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我國光通信電芯片通過創(chuàng)新突破有望實(shí)現(xiàn)自主可控并引領(lǐng)全球產(chǎn)業(yè)鏈

1、光通信電芯片行業(yè)概況及分類

光通信電芯片處于光通信產(chǎn)業(yè)鏈的上游，是光通信系統(tǒng)的核心元器件，與光芯片、其他基礎(chǔ)構(gòu)件進(jìn)一步加工形成光組件、光模塊。

在光通信領(lǐng)域，電芯片是光電協(xié)同系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，主要承擔(dān)信號(hào)優(yōu)化，傳輸鏈路的增強(qiáng)，以提升傳輸效能并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。整體來看，光通信電芯片在半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域內(nèi)屬于技術(shù)要求較高的細(xì)分類別?！吨袊怆娮悠骷a(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》指出，光通信電芯片與光芯片相比投資更大、研發(fā)和生產(chǎn)周期更長。按照類型、速率、應(yīng)用場(chǎng)景三個(gè)維度將電芯片做如下分類：

（1）按類型分類

在光通信系統(tǒng)中，各類型電芯片在光模塊的發(fā)射端和接收端承擔(dān)不同的信號(hào)處理任務(wù)，共同保障光信號(hào)的高效轉(zhuǎn)換與傳輸。各類型電芯片具體描述如下：

各類型電芯片分類情況

資料來源：普華有策

通過將限幅放大器芯片（LA）、激光驅(qū)動(dòng)器芯片（LDD）、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器（CDR）、數(shù)字診斷監(jiān)控模塊（DDM）等分立功能集成到單一芯片中，光通信收發(fā)合一芯片不僅減少了互連損耗和封裝復(fù)雜度，還可顯著降低功耗，同時(shí)利用混合信號(hào)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字邏輯的共存，從而大幅縮小芯片面積、降低成本。

（2）按速率分類

光通信電芯片的速率演進(jìn)直接決定了光通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率與容量。隨著AI智算中心及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心需求的爆發(fā)，電芯片技術(shù)從低速率向高速率持續(xù)升級(jí)，逐步形成多層級(jí)速率體系。電芯片與光模塊之間的速率并非總是直接對(duì)應(yīng)，特定速率的電芯片，通過不同數(shù)量的通道聚合，可以對(duì)應(yīng)不同速率級(jí)別的光模塊。常見的對(duì)應(yīng)關(guān)系及應(yīng)用場(chǎng)景如下：

常見的對(duì)應(yīng)關(guān)系及應(yīng)用場(chǎng)景

資料來源：普華有策

以100Gbps光模塊為例，其既可采用單通道100Gbps電芯片實(shí)現(xiàn)，也可通過2通道50Gbps電芯片或4通道25Gbps電芯片并行傳輸實(shí)現(xiàn)。前者通過提升單通道傳輸速率減少了所需的光通道數(shù)量，后者則依賴多通道并行傳輸來疊加速率。這種非一一對(duì)應(yīng)的速率關(guān)系在高速率模塊中更為顯著。例如，800Gbps光模塊可通過8通道100Gbps電芯片方案或4通道200Gbps電芯片方案實(shí)現(xiàn)。

（3）按應(yīng)用場(chǎng)景分類

1）固網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)景

在固網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)景，電芯片需要針對(duì)光線路終端（OLT）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的不同功能需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

固網(wǎng)接入應(yīng)用場(chǎng)景分類情況

資料來源：普華有策

在光纖接入網(wǎng)中，OLT（光線路終端）和ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）是PON架構(gòu)的核心。OLT負(fù)責(zé)與多個(gè)ONU通過ODN連接，進(jìn)行帶寬分配、測(cè)距及協(xié)議轉(zhuǎn)換。OLT的光收發(fā)電芯片需要支持快速信號(hào)增益調(diào)整，確保不同功率信號(hào)穩(wěn)定接收，并利用低噪聲放大等技術(shù)提升長距離信號(hào)的質(zhì)量。ONU電芯片通過突發(fā)模式設(shè)計(jì)，在低功耗下實(shí)現(xiàn)可靠的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，采用“深度睡眠-瞬時(shí)激活”的模式優(yōu)化能效。

