公众号：经济观察报 （ID：eeo-com-cn），作者：郑晨烨，原文标题：《光芯片迎来“窗口期”：AI拉动光模块发展，国产化率亟待提高》，头图来自：AI生成

近期，光芯片赛道持续火热。

这种“热”体现在资本市场上，是相关上市公司“翻倍式”增长的业绩。三季报陆续出炉后，光模块龙头中际旭创（300308.SZ）在2024年前三季度营收达到173.13亿元，较去年同期增长了约146.26%，净利润则接近38亿元，增幅达到189.59%。

新易盛（300502.SZ）的表现同样突出，前三季度营收超过51亿元，同比提升约146%，净利润则同比增长超280%，达到了16.5亿元。此外，华工科技（000988.SZ）和光迅科技（002281.SZ）的营收分别为90亿元和54亿元，净利润也实现了两位数增长。

“公司目前所处行业的景气度仍然保持高涨，明年以太网800G需求旺盛，加上1.6T的逐步上量，市场会看到行业总体需求进一步增长。”在10月22日中际旭创举办的业绩交流会上，谈及对于明年光模块市场的看法时，公司管理层如是强调。

另一方面，光芯片赛道的“热”则体现在全球科技企业和政府在光芯片领域的密集布局。

今年以来，英伟达、英特尔等巨头企业纷纷在光子技术上加码，英伟达计划在2027年推出Rubin Ultra GPU计算引擎，整合共封装光学（CPO）技术，解决数据传输带宽瓶颈，并计划在2025年与台积电、博通合作推动相关硅光子产品量产；英特尔则在9月的光纤通信大会（OFC）大会上展示了其光学计算互连（OCI）芯片，实现与CPU共封装，为满足未来AI计算的高带宽需求提供了解决方案。

10月，光子加速计算初创公司Lightmatter在D轮融资中融到了4亿美元，估值达到44亿美元，这笔资金将用于加速该公司光芯片的生产和部署，以满足AI集群对低能耗、高性能计算的需求。

在国内，上海交通大学无锡光芯片研究院于9月启动了中国首条光芯片试生产线，预计年产晶圆达1万片；同月，广东省出台了《加快推动光芯片产业创新发展行动方案（2024—2030年）》，提出到2030年形成10个具有国际竞争力的领军企业和千亿级产业集群的目标；在欧洲，根据荷兰政府官方信息，11月12日，欧盟宣布将投资1.33亿欧元（约合10.23亿人民币），在荷兰建设光芯片中试线。

“AI时代，随着算力和存储能力的几何级提升，数据传输的需求也随之快速增加，这就推动了光芯片的市场增长。”对于光芯片赛道的驱动因素，北京新鼎荣盛资本管理有限公司董事长张驰告诉记者。

雅柏宝资本资深分析师刘秋君亦认为，当前这一轮光芯片赛道的火热是技术和市场需求双重驱动的必然结果。眼下，无论是资本市场的爆发，还是技术创新的加速，都表明光芯片作为未来高科技领域的重要组成部分，正处于一个关键的“窗口期”。

刘秋君强调，随着AI技术的发展，尤其是大模型和超大规模数据中心的需求爆发，光芯片作为解决数据传输瓶颈、提供高带宽、低延迟通信的核心技术，已经不再是单纯的概念炒作。与过去光通信技术的应用主要集中在电信和网络基础设施不同，现在光芯片的应用场景大幅拓展，包括云计算、AI计算、边缘计算等多个领域。全球资本市场对光芯片的兴趣升温，正是因为这些技术对于未来高效计算的支撑作用愈发显著。

“可以看到，从2022年底开始全球资本市场最重要的投资主线就是AI，市场对于未来AI下游应用能否真正落地产生收益日趋关注，因为这才是科技转化为生产力的最直观证明。”刘秋君告诉记者。

AI拉动

光模块，最初的使命其实很简单——让数据通过光纤在网络中高效传输。

上世纪90年代末，随着互联网的快速发展，传统的铜线传输已无法满足日益增长的数据需求。彼时，光纤因其传输速率高、损耗低的优势，成为通信领域的“宠儿”，而光模块则应运而生，成为光纤通信系统的核心组成部分。

