光模块中的光电子芯片

在5G的大趋势下，有源器件光模块的需求很大，而光模块中的高速芯片国产化率亟待提升。光芯片方面，我国在 10G 及以下光芯片具备替代的能 力，但仍有很大市场空间。商业级 25G 的 DFB、EML、APD、PIN 部分厂商已在客户验 证阶段，成本降低和良率提升仍有很长的路要走。50G EML、窄线宽波长可调激光器芯 片、100G 及以上相干集成光收发芯片等面向 5G 的关键芯片几乎全部由国外厂商提供， 海思、光迅等研发走在前列的企业目标基本是实现自给。电芯片方面，我国25G/100G多模光模块配套 IC 基本实现替代能力，但产能远远不足。25G/100G 单模和更高速率自 给率估计仅有 1%，高速 TIA、CDR、DSP 等基本和国外存在 1-2 代的技术差距。

光芯片国内 Foundry 能力严重不足制约流片进度。光芯片产业链环节包括芯片设 计、基板制造、泵晶生长、晶粒制造等多重步骤，工艺流程较为复杂。(1)芯片设计是 上游核心环节，也是Fabless模式芯片企业能够独立把控的部分。当前我国多数光芯片 企业为Fabless模式，如华为海思、飞昂光电。(2)基板制造是光芯片上游衬底基板的 规模制造环节，能实现高纯度单晶体衬底批量生产的全球仅有少数几家企业，如住友、 AXT。(3)磊晶生长利用基板和有机金属气体在 MOCVD/MBE 设备里长晶，制成外延片(wafer)。专门从事外延片生长的厂商又叫 Foundry，集中于中国台湾、新加坡、日本、美 国等地。(4)在晶粒制造环节，对外延片进行光刻等系列处理，最后封装成拥有完整光 电性能的光芯片。中国台湾是全球光芯片封测产业集中地区。一枚光芯片的诞生需要经过设 计、流片、定型、量产等多道环节，完整流程在一年半到两年之间，由于我国 Foundry 产能严重不足或工艺落后，我国大量芯片企业流片进度严重受制于国外。

电芯片需要补齐整个半导体产业链短板。电芯片产业链环节包括 IC 设计、晶圆制造 及加工、封装及测试环节，同样拥有复杂的工序和工艺，国产替代仍旧任重道远。(1) 上游设计是知识密集型行业，需要经验丰富的尖端人才。(2)中游晶圆制造及加工设备 投入巨大，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。(3) 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。

贸易战加速芯片自主可控。2018 年 4 月，美国以违反对伊朗的出口禁令为由重启 对中兴通讯的出口制裁，禁止本国企业向中兴提供任何销售服务。由于在电芯片、射频 前端芯片、高端光模块和光器件上严重依赖美国企业，中兴通讯陷入两个月的“休克” 状态，中兴供应商遭受了严重的订单和存货损失。今年 5 月，美国商务部正式把华为列 入“实体名单”，随即断供一切美国芯片、器件、软件系统、技术支持等。华为随即曝光 “备胎计划”，但在 x86芯片、DSP、FPGA、射频前端、模拟芯片、存储芯片等领域仍 然很难找到合适的国产替代方案。

光模块方面，中国企业在华为高端光模块和相干光模块的占有率不足20%，25G 及 以上光芯片和电芯片除了海思自研几乎没有国产替代方案。基于光芯片/电芯片的平均成 本占比以及 LightCounting 对全球光模块市场规模的预测，我们预计 2018 年光芯片和电 芯片的市场规模分别在 21 亿美元、8 亿美元，2023 年将分别达到 52 亿美元、20 亿美 元。我国是全球光模块最大的市场之一，预计到 2023 年光芯片和电芯片国产替代空间 分别在 13 亿美元、 6 亿美元。

以史为鉴，华为未雨绸缪意义重大。华为光通信设备全球领先，不畏美国打压，很 大程度上由于对长期研发的“备胎”信心。华为海思成立于 2004 年，自成立以来光网 络解决方案芯片受到极高的战略重视。华为于 2012 年收购英国光子集成公司 CIP 并于 2013 年收购比利时硅光子公司 Caliopa，不断增强设计能力，今年初宣布在英国剑桥投 资光芯片工厂，未来目标是实现下游流片、封测的自主化。当前中美贸易谈判结果仍有 很大的不确定性，但从中兴到华为，自主可控已成为国内光模块企业的普遍共识。