AIoT的核心是联网，无论是光纤接入、数据中心、4G/5G移动通信，还是其他现存网络系统，高速光芯片是高速传输和网络可靠性的核心器件。光芯片系实现光电信号转换的基础元件，其性能不仅决定着光通信系统的传输速度和传输效率，还决定着网络可靠性与稳定性。光芯片可以进一步与电芯片等组装加工成光器件，再集成到光通信设备的收发/功能模块，即光模块以实现通信网络系统中的广泛应用。

　　图1、光通信系统(图源：今日光电)

　　光芯片和电芯片在光通信产业链中是作为上游原材料而存在，光芯片涵盖激光器芯片、探测器芯片、调制器芯片、耦合器芯片、分束器芯片、波分复用器芯片等，还可根据材料的不同分为InP、GaAs、Si/SiO2、SiP、LiNbO3、MEMS等芯片;电芯片包括TIA、 激光驱动(LD Driver)、 CDR芯片、DSP等。光芯片、电芯片与其他基础构件(PCB、结构件、辅料等)集成后，再加入外围电路可组成光模块。光通信产业链，按产品类别可分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统这四类，具体如下：

　　图2、光通信产品类别和典型产品

　　(图源：国际电子商情)

　　从光通信产业链角度看，光芯片光芯片、电芯片与其他基础构件构成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括有源和无源组件与光模块，产业下游组装成光通信系统设备，最终应用于电信市场，如路由器、接入网、光纤接入、基站、传输系统、4G/5G移动通信网络、云计算、数据中心等领域。

　　图3、光通信产业链示意图(资料来源：普华有策)

　　光芯片加工封装为光发射组件(TOSA)及光接收组件(ROSA)，或BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly，光发射接收组件)，集成1个TOSA和2个ROSA 的光器件是Triplexer。再将光收发组件、电芯片、结构件和辅料等进一步加工成光模块。其中光收发模块是将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号，光功能模块是需要消耗一定能量但没有光电或电光转换的器件，用于满足光传输环节的其他功能，例如光连接器、光隔离器、光分路器、光滤波器、光开关等。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。其中光器件占光模块成本的72%。光器件的核心为光收发组件，两者合计占光器件成本的80%，而在光收发组件中，成本占比最高的(也是光模块技术壁垒最高的)为光芯片。

　　图4、不同光模块中的光芯片的成本占比

　　(图源：长江证券)

　　电芯片研发难度大，且依赖于完整的半导体产业链。电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑，一方面实现电信号的功率调节，另一方面实现一些复杂的数字信号处理，电芯片通常配套使用，主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。但其研发难度较大，由于芯片设计是知识密集型行业，需要经验丰富的尖端人才。中游晶圆制造及加工设备需重资产投入，进入门槛极高，并且镀膜、光刻、刻蚀等关键设备由少数国际巨头把控。同时，光模块电芯片属专用芯片市场，市场相对较小，需要光模块厂商的长期配套扶持。光模块电芯片的成本占比通常在10%-30%之间，越高速、越高端，对信号处理能力要求越高，电芯片成本占比越高。然而，当前我国的光芯片、电芯片的渗透率偏低，主要依赖进口。

　　图5、不同电芯片的主要功能及研发难度

　　(图源：开源证券)

　　光模块电芯片里PAM4芯片和相干DSP研发难度最高却最为重要。据LightCounting称相干DSP在过去几年销量一直超过PAM4芯片，但是在2021年出现下滑，主要是因为电信运营商新项目的减少。而PAM4芯片的销量在2021年翻了一倍，是得益于便宜的可插拔DWDM模块部署增多。预计2022年PAM4芯片的销量将会超过相干DSP。