光模块主要依赖于电光转换器件来完成信号的转换，简而言之，它通过激光器将电信号转换为光信号，再通过光纤进行传输，最后通过光接收器将光信号转换回电信号供设备使用。

“光芯片是实现光电信号转换的基础元器件，需封装、加工成光模块，才能实现光信号的产生、传输和接收等功能。相比使用电子传递信息的芯片，用光传递信息理论上信息传输速度距离都更优，能量损耗也更低。”刘秋君称。

一个典型的光模块包括：光芯片和电芯片、激光器（用于将电信号转换为光信号）、光接收器（用于将光信号转换回电信号），以及其他相关电路和接口。其中，成本占比最大，最关键的组件便是光芯片和电芯片。

“光模块，其核心器件是光芯片和电芯片，尤其是下一代的硅光芯片，这些核心芯片的成本占到了光模块总成本的70%—80%。”张驰向记者表示。

刘秋君亦告诉记者：“根据Light Counting数据测算，光芯片占光模块市场比重从2018年约15%的水平，提升至目前已超过25%，这主要是因为高端光模块占比的快速提升所致。光芯片的成本占比分布在低端器件、中端器件、高端器件上的数据大约分别为20%、50%、70%。光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。”

在光模块中，光芯片和电芯片各自承担着不同的任务，两者通过高速电光转换接口相互配合，共同决定光模块的整体性能。例如，光芯片负责将传输信号从电转换为光，而电芯片则负责从光转换为电，并进行进一步的信号处理和传输控制。

光芯片和电芯片都是决定光模块性能的关键部件，市场之所以对光芯片更为关注，是因为光芯片决定了光模块的带宽上限，尤其是在大规模数据传输和高速光通信中，光芯片的性能直接影响到模块的速度、稳定性和成本。

在张驰看来，自ChatGPT横空出世以来，AI这一链条上涵盖了高算力、高存储和高带宽需求，而光芯片对应的就是高带宽的传输需求。

“AI应用，特别是深度学习和机器学习，往往需要处理海量的数据，这对数据传输速率和带宽提出了极高的要求。传统的电信号传输已经无法满足这一需求，而光模块，尤其是基于硅光技术的光芯片，提供了更高的传输速率、更大的带宽和更低的延迟，能够在满足大规模计算需求的同时有效降低能耗。这推动了光芯片技术的进一步发展，让光芯片成为支撑AI技术发展的核心组件。”刘秋君向记者表示。

赛迪研究院集成电路研究所研究室主任马晓凯在接受记者采访时亦表示，光芯片具有高速、低功耗、大通量等优势，对先进集成工艺依赖较低，在能耗和速度上可突破电芯片性能天花板，成为后摩尔时代潜在的颠覆性技术。

“但需要指出的是，光芯片与电芯片不是替代关系，而是对电芯片的有效补充和升级，电芯片仍然是芯片领域的主流产品。”马晓凯称。

值得注意的是，我国的光模块企业早已在全球占据了主导地位。根据知名市场研究机构Lightcounting数据，2023年，在全球光模块市场前十大厂商中，有中际旭创、华为、光迅科技、海信宽带、新易盛、华工科技、索尔思光电等七家中国企业，特别是中际旭创在2023年首次位居全球第一，华为则排名第三。

技术方向

从技术角度看，光芯片赛道目前有五个关键技术方向，即EML芯片、硅光芯片、薄膜铌酸锂芯片三种芯片制造技术，以及CPO和LPO两种先进封装技术。这五个技术方向的背后，都离不开市场对数据传输速率、功耗控制和集成度需求的持续提升。

EML芯片（电吸收调制激光器）是一种用于高速光通信的光源，EML芯片的核心原理是将激光二极管与调制器集成，使得光信号可以在更高的速率下进行调制。硅光芯片则依赖硅基材料，通过光学集成将光信号与电信号结合，能够在单一芯片上实现光通信的功能。