OLT與ONU電芯片的協(xié)同合作，推動(dòng)了光纖接入網(wǎng)朝著更低時(shí)延、更高可靠的方向發(fā)展，支持萬兆網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2）無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景

在無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景，電芯片的性能與傳輸距離密切相關(guān)。根據(jù)傳輸距離的差異，電芯片可分為短距（SR）、中長距（LR）、長距（ER）和超長距（ZR/ZR+）等，每一類在技術(shù)設(shè)計(jì)、器件選型和應(yīng)用場(chǎng)景上均有獨(dú)特要求。

根據(jù)傳輸距離的差異分類情況

資料來源：普華有策

SR電芯片適用于企業(yè)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的短距離場(chǎng)景，注重低成本和低功耗，同時(shí)需高端口密度；LR電芯片主要用于城域接入網(wǎng)和無線基站，適中距離下平衡性能與成本；ER電芯片面向長距離（40公里）數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，克服光纖色散和非線性效應(yīng)；ZR/ZR+電芯片專為超長距城域網(wǎng)設(shè)計(jì)，傳輸可達(dá)80-120公里，面臨功耗和工藝一致性挑戰(zhàn)，未來硅光技術(shù)有望推動(dòng)其向低成本、高可靠性發(fā)展。

2、光通信電芯片行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

得益于人工智能、數(shù)據(jù)中心和5G通信的快速發(fā)展，光通信電芯片的銷售額隨之不斷擴(kuò)大。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，電芯片行業(yè)市場(chǎng)空間測(cè)算如下：

（1）電信側(cè)電芯片市場(chǎng)規(guī)模

在電信側(cè)應(yīng)用場(chǎng)景，主要包括骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、無線接入和固網(wǎng)接入等。2024年，全球電信側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模為18.5億美元；預(yù)計(jì)到2029年底，全球電信側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到37億美元，復(fù)合年增長率為14.97%。

全球電信側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)（億美元）

資料來源：普華有策

（2）數(shù)據(jù)中心側(cè)電芯片市場(chǎng)規(guī)模

在數(shù)據(jù)中心側(cè)場(chǎng)景，以云計(jì)算應(yīng)用、AI智算中心應(yīng)用和園區(qū)/企業(yè)網(wǎng)為代表，這些場(chǎng)景主要使用數(shù)據(jù)通信光模塊。2024年，全球數(shù)據(jù)中心側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模為20.9億美元；預(yù)計(jì)到2029年底，全球數(shù)據(jù)中心側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)

模將達(dá)60.2億美元，復(fù)合年增長率為23.60%。

全球數(shù)據(jù)中心側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)（億美元）

資料來源：普華有策

（3）終端側(cè)光通信電芯片市場(chǎng)規(guī)模

汽車光電子、激光雷達(dá)、自動(dòng)駕駛、具身智能等市場(chǎng)在近年成為光通信技術(shù)應(yīng)用的巨大新興機(jī)會(huì)，車載激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2024年的8.61億美元增加至2030年的38.04億美元，其中中國廠商已占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。在技術(shù)方面，激光雷達(dá)模組與光通信模塊具有相似的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，表明光通信電芯片技術(shù)在激光雷達(dá)系統(tǒng)也有重要價(jià)值。同時(shí)，基于AI的運(yùn)用，具身智能機(jī)器人也將迎來廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，因此光通信電芯片在算力硬件部分仍將發(fā)揮重要的作用。

3、光通信電芯片行業(yè)技術(shù)水平及特點(diǎn)

