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光芯片時(shí)代已經(jīng)到來 源杰科技、武漢敏芯等廠商發(fā)展前景廣闊

一人評論 ? 來源:一人評論 ? 作者:一人評論 ? 2022-11-05 11:50 ? 次閱讀
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如今,光芯片代表的光子學(xué)正與電子學(xué)引發(fā)一場科學(xué)革命,芯片從電到光,將是我國實(shí)現(xiàn)趕超的戰(zhàn)略機(jī)遇。在此背景下,源杰科技、武漢敏芯、云嶺光電、光迅科技等一眾本土廠商迎來廣闊的發(fā)展機(jī)遇。

目前,光芯片的技術(shù)概念有多重含義,包括光通信、光計(jì)算、光量子等,應(yīng)用廣泛分布在工業(yè)、消費(fèi)、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。但它的典型應(yīng)用場景仍然是光通信,也是最核心的應(yīng)用領(lǐng)域。

光通信指以光纖為載體傳輸光信號的大容量數(shù)據(jù)傳輸方式,通過光芯片和傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對光的控制。在光通信產(chǎn)業(yè)鏈中,光芯片是最核心的部分,一般分為2.5Gb/s、10Gb/s、25Gb/s及以上各種調(diào)制速率,速率越快對應(yīng)的光模塊在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男盘柫烤驮酱蟆?/p>

與此同時(shí),光芯片也是光模塊物料成本結(jié)構(gòu)中占比最大的部分。通常而言,光芯片約占中端光模塊物料成本的40%,一些高端光模塊中它的物料成本甚至能占到50%以上,反觀電芯片的成本通常占比為10%~30%,越高速、高端的光模塊電芯片成本占比越高。

按功能,光芯片主要分為激光器芯片和探測器芯片兩類。激光器芯片用于發(fā)射信號,將電信號轉(zhuǎn)化為光信號,按出光結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片,主要包括VCSEL、FP、DFB、EML;探測器芯片用于接收信號,將光信號轉(zhuǎn)化為電信號,主要包括PIN和APD。

光芯片作為上游元件,市場主要受下游光模塊拉動(dòng)。據(jù)國信證券測算,以光模塊行業(yè)平均25%的毛利率及Light Counting對光模塊全球超150億美元的市場規(guī)模預(yù)測估算,2021年光芯片全球市場規(guī)模約為35億美元,預(yù)計(jì)2025年可達(dá)60億美元。

歐美日在光芯片上技術(shù)起步早、積累多,是市場的主導(dǎo)者。這些國家的研究機(jī)構(gòu)和先進(jìn)企業(yè)通過不斷積累核心技術(shù)和生產(chǎn)工藝,逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)閉環(huán),建立起了極高的行業(yè)壁壘。

反觀國內(nèi)則起步較晚,高速率光芯片(25Gb/s及以上速率)嚴(yán)重依賴進(jìn)口,與國外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先水平存在明顯差距。數(shù)據(jù)顯示,我國2.5Gb/s光通信芯片國產(chǎn)化率接近50%,但10Gb/s及以上的光通信芯片國產(chǎn)化率卻不超過5%,非常依賴Lumentum、Broadcom、三菱、住友等公司。

與此同時(shí),雖然光芯片國產(chǎn)廠商普遍擁有晶圓外延環(huán)節(jié)以外的后端加工能力,但核心的外延技術(shù)并不成熟,高端的外延片需要進(jìn)口,大大限制了高端光芯片發(fā)展。

2017年,中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018-2022 年)》中指出,我國廠商只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測器、調(diào)制器芯片以及PLC/AWG芯片的制造工藝和配套IC的設(shè)計(jì)、封測能力,高端芯片能力比國際落后1~2代以上,且缺乏完整、穩(wěn)定的光芯片加工平臺和人才,導(dǎo)致芯片研發(fā)周期長、效率低,逐漸與國外的差距拉大。彼時(shí)明確了重點(diǎn)是25Gb/s及以上速率激光器和探測器芯片。

到了2022年,國產(chǎn)高端光芯片有明顯突破,但依舊大幅落后于國際巨頭。而關(guān)鍵的25Gb/s激光器和探測器芯片方面,源杰科技、武漢敏芯、云嶺光電、光迅科技等企業(yè)開始量產(chǎn),不過整體銷售規(guī)模仍然較小。以源杰科技為例,其10Gb/s、25Gb/s激光器芯片系列產(chǎn)品出貨量在國內(nèi)同類產(chǎn)品中已名列前茅,2022年上半年銷售額為4100萬元。

對國產(chǎn)光芯片追逐者來說,分工模式是關(guān)鍵。芯片行業(yè)分為Fabless(設(shè)計(jì)公司)和IDM(設(shè)計(jì)、制造、封裝全流程)兩種模式,其中IDM模式是主導(dǎo)光芯片的主要模式。一方面,光芯片的核心在于晶圓外延技術(shù);另一方面,由于采用III-V族半導(dǎo)體材料,因此要求光芯片設(shè)計(jì)與晶圓制造環(huán)節(jié)相互反饋驗(yàn)證。

縱覽市場,國產(chǎn)光芯片典型玩家均選擇了IDM模式,如仕佳光子、長光華芯、源杰科技。一方面,IDM能夠及時(shí)響應(yīng)市場需求,靈活調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù);另一方面,能夠高效排查問題,精準(zhǔn)觸達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測試環(huán)節(jié)問題;另外,IDM模式形成了完整的閉環(huán)流程,不僅全部自主可控,同時(shí)能夠有效保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)。

掌握先進(jìn)的光芯片技術(shù),是各國爭相競逐的關(guān)鍵。以美國為例,不僅在政策上不斷傾斜,以IBM、Intel為代表的工業(yè)巨頭、以MIT、UCSB為代表的學(xué)術(shù)界領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)都在不遺余力地發(fā)展大規(guī)模光子集成芯片。另外,歐盟的“地平線 2020”計(jì)劃和日本的“先端研究開發(fā)計(jì)劃”中也涉及光電子集成研究項(xiàng)目。

種種動(dòng)作,預(yù)示著一場以光為核心的科技革命,正在醞釀之中??v觀歷史,科技革命的擴(kuò)散周期大約為60年,集成電路從20世紀(jì)60年代誕生至今也已過去60年,光芯片無疑是引領(lǐng)下一個(gè)60年的關(guān)鍵。當(dāng)然,光子也并不是要完全替代掉電子,而是相互協(xié)同。

屬于光芯片的時(shí)代已經(jīng)到來,但芯片行業(yè)一直殘酷地循環(huán)著優(yōu)勝劣汰和洗牌,誰能追逐得更快,誰才會(huì)成功。

審核編輯 黃昊宇

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