“硅光模块的优势在于其小型化特性，它可以将电信号转换成光信号，再通过光传输完成数据传递，然后在接收端再将光信号转换成电信号。这项技术与我们以往使用的宽带光纤非常相似，比如家庭网络中的‘光猫’设备。光模块行业的快速发展，正是因为小型化和高效传输的需求越来越高。”张驰向记者解释说。

薄膜铌酸锂芯片则是基于铌酸锂材料的非线性光学特性，用于实现高效的光调制。它的优势在于能在非常小的尺度上实现高带宽的信号处理。

“EML芯片、硅光芯片和薄膜铌酸锂芯片等光芯片的持续升级，是光模块为了适应高速率场景的必然要求。这样光模块才能达到大规模数据传输、低延迟和高效能等AI时代的数据传输标准。”刘秋君表示。

CPO（共封装光学）和LPO（线性驱动可插拔光模块）则是目前光模块领域两种比较重要的封装技术。CPO技术的核心是将光模块和电子元件直接封装在同一芯片或封装体内，从而将光电转换过程缩短至最小，降低了物理距离的影响，减少了信号损耗。

在采访业内人士的过程中，记者了解到，CPO技术在光芯片封装时，将光模块与CPU、GPU或网络处理器等集成到同一封装中，借助高速连接技术直接传输光信号，避免了传统系统中光模块和处理器之间的电气连接。这种集成化的方式，不仅提升了数据传输的速度，还大幅降低了功耗，优化了系统的整体性能。

“CPO的最大优势体现在数据中心和超大规模计算场景中。在这些环境中，传输速率和能效要求极高，CPO技术通过减少信号转换和降低功耗，能显著提升网络设备的性能和密度。”刘秋君解释说。

LPO则是一种新型的光模块封装技术，与传统光模块不同，LPO去掉了对复杂的数字信号处理器（DSP）的依赖，转而使用简单但高效的模拟元件来处理光信号。从EML到LPO，这些关键技术最终都指向制造出速率更高的光模块产品，但从市场实际反馈来看，CPO与EML是各家厂商选择的攻关方向。

“目前尝试在800G网络上使用LPO方案的客户不多，大多数客户会考虑用带DSP芯片的传统EML方案或接受硅光方案。”中际旭创管理层在今年6月份的一场机构调研活动中就曾表示。

“现在光模块领域内，增长较快的还是400G和800G这样的高速率产品，具体来看，CPO是在AI应用等大算力应用场景下光模块的技术和产品演进的重要方向之一。”刘秋君说。

材料方面，张驰告诉记者，目前光芯片的主力是硅光芯片，主要用于400G到800G的数据传输。但随着更高带宽需求的到来，薄膜铌酸锂芯片将成为一种材料上的革命，未来甚至可能支持1.5T、3T的传输量。

“国内在薄膜铌酸锂芯片上已经有天使项目启动，预计在更高功率和传输距离的要求下，硅光芯片将难以支撑，薄膜铌酸锂会逐渐取代它，成为新一代主流。”张驰说。

基于技术的突破，眼下，国内多家光模块厂商均在加速推进400G+光模块产品的研发及应用。例如，中际旭创就在今年三季度业绩交流会上透露，公司正在预研3.2T光模块；华工科技管理层亦在11月8日的一场调研活动上表示：“公司800G LPO产品已获得明确需求，目前在加紧测试、尽快导入，1.6T产品正加快送样测试，正在做好800G LPO产品在年底和明年一季度上量的准备。”

光瓴时代（无锡）半导体有限公司总经理张杰亦向记者表示，未来五年，数通市场的增长主要将由400G+光模块需求推动。

根据Lightcounting的预测，到2029年，400G+市场预计将以超过28%的年复合增长率（即每年增长16亿美元以上）扩展，市场规模将在未来几年达到125亿美元，占总市场的90%以上。特别是800G和1.6T产品，预计将成为增长的主要动力，两者合计有望占到400G+市场的一半以上。与此同时，200G以下的光模块市场预计将在同一时期以约-10%的年复合增长率下滑。