（1）多方案協(xié)同提升數(shù)據(jù)傳輸速率

在光通信中，提升數(shù)據(jù)傳輸速率主要依賴于三種方法的協(xié)同作用：單通道速率提升、通道聚合和調(diào)制技術(shù)優(yōu)化。電芯片技術(shù)的進(jìn)步關(guān)鍵在于帶寬效率和功耗優(yōu)化，調(diào)制技術(shù)是突破口。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，10Gbps以下主要用于固網(wǎng)接入和4G/5G前傳，25Gbps和50Gbps用于5G和數(shù)據(jù)中心，100Gbps和200Gbps用于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和骨干網(wǎng)。未來光通信將朝著更高集成度和更低功耗發(fā)展，支持6G和AI中心網(wǎng)絡(luò)。

（2）工藝路徑選擇遵循“速率-性能-成本”的平衡原則

光通信電芯片行業(yè)遵循“速率-性能-成本”的平衡原則，形成CMOS工藝主導(dǎo)25Gbps及以下速率，鍺硅Bi-CMOS工藝主導(dǎo)25Gbps及以上速率的格局。CMOS工藝憑借成熟的硅基生態(tài)和低成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)核心地位，但在高于25Gbps的速率中，其功耗瓶頸限制了發(fā)展。鍺硅Bi-CMOS工藝通過材料創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心和AI集群的高速互連需求。未來，CMOS與鍺硅工藝的集成與協(xié)同，將推動(dòng)光通信技術(shù)向更高性能、更低成本方向發(fā)展，特別是在硅光技術(shù)的應(yīng)用中。

（3）電芯片設(shè)計(jì)注重光電匹配協(xié)同

光通信電芯片通常與光芯片協(xié)同工作。例如，激光驅(qū)動(dòng)器芯片與屬于光芯片的激光器或調(diào)制器芯片相匹配，而跨阻放大器芯片則與屬于光芯片的探測(cè)器芯片配對(duì)，這些組件結(jié)合形成光模塊或組件，用于實(shí)際應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)最佳性能，電芯片的特性必須與光芯片的特性相匹配。

因此，設(shè)計(jì)電芯片不僅需要精通通信、電氣領(lǐng)域的知識(shí)，還需要對(duì)光芯片、光電封裝的特性有深入的了解，才能更有效地進(jìn)行光電協(xié)同設(shè)計(jì)和仿真，從而減少電芯片設(shè)計(jì)的迭代次數(shù)，提高產(chǎn)品的適用性和性能。

（4）可靠性質(zhì)量要求高

光通信電芯片在電信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵角色要求其具備高質(zhì)量和可靠性。在開發(fā)階段，通過DFX流程全面考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、可測(cè)試性和可篩選性。電芯片在進(jìn)入量產(chǎn)前，需通過工程驗(yàn)證測(cè)試（EVT）、設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試（DVT）和可靠性測(cè)試?？蛻粽J(rèn)證階段則嚴(yán)格檢驗(yàn)其性能、兼容性和可靠性，確保通過多項(xiàng)測(cè)試后才可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。量產(chǎn)階段對(duì)失效率有嚴(yán)格要求，通常低于200ppm，以保障電信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）多合一設(shè)計(jì)方案提升電芯片設(shè)計(jì)難度

光通信收發(fā)合一芯片的多合一設(shè)計(jì)大大提升了技術(shù)難度，將多個(gè)功能模塊集成在有限空間內(nèi)，要求保證模塊間互不干擾、信號(hào)完整性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。例如，限幅放大器減少噪聲，激光驅(qū)動(dòng)器精確控制光源功率，時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器確保數(shù)據(jù)同步，診斷監(jiān)控功能提供實(shí)時(shí)系統(tǒng)反饋。高度集成減少外部組件依賴，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但對(duì)熱管理、電磁兼容性和信號(hào)完整性提出更高要求，需采用先進(jìn)制造工藝和創(chuàng)新設(shè)計(jì)確保芯片性能和可靠性。

4、光通信電芯片行業(yè)進(jìn)入壁壘分析

行業(yè)壁壘

資料來源：普華有策

5、行業(yè)近年的發(fā)展情況與未來發(fā)展趨勢(shì)

