產(chǎn)業(yè)丨中國PLC光芯片進化，從完全進口到自主可控

光芯片位于光通信產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，是整個光通訊產(chǎn)業(yè)鏈條中技術(shù)最復雜、價值最高的環(huán)節(jié)。

光芯片中的兩大分類與PLC芯片

光芯片的分類主要按照光器件的分類分為光有源器件芯片和光無源器件芯片。

有源光芯片按應用情況分為激光器光芯片和探測器光芯片，主要包括FP、DFB、EML、VCSEL、PIN以及APD芯片；

無源光芯片主要包括PLC和AWG芯片。

光通信領(lǐng)域的光芯片整體可分為有源和無源兩大類，并可按功能等維度進一步細分。

根據(jù)有源芯片功能，可分為發(fā)射光信號的激光器芯片、接收光信號的探測器芯片、調(diào)制光信號的調(diào)制器芯片等。

無源芯片方面，主要由基于平面光波導技術(shù)調(diào)控光路傳輸?shù)?PLC 光分路器芯片、AWG 芯片、VOA 芯片等構(gòu)成。

PLC，Planar Lightwave Circuit，一般翻譯為[平面光波導回路]或[平面光波導技術(shù)]。

簡單理解就是，所有的光波導或光波導器件都在同一個平面內(nèi)，類似單層的電路板。

PLC光分路器芯片是一種具有多個輸入端和多個輸出端的光纖匯接器件，是光纖鏈路中最重要的無源器件之一。

PLC光分路器芯片具有低成本、高可靠性、高靈活性和可擴展性等優(yōu)點，特別適用于傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)集成、寬帶接入、光纖通信和多媒體服務(wù)等多種應用場景。

在目前世界上100多類高端光電子芯片中，國內(nèi)有兩大類全系列化芯片技術(shù)基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。

一類是主要應用于光纖到戶接入網(wǎng)中的PLC光分路器芯片，另一類是主要應用于骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)中心和5G領(lǐng)域的陣列波導光柵芯片（AWG）。

現(xiàn)階段我國光芯片市場規(guī)模龐大

一方面，5G、千兆光網(wǎng)等新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的高速建設(shè)提高了對光芯片的應用需求；另一方面，人工智能、數(shù)據(jù)中心等熱點領(lǐng)域也為光芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間。

與電芯片相比，我國部分光芯片研究處于全球第一研發(fā)梯隊，相關(guān)成果可達世界領(lǐng)先水平。

行業(yè)主要三大市場：電信市場、數(shù)據(jù)中心市場和消費電子市場共同推動了光芯片市場空間的不斷拓展。

數(shù)據(jù)顯示，2022年我國光芯片市場規(guī)模約為17.19億美元，過去7年的CAGR達到14.93%。預計2026年我國光芯片市場規(guī)模有望擴大至29.97億美元。

低速率光芯片市場接近飽和

對于PLC波導的制造工藝，國內(nèi)很多公司已經(jīng)可以掌握，如河南仕佳光子、瑞芯源、廣東安捷康、上海鴻輝、太辰光、中興新地等公司。

石英波導主要用于制作PLC光分路器，國內(nèi)芯片已經(jīng)大量應用，如仕佳的PLC光分路器已經(jīng)占分路器市場的50%份額。

目前國內(nèi)低速率光芯片市場呈現(xiàn)高度競爭的格局，已有30多家企業(yè)實現(xiàn)了10G及以下光芯片的銷售。

中低端的2.5G 及以下DFB/FP市場，基本全由國內(nèi)廠商主導，市場份額相對分散整體競爭激烈。

國外廠商出于成本等因素的考慮已基本退出了相關(guān)市場，2021 年國產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品占全球市場比重超 90%。

10G DFB市場，國內(nèi)廠商同樣份額居前，2020 年源杰科技以 20%的市占率居首，云嶺光電/中電 13 所/中科光芯分居3—5位，國產(chǎn)占全球市場比重約 60%。