　　光模块产业链历经多年发展，全球分工明确，兼并收购常有。光组件厂商有三环集团、天孚通信、太辰光、日海智能、京瓷、科信技术、翔通光电、威迪广告店、惠富康等;光芯片厂商有新飞通(NeoPhotonics)、朗美通(Lumentum)、菲尼萨(Finisar)、安华高(Avago)、NTT、光迅科技、博创科技、昂纳科技、华为海思、海信宽带、华工正源等;光器件/光模块厂商有高意集团(II-VI)、朗美通(Lumentum)、鸿腾精密(FIT)、光迅科技、中际旭创、新飞通(NeoPhotonics)、住友(SUMITOMO)、思科(Cisco)、富士通(FUJITSU)、OE Solutions、海信宽带、易飞扬(GIGALIGHT)、Acacia、华工正源等。(注：排名不分先后，部分厂商可能已被兼并收购)

　　图6、光模块产业链全球分工

　　根据LightCounting最新研究报告，全球光模块供应商TOP10：高意集团(II-VI)与中际旭创(Innolight)并列第一，华为海思、思科、海信宽带、博通紧随其后，最后的是新易盛(Eoptolink)、光迅科技(Accelink)、莫仕(Molex)、英特尔(Intel)。

　　图7、光模块全球TOP 10(图源：LightCounting)

　　光模块趋向高速、低功耗、低成本、智能化等方向发展。随着东数西算的落地实施，也为光模块市场带来更多利好，可以说光芯片和电芯片的技术发展，影响着从光模块到通信网络甚至AIoT产业的发展。下图是一款光模块的芯片构成实例。

　　图8、光模块中的芯片(图源：今日光电)

　　据开源证券研究显示，光电子器件的全球主要供应商有菲尼萨(Finisar)、新飞通(NeoPhotonics)、朗美通(Lumentum)、波科海姆(Bookham)、奥兰若(OCLARO)、PPI、三菱(MITSUBISHI)、住友(SUMITOMO)、博通/安华高(Avago)、美满/INPHI、MACOM、商升特(SEMTECH)、亚德诺/美信、德州仪器(TI)、思科/Acacia、思科/Luxtera、英伟达/MELLANOX/Kotura、滨松、First Sensor、京都半导体、Excelitas等;中国替代的供应商有华为海思、中兴通讯、仕佳光子、光迅科技、昂纳科技、上海鸿辉、长瑞光电、海信宽带、华工正源、嘉纳海威、飞昂光电、厦门优迅、烽火通信、飞思灵、中国信通、元芯光电、通博光电、创兆、敏芯半导体、源杰半导体、中科光芯、中科鑫通、纽瑞芯、芯波微、光安伦、新易盛、索尔思、宏芯科技、米芯科技、光隆科技、光森电子、三安光电、华美光电、芯视界、 新亮智能、灵明光子、阜时科技、纵慧芯光、长光华芯、睿熙科技、博升光电、柠檬光子、瑞识科技、云岭光电等。

　　图9、光芯片电芯片主要供应商(图源：开源证券)

　　中国拥有全球最大的光通信市场，约占全球25%-30%左右的市场份额。但我国光通信器件厂商多以民营中小企业为主，主要集中在中低端产品的研发制造，高端芯片还严重依赖进口。值得注意的是，近年来国内光模块厂商愈发意识到核心技术自主可控的重要性，不断向上游芯片领域进军，在高端光模块领域与国外厂商展开竞争。随着光芯片自给率的提升，光模块毛利率也会随之明显提升，如果能达到完全自给状态的话，光模块利润将达到约55%，而目前国内光模块企业毛利率始终维持在20%~30%。

　　据工业和信息化部总工程师韩夏称，我国所有地级市全面建成光网城市，百兆及以上接入速率用户从无到有，占比达到93.4%，千兆用户数突破了5000万。我国已建成了全球最大、最完整的光通信产业体系，光通信设备、光模块器件、光纤光缆等部分关键技术达到国际先进水平，涌现出一批全球领军企业。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，已相继与光模块原厂优博创、捷澳德达成战略合作，过去数年已积累了光通信芯片/模块的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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