（1）固網(wǎng)接入大規(guī)模升級(jí)，F(xiàn)TTR加快部署進(jìn)度

隨著5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，流量進(jìn)入快速增長階段，千兆光纖寬帶成為主流。2020年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）發(fā)布F5G，推動(dòng)全球固定網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展。F5G采用10GPON接入、WiFi6和200G/400G技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)千兆寬帶互聯(lián)互通，開啟光纖到房間（FTTR）新紀(jì)元。F5G-A則引入50GPON技術(shù)，提供更高的傳輸速率和容量。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，中國FTTR滲透率將領(lǐng)先全球，推動(dòng)光通信設(shè)備需求增長。

（2）光通信網(wǎng)絡(luò)速率持續(xù)提升，調(diào)制技術(shù)路線持續(xù)升級(jí)

PAM4技術(shù)通過采用四個(gè)信號(hào)電平來傳輸數(shù)據(jù)，相比于NRZ技術(shù)，能夠在相同波特率下實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬和帶寬利用率。由于其高階調(diào)制格式，PAM4有助于減少光學(xué)器件數(shù)量和性能要求，實(shí)現(xiàn)成本和功耗優(yōu)化。隨著數(shù)據(jù)中心流量增長和5G的應(yīng)用，PAM4技術(shù)的成熟度不斷提高，成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕l(fā)展趨勢(shì)。

（3）相干光傳輸技術(shù)下沉趨勢(shì)明顯

相干光傳輸技術(shù)通過在發(fā)送端采用相干調(diào)制，并在接收端利用相干檢測(cè)，充分利用光波的偏振、幅度、相位和頻率，提高光纖傳輸效率。與傳統(tǒng)非相干光通信相比，它在傳輸距離和容量上具有明顯優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)成本和功耗的降低，預(yù)計(jì)到2028年，全球相干光模塊市場(chǎng)將接近100億美元，年均增長約15%。

（4）汽車智能化推動(dòng)光通信技術(shù)需求

隨著汽車智能網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)步，車載電子系統(tǒng)對(duì)通信速度和安全性要求提高。光通信技術(shù)因其高速、抗干擾、減小電纜空間和降低重量的優(yōu)勢(shì)，成為新趨勢(shì)。

智能化汽車對(duì)海量數(shù)據(jù)的需求推動(dòng)了光通信的發(fā)展，支持實(shí)時(shí)高清視頻、大容量數(shù)據(jù)和高精度傳感器數(shù)據(jù)的低延遲交換，確保高可靠性的實(shí)時(shí)決策。

光纖電纜較銅線輕薄，易于集成到車輛中，減少性能負(fù)擔(dān)，為智能汽車提供高效且可持續(xù)的通信解決方案，滿足高帶寬需求。

（5）海量數(shù)據(jù)時(shí)代釋放硅光技術(shù)潛力

隨著對(duì)高速、低功耗網(wǎng)絡(luò)解決方案的需求激增，硅光技術(shù)因其集成激光器、調(diào)制器和探測(cè)器等關(guān)鍵光電組件而備受關(guān)注，能夠提供低功耗、高容量的數(shù)據(jù)傳輸，并有效降低運(yùn)營成本。隨著數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算及5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)挼男枨笤黾?，硅光芯片市?chǎng)預(yù)計(jì)到2029年將達(dá)到30億美元，成為光模塊市場(chǎng)的重要組成部分。

（6）供應(yīng)鏈自主可控加速光通信電芯片國產(chǎn)替代

近年來，我國光通信電芯片行業(yè)加速推進(jìn)國產(chǎn)替代，技術(shù)突破和規(guī)?；慨a(chǎn)不斷取得進(jìn)展。隨著6G和AI技術(shù)的推進(jìn)，對(duì)超高速率、低延遲和大帶寬的需求增加，但高端芯片設(shè)計(jì)和制造技術(shù)門檻依然高，國內(nèi)企業(yè)面臨技術(shù)和資源挑戰(zhàn)。政策支持推動(dòng)了研發(fā)投入和國產(chǎn)芯片導(dǎo)入，未來我國光通信電芯片有望在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要地位，持續(xù)創(chuàng)新并實(shí)現(xiàn)自主可控。