国产化率亟待提高

“中国是世界上最大的光器件消费大国。国内企业在无源器件、低速光收发模块等中低端细分市场较强，然而以高速率为主要特征的高端光芯片技术，还掌握在美日企业手中，美、日企业占据了全球高端光芯片超过50%市场份额，占据我国高端光芯片90%以上的市场份额，我国高速率光芯片国产化率仅3%左右。”张杰告诉记者。

刘秋君亦向记者强调，目前高端光芯片还是美日等海外厂商为主导，比如Broadcom（博通）、Ciena和Lumentum等。国内于低端2.5G和10G光芯片上，在全球市场占有优势（分别占比90%和60%），但在25G以上市场份额占比为个位数，国产化率较低，主要依靠进口，还有很大提升空间。

作为国产光模块龙头，中际旭创也在其半年报中强调：“光芯片中高端芯片目前具备量产能力的供应商主要在海外。”

以目前高速率光模块主要使用的100G EML光芯片为例，目前国内大部分厂商的100G EML光芯片仍处于验证、送样、测试等阶段。11月12日，在源杰科技2024年第三季度业绩说明会上，该公司管理层表示，100G PAM4 EML光芯片正在客户端送样测试；5月21日，长光华芯于互动平台表示，该公司100GEML光通信芯片产品各项指标先进，在验证导入阶段得到部分客户不错的反馈，目前已小批量发货；光迅科技则在去年11月28日在投资者互动平台表示，公司自研的100GEML光芯片处在可靠性验证与良率提升阶段。

相比之下，在2024年3月举办的第49届光网络与通信研讨会及博览会上，光芯片的核心供应商博通就已经官宣了200G EML光芯片的量产。

在张驰看来，虽然当前光芯片产业的发展确实有吸引力，但作为投资人，他并不会选择投资更多的光模块公司。

“中国在全球前十的光模块公司中占据了七席，除华为以外的六家都在A股上市，市场规模已经足够大，竞争也非常激烈，现在主要在拼价格和利润，属于红海市场，投资机会主要集中在更上游的环节。”张驰表示。他同时称：“A股炒的这些东西（光模块）就没意义，都炒得那么高。”

他所指的更上游的环节，便是光芯片领域。与电芯片不同，光芯片的研发并不完全依赖于先进的制造工艺，而是更侧重于材料的创新与应用、封装技术以及器件集成度等方面的突破。

“光芯片对结构的要求较低，不需要高端光刻机的支撑来完成，主要还是工艺和设计，还有经验，制程都是一两百纳米或者九十纳米，已经很低了。”张驰告诉记者。

在张驰看来，在模块之上，是光芯片和电芯片，这两个领域才值得投入，也是推动国产化的关键。同时，由于光芯片的下一代产品技术涉及硅、锗、铌酸锂等材料的异构集成，因此材料端也具有投资价值。但目前国内在材料方面布局的企业还很少。尤其在硅光芯片领域，国内能够生产的企业不到五家，能真正推出产品的可能只有两三家，下游应用的测试也在进行中，行业的技术门槛相当高。

“未来中美贸易政策的变化可能会对国内光模块市场产生压力，这也是推动上游国产化的动力所在。行业中确实存在对未来风险的预期，大家一致认为要加速核心部件的技术突破。”张驰说。

刘秋君亦向记者表示，光模块作为我国在全球有比较优势且暂时没被出口限制的细分产业直接受益AI驱动，但高端光芯片领域我国没有优势，从自主可控角度上来看，需要国产化率的持续提升，方能摆脱被海外政策突发的制裁“卡脖子”的风险。

“一是拓宽融资渠道，撬动更多社会资本投资布局光芯片；二是鼓励企业并购整合，提升产业链掌控能力；三是应用牵引，支持骨干企业发展壮大。”在谈及中国光芯片企业应如何调整发展战略，才能在未来五年中获得更多市场份额时，马晓凯如是告诉记者。

本文来自微信公众号：经济观察报 （ID：eeo-com-cn），作者：郑晨烨