中國光芯片行業(yè)發(fā)展現狀分析報告2023-天天熱推薦

一、光芯片的概念

光芯片是光模塊中完成光電信號轉換的直接芯片，按應用情況，分為激光器芯片和探測器芯片。激光器芯片發(fā)光基于激光的受激輻射原理，按發(fā)光類(lèi)型，分為面發(fā)射與邊發(fā)射：面發(fā)射類(lèi)型主要為VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)，適用于短距多模場(chǎng)景;邊發(fā)射類(lèi)型主要為FP(法布里-珀羅激光器)、DFB(分布式反饋激光器)以及EML(電吸收調制激光器)。

FP適用于10G以下中短距場(chǎng)景，DFB及EML適用于中長(cháng)距高速率場(chǎng)景。EML通過(guò)在DFB的基礎上增加電吸收片(EAM)作為外調制器，目前是實(shí)現50G及以上單通道速率的主要光源。

【資料圖】

研究人員將磷化銦的發(fā)光屬性和硅的光路由能力整合到單一混合芯片中。當給磷化銦施加電壓的時(shí)候，光進(jìn)入硅片的波導，產(chǎn)生持續的激光束，這種激光束可驅動(dòng)其他的硅光子器件。這種基于硅片的激光技術(shù)可使光子學(xué)更廣泛地應用于計算機中，因為采用大規模硅基制造技術(shù)能夠大幅度降低成本。 英特爾認為，盡管該技術(shù)離商品化仍有很長(cháng)距離，但相信未來(lái)數十個(gè)、甚至數百個(gè)混合硅激光器會(huì )和其它硅光子學(xué)部件一起，被集成到單一硅基芯片上去。這是開(kāi)始低成本大批量生產(chǎn)高集成度硅光子芯片的標志。

二、光芯片行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現狀分析

光芯片還可以按照材料體系及制造工藝的不同，分為InP、GaAs、硅基和薄膜鈮酸鋰四類(lèi)，其中InP襯底主要包括直接調制DFB/電吸收調制EML芯片、探測器PIN/APD芯片、放大器芯片、調制器芯片等，GaAs襯底包括高功率激光芯片、VCSEL芯片等，硅基襯底包括PLC、AWG、調制器、光開(kāi)關(guān)芯片等，LiNbO3包括調制器芯片等。

隨著(zhù)集成電路的不斷發(fā)展，傳統的電子集成電路在帶寬與能耗等方面逐漸接近極限。隨著(zhù)電子電路集成度的不斷提高，金屬導線(xiàn)變得越來(lái)越細，導線(xiàn)之間的間距不斷縮小，這一方面使得導線(xiàn)的電阻和其歐姆損耗不斷增大，使得系統能耗不斷增加;另一方面會(huì )造成金屬導線(xiàn)間的電容增大，引起導線(xiàn)之間的串擾加大，進(jìn)而影響芯片的高頻性能。

光芯片是全球半導體行業(yè)的一個(gè)重要細分賽道，涵蓋工業(yè)用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手機人臉識別用VCSEL等成熟應用，以及車(chē)用激光雷達和硅光芯片等未來(lái)有望實(shí)現爆發(fā)性增長(cháng)的新領(lǐng)域。據統計，2021年全球光電子器件(含CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、激光芯片等)市場(chǎng)規模達414億美元，預計2025年市場(chǎng)規模有望達561億美元，2021-2025年CAGR為9%。

電子集成芯片采用電流信號來(lái)作為信息的載體，而光子芯片則采用頻率更高的光波來(lái)作為信息載體。相比于電子集成電路或電互聯(lián)技術(shù)，光子集成電路與光互連展現出了更低的傳輸損耗 、更寬的傳輸帶寬、更小的時(shí)間延遲、以及更強的抗電磁干擾能力。 此外，光互連還可以通過(guò)使用多種復用方式(例如波分復用WDM、模分互用MDM等)來(lái)提高傳輸媒質(zhì)內的通信容量。 因此，建立在集成光路基礎上的片上光互連被認為是一種極具潛力的技術(shù)用以克服電子傳輸所帶來(lái)的瓶頸問(wèn)題。

根據中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國光芯片行業(yè)發(fā)展現狀及趨勢預測報告》顯示：