6、行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局及主要企業(yè)

當(dāng)前，我國已成為全球最大的光器件、光模塊生產(chǎn)基地。2024年全球光模塊廠商排名，中國企業(yè)在前十強(qiáng)中占據(jù)七席，市場(chǎng)主導(dǎo)地位顯著。但是與之相對(duì)，光通信電芯片的發(fā)展相對(duì)不平衡，是我國光通信產(chǎn)業(yè)鏈薄弱的一環(huán)。

2024年度，10Gbps及以下速率產(chǎn)品細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)占有率情況如下

10Gbps及以下電芯片市場(chǎng)全球競(jìng)爭(zhēng)格局情況

資料來源：普華有策

而在25G速率以上的市場(chǎng)，我國光通信電芯片自給率極低，下游廠商高度依賴境外進(jìn)口。按收入價(jià)值統(tǒng)計(jì)，在25G速率及以上的光通信電芯片領(lǐng)域，中國廠商僅占全球市場(chǎng)7%。

行業(yè)內(nèi)主要企業(yè)情況如下：

（1）Macom

Macom是一家高性能模擬射頻、微波和光學(xué)半導(dǎo)體產(chǎn)品領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，擁有40多條生產(chǎn)線，3,000多種產(chǎn)品，超過6,000個(gè)全球客戶，主要集中于高速率市場(chǎng)。

（2）Semtech

Semtech是一家高性能半導(dǎo)體、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和云連接服務(wù)提供商。Semtech為客戶提供低功耗無線通信、光數(shù)據(jù)傳輸、視頻廣播、電源管理、電路保護(hù)、觸摸傳感等領(lǐng)域的解決方案。

（3）廈門億芯源半導(dǎo)體科技有限公司

億芯源專注于高速光通信電芯片和低功耗MCU芯片研發(fā)，現(xiàn)已構(gòu)建了包括TIA、LDD、LA、收發(fā)一體電芯片、OLT快速電流鏡以及MCU等產(chǎn)品體系。

（4）成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司

嘉納海威專注于微波射頻芯片、光電芯片研發(fā)、銷售與服務(wù)。公司現(xiàn)建有光通信、5G移動(dòng)通信、衛(wèi)通安防和特種應(yīng)用四條產(chǎn)品線，產(chǎn)品用于光接入網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信、5G移動(dòng)通信、電磁安全等領(lǐng)域。

《2025-2031年光通信電芯片行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)報(bào)告》涵蓋行業(yè)全球及中國發(fā)展概況、供需數(shù)據(jù)、市場(chǎng)規(guī)模，產(chǎn)業(yè)政策/規(guī)劃、相關(guān)技術(shù)/專利、競(jìng)爭(zhēng)格局、上游原料情況、下游主要應(yīng)用市場(chǎng)需求規(guī)模及前景、區(qū)域結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)集中度、重點(diǎn)企業(yè)/玩家，企業(yè)占有率、行業(yè)特征、驅(qū)動(dòng)因素、市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)，投資策略、主要壁壘構(gòu)成、相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容。同時(shí)北京普華有策信息咨詢有限公司還提供市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)研項(xiàng)目、產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告、產(chǎn)業(yè)鏈咨詢、項(xiàng)目可行性研究報(bào)告、專精特新小巨人認(rèn)證、市場(chǎng)占有率報(bào)告、十五五規(guī)劃、項(xiàng)目后評(píng)價(jià)報(bào)告、BP商業(yè)計(jì)劃書、產(chǎn)業(yè)圖譜、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、藍(lán)白皮書、國家級(jí)制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)認(rèn)證、IPO募投可研、IPO工作底稿咨詢等服務(wù)。（PHPOLICY:MJ）