本期继续推出系列内容，介绍半导体产业链中的技术、代表性企业、发展趋势和热点，并继续探索半导体产业中的知识产权和科创板问题。
2023Industry observation
行业观察
光电子器件，也称光芯片，是全球半导体行业的一个重要细分赛道，涵盖工业用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手机人脸识别用VCSEL等成熟应用，以及车用激光雷达和硅光芯片等未来有望实现快速增长的新领域。
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光芯片一览
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光子芯片定义
光芯片，一般指光子芯片。采用光波（电磁波）来作为信息传输或数据运算的载体，一般依托于集成光学或硅基光电子学中介质光波导来传输导模光信号，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一块衬底或芯片上。
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光芯片分类
按功能分类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，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射芯片，面发射芯片包括VCSEL芯片，边发射芯片包括FP、DFB和EML芯片；探测器芯片，主要有PIN和APD两类。
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激光器芯片工作原理
激光器芯片：电信号转化为光信号。原理是以电激励源方式，以半导体材料为增益介质，将注入电流的电能激发，通过光学谐振放大选模，从而输出激光，实现电光转换。增益介质与衬底主要为掺杂III-V族化合物的半导体材料，如 GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、Si（硅基）等。
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光芯片与传统芯片对比
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所属行业不同
光芯片主要应用于通信行业，是通信设备系统里不可或缺的一部分。而我们常说的芯片是硅芯片，属于半导体行业，比如CPU、存储、闪存等。
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计算的介质不同
高端的电子芯片需要使用高精度EUV光刻机，在硅晶圆上刻出芯片线路，还要集成上百亿的晶体管，而光子芯片是使用光波来作为信息传输和数据运算的载体，因此不需要高精度的光刻机。
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光子芯片优势
光子芯片的计算速度大概是电子芯片的三个数量级，约1000倍，单个电子芯片的计算速度大约是7.8TFlops，而光子芯片的计算速度大概是3200TFlops。光子芯片的功耗仅为电子芯片的百分之一，单位电子芯片和耗电量大概300W，对应的光子芯片的耗电量只有4W。相比于电子集成电路，光子集成电路与光互连展现出了更低的传输损耗、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。
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光芯片行业情况分析
行业发展趋势
光芯片未来在下游通信、工业等领域的应用深化，以及在车载激光雷达等新兴领域的拓展，市场规模有望保持持续增长；当前我国光芯片国产化率仍较低，高功率、高速率光芯片国产化迈入提速期；光探测、硅光芯片等领域实现国产化从1到N的突破，建议关注国产替代机遇。下游光通信、自动驾驶、消费电子等需求丰富，光芯片厂商横向拓展空间广阔。
国内细分市场
光芯片进口替代进程加速，部分细分市场已处于国产化加速渗透阶段。目前我国光模块、光纤激光器、激光雷达等下游细分领域已具备较强竞争实力，推动相关领域国产化进展持续迈进，光芯片作为产业链上游核心环节，是我国光电领域国产化下一阶段亟需突破的重点环节。
制作工艺壁垒高
光芯片工艺流程主要包括芯片设计、外延生长、晶圆制造等环节，头部厂商多采用IDM生产模式。相比于大规模集成电路已形成高度的产业链分工，光芯片行业尚未形成成熟的设计-代工-封测产业链。海外头部光芯片厂商如II-IV、Lumentum等多采用IDM（Integrated Device Manufacture，垂直整合制造）模式，主要是光电子器件遵循特色工艺，相比以线宽为基准的逻辑工艺，特色工艺的竞争能力更加综合，包括工艺、产品、服务、平台等多个维度。
总结
随着光电半导体产业的蓬勃发展，光芯片作为产业链上游核心元器件，目前已经广泛应用于通信、工业、消费等众多领域。随着行业的不断发展，海外已涌现出II-VI、Lumentum等全球化布局的平台型企业，在光芯片的多种细分领域都具有着较强竞争实力及市场地位，实现了自身业绩的持续增长，并为投资者带来良好投资回报。
光芯片是光模块的核心部件，根据LightCounting数据测算，光芯片占光模块市场比重从2018年约15%的水平到2025以后超过25%的水平，呈上升趋势。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%。随着通讯、AI等产业对高性能光模块的需求快速增长，光芯片将呈现量价齐升的增长趋势。
海外光芯片/光器件厂商所切入的下游市场中，通信、工业、消费、国防等领域均实现了较为全面的布局。国内光芯片厂商市场布局相对单一，未来发展有望对标海外厂商，横向拓展空间广。未来国内高功率激光芯片领先厂商有望对标II-VI、Lumentum等海外厂商，业务布局横向扩展至光通信、消费等领域，一方面由于通信等下游市场需求广阔，光芯片厂商可通过横向拓展打开成长天花板；另一方面，光通信、VCSEL等芯片制造工艺与高功率半导体激光芯片工艺复用程度较高，厂商基于自身技术积累有望顺利切入。
我国光芯片厂商的成长路径有望经历两个阶段：1）在细分领域凭借自身技术实力，绑定优质客户实现进口替代。2）产品品类横向扩张，打开远期成长天花板。由于光芯片行业具备细分品类较多等特点，中短期内我们看好在细分领域中具备深厚技术积累，且已绑定优质客户的国产厂商，有望率先开启进口替代步伐，占据先发优势；长期来看，具备较强横向扩张能力的光芯片企业更具备竞争优势。
来源：银创新产业、拍明芯城、ZZUIC、未来智库、环宇企业集团
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