國內目前參與廠(chǎng)商較散，產(chǎn)品體系豐富度、成熟度低，廠(chǎng)商對于探測芯片方案的選擇較為分明，以光迅科技、光森電子、三安光電為首的公司選擇傳統成熟的PIN-PD、APD領(lǐng)域，產(chǎn)品較多運用于光通信產(chǎn)業(yè)鏈中;以芯視界、靈明光子、阜時(shí)科技為首的一眾創(chuàng )企較多選擇布局未來(lái)方向的SPAD/SiPM。

外延是半導體工藝當中的一種。在bipolar工藝中，硅片最底層是P型襯底硅(有的加點(diǎn)埋層);然后在襯底上生長(cháng)一層單晶硅，這層單晶硅稱(chēng)為外延層;再后來(lái)在外延層上注入基區、發(fā)射區等等。最后基本形成縱向NPN管結構：外延層在其中是集電區，外延上面有基區和發(fā)射區。外延片就是在襯底上做好外延層的硅片。因有些廠(chǎng)只做外延之后的工藝生產(chǎn)，所以他們買(mǎi)別人做好外延工藝的外延片來(lái)接著(zhù)做后續工藝。

根據國內第三方工商注冊服務(wù)機構--"企查查"查詢(xún)結果顯示，截止2021年12月底，國內"存續"和"在業(yè)"的企業(yè)中業(yè)務(wù)包含"光芯片或者外延片"，并通過(guò)查找范圍"品牌/產(chǎn)品"，篩選之后企業(yè)有19996家，同比2020年年底的11698家增長(cháng)8298家。從光芯片外延片行業(yè)人員規模企業(yè)發(fā)布的人才需求來(lái)看，研發(fā)和銷(xiāo)售是企業(yè)人員需求量最大的兩個(gè)部分，對研發(fā)崗位的需求高達55%，其后是銷(xiāo)售客戶(hù)支持類(lèi)崗位，占18%。

2019年中國光芯片外延片市場(chǎng)規模為112億元，2020年受新冠疫情影響，中國光芯片外延片市場(chǎng)規模有所下降，但隨著(zhù)相關(guān)領(lǐng)域投資建設規模的擴大，中國光芯片外延片市場(chǎng)需求將持續增長(cháng)，2021年光芯片外延片行業(yè)市場(chǎng)規模達到125億元，同比增長(cháng)17.92%。

在旺盛需求的推動(dòng)下，國內嚴格的疫情防控措施為國內外光芯片外延片工廠(chǎng)提供復工生產(chǎn)、調升稼動(dòng)率彌補庫存的可能，因此產(chǎn)能擴張帶來(lái)的剛需以及提前搶單共同推動(dòng)了中國大陸地區光芯片外延片工業(yè)產(chǎn)值的增長(cháng)，2021年光芯片外延片行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達到118億元，同比增長(cháng)16.83%。中國光芯片外延片產(chǎn)業(yè)結構逐步由小而全的綜合制造模式逐步走向設計、制造、封裝測試三業(yè)并舉，各自相對獨立發(fā)展的格局。

三、光芯片行業(yè)市場(chǎng)未來(lái)展望

高速數據處理和傳輸構成了現代計算系統的兩大支柱，而光子芯片將信息和傳輸和計算提供一個(gè)重要的連接平臺，可以大幅降低信息連接所需的成本、復雜性和功率損耗。隨著(zhù)硅基光電子學(xué)和半導體加工技術(shù)的不斷發(fā)展，光子和電子混合集成的光電子芯片還可以進(jìn)一步的提升器件性能并降低成本，以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的高帶寬互連的需要。

中研普華利用多種獨創(chuàng )的信息處理技術(shù)，對市場(chǎng)海量的數據進(jìn)行采集、整理、加工、分析、傳遞，為客戶(hù)提供一攬子信息解決方案和咨詢(xún)服務(wù)，最大限度地降低客戶(hù)投資風(fēng)險與經(jīng)營(yíng)成本，把握投資機遇，提高企業(yè)競爭力。想要了解更多最新的專(zhuān)業(yè)分析請點(diǎn)擊中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的《2022-2027年中國光芯片行業(yè)發(fā)展現狀及趨勢預測報告》。

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