市場價格戰(zhàn)激烈，頭部廠商有明顯規(guī)模優(yōu)勢和優(yōu)質(zhì)客戶資源優(yōu)勢，低速率芯片市場趨近飽和。

在這樣的市場環(huán)境下，低速芯片價格每年下降15%-20%的趨勢，導致企業(yè)利潤空間逐漸收縮。

PLC芯片產(chǎn)業(yè)化面對的問題

①高質(zhì)量的高折射率差硅基SiOx集成光波導材料基礎(chǔ)薄弱。

國外生長硅基SiOx集成光波導材料的方式主要有兩種：以歐美為代表的化學氣相沉積法（PECVD），以日本、韓國為代表的火焰水解法（FHD）。

PECVD法精度較高，操控性好；FHD法生長速率快，產(chǎn)業(yè)化效率更高，二者各有優(yōu)缺點，而國內(nèi)缺乏相關(guān)應用基礎(chǔ)研究；

②芯片工藝水平達不到芯片產(chǎn)業(yè)化要求，特別是在整張晶圓的均勻性、穩(wěn)定性方面，如二氧化硅厚膜的高深寬比和低損耗刻蝕工藝；

③在產(chǎn)業(yè)和市場導向上，過去偏重于買，拿市場換技術(shù)。

④此前國內(nèi)研發(fā)環(huán)節(jié)較為薄弱，這就導致相當一部分高端光芯片還需要依賴進口。

⑤需要綜合掌握外延、微納加工、封裝、可靠性等多領(lǐng)域技術(shù)工藝，并加以整合集成，屬于技術(shù)密集型行業(yè)。

高端產(chǎn)品替代加速啟動

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，光通信產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化替代加速從下游向上游傳導，上游芯片作為[卡脖子]環(huán)節(jié)亟待國產(chǎn)替代的進一步深入。

下游以華為、中興為代表的設(shè)備商已是行業(yè)領(lǐng)軍者，而光模塊領(lǐng)域在過去十年依托工程師紅利、勞動力紅利、供應鏈優(yōu)勢等因素也快速完成了國產(chǎn)化替代。

從高端的激光器芯片情況來看，雖然根據(jù)ICC統(tǒng)計，2020年，25G光芯片的國產(chǎn)化率約20%，25G以上光芯片的國產(chǎn)化率仍較低約5%。

近年來技術(shù)實力相對強勁的國內(nèi)頭部廠商進展明顯迅速，用于5G前傳的25G DFB、用于光纖接入的10G EML國產(chǎn)替代進程加速度明顯，同時50G EML也開始推進。

從部分數(shù)通光模塊頭部廠商的業(yè)績來看，2020年光模塊行業(yè)迎來 100G向400G迭代所帶來的需求放量。

先發(fā)優(yōu)勢顯著的高端數(shù)通光模塊龍頭中際旭創(chuàng)和新晉突破海外數(shù)通大客戶的新易盛，業(yè)績迎來顯著增長。

國內(nèi)主要的 10G PON 廠商包括了博創(chuàng)科技、中際旭創(chuàng)、華工科技、光迅科技等。

2022H1，受益于客戶加快部署 200G/400G 等高端光模塊，光模塊廠商業(yè)績繼續(xù)保持高增速。

中際旭創(chuàng)22H1實現(xiàn)營業(yè)收入42.31億元，同比增長 28.3%，實現(xiàn)歸母凈利潤4.92億元，同比增長44.5%。

新易盛22H1實現(xiàn)營業(yè)收入14.79億元，同比增長2.6%，實現(xiàn)歸母凈利潤4.61億元，同比增長 42.8%。

結(jié)尾：

目前來看，國內(nèi)廠商的努力方向一個是在高速率光芯片領(lǐng)域借自身技術(shù)實力綁定優(yōu)質(zhì)客戶實現(xiàn)進口替代，另一個就是借助新品類的開發(fā)+下游大客戶的突破，打開遠期成長天花板。

作者?| 方文三