2019年光通信芯片行业研究分析报告
2019年光通信芯片行业研究分析报告目录录 名词解释-04 中国光通信芯片行业市场综 述-07 中国光通信芯片行业驱动 因素-17 中国光通信芯片行业投资风险 分析-19 中国光通信芯片行业相关政策-20 中国光通信芯片行业发 展趋势-21 中国光通信芯片行业竞 争格局-23名词词解释释（1/3）砷化镓镓：Gallium Arsenide（GaAs），族化合物半导体，可制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘 高阻材料，用来制作集成电路衬底、红外探测器、光子探测器等。磷化铟铟：Indium Phosphide（InP），具有半导体特性的化合物，由金属铟和赤磷在石英管中加热反应制得。外延生长长：指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求且与衬底晶向相同的单晶层。外延片：衬底上生长的一层单 晶硅被称为外延层。衬底经过 外延生长后则为 外延片。金属有机物化学气相沉积积：Metal Organic Chemical Vapour Deposition（MOCVD），利用有机金属热分解反应进 行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术。分子束外延：Molecular Beam Epitaxy（MBE），在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬 底扫描，可使分子或原子按晶体排列在基片上形成薄膜。印制电电路板：Printed Circuit Board（PCB），在电子通用基材上形成点间连 接及印制元件的印刷电路板。基带处带处 理单单元：Base Band Unit（BBU），基站设备 之一，主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处 理等功能，同时需要提供与上层网元的接口功能以及完成重要物理层核心技术的处理。射频处频处 理单单元：Remote Radio Unit（RRU），将接收自基带处 理单元的数字或发送往基带处 理单元的模拟信号进行D/A、A/D、数字上/下变频 、射频信号调制解调，然后将这些发送/接收到的射频模拟信号进行功率放大，噪声减小，最终经 由滤波器元件传送至天馈系统进 行发射。图图像传传感器：利用光电器件的光电转换 功能将感光面上的光像转换为 与光像成相应比例关系的电信号。名词词解释释（2/3）发发光二极管：一种常用的发光器件，通过电 子与空穴复合释放能量发光，在照明领域应用广泛。电电吸收调调制器：Electro Absorption Modulator（EAM），利用半导体中激子吸收效应制作成光信号调制器件，因其具有响应速度快，功耗低的特点，被广泛应用于高速光纤通信中信号的调制编码 。线线性度：描述传感器静态特性的一重要指标，以被测输 入量处于稳定状态为 前提，在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间 的最大偏差（Ymax）与满量程输出（Y）的百分比为线 性度，该值 越小，表明线性特性越好。有源天线单线单 元：Active Antenna Unit（AUU），天线与射频处 理单元（RUU）的集成。CU：Centralized Unit（CU），原BBU的非实时 部分将分割出来，重新定义为 CU，负责处 理非实时协议 和服务。DU：Distribute Unit（DU）, BBU的剩余功能重新定义为 DU，负责处 理物理层协议 和实时 服务。CU与DU集合为4G时代的BBU。CMO工艺艺：制作集成电路的生产流程，CMOS集成电路具有功耗低、速度快、抗干扰能力强以及集成度高等众多优点。端口物理层层：Physical Layer（PHY）, PHY连接一个数据链路层设备 （MAC）到一个物理媒介，如光纤或铜缆线 。硅光子集成技术术：以硅和硅基衬底材料（如SiGe/Si、SOI等）作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件（包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波导器件等），并利用这些器件对光子进行发射、传输 、检测 和处理，以实现 其在光通信、光互连、光计算等领域中的实际应 用。法布里-珀罗罗激光芯片：Fabry-Perot（FP）激光芯片，边发 射激光芯片，适用于中短距场景。分布反馈馈式激光芯片： Distribute Feedback（DFB）激光芯片，边发 射激光芯片，在FP激光芯片的基础上采用光栅滤 光器件使器件，只有一个纵模输出，适用于中长距场景。名词词解释释（3/3）电电吸收调调制激光芯片：Electroabsorption Modulated Distributed Feedback Laser（EML）激光芯片，边发 射激光芯片，在DFB激光芯片的基础上增加吸收调制器（EAM）以提升激光器的输出功率、传输 速率及温度稳定性，适用于中长距场景。垂直腔面发发射激光器：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser （VCSEL），面发射激光芯片，适用于中短距场景。二级级管探测测器：光信号接收器，适用于中短距场景。雪崩二极管探测测器：Avalanche Photodiodes（APD）探测器，光信号接收器，适用于中长距场景，灵敏度高。光耦合器：Optical Coupler（OC），以光为媒介来传输电信号的器件，将发光器与受光器封装在同一管壳内。带宽带宽 收敛敛比：交换机下行带宽 与上行带宽 的比值，数据中心收敛比通常不超过三分之一。中国光通信芯片行业业市场场概述光通信芯片功能以及制造流程光通信芯片分为激光器芯片以及探测器芯片，分别具有电光信号转换 以及光电信号转换 功能，是光模块最核心的功能芯片。激光器芯片以及探测器芯片通过封装形成光发射组件以及光接收组件（光发收组件）。光发收组件、电芯片以及结构件等最终封装成光模块。电电信号光发发射模块块光驱动驱动 芯片光发发射组组件其他器件光接收模块块放大器光接收组组件其他器件光纤纤调调制光信号电电信号电处电处 理电电光转换转换光传输传输光电转换电转换电处电处 理光器件电电芯片从生产流程看，光通信产业链环节 众多，工艺流程较为 复杂，包括芯片设计 、基板制造、磊晶成长、晶粒制造四个环节 ：（1）芯片设计 ：用芯片设计软 件根据特定的芯片功能要求制作光电线 路图；（2）基板制造：GaAs/InP 材料经提纯、拉晶、切割、抛光、研磨制成单晶体衬底即基板；（3）磊晶生长：根据设计图 ，用基板和有机金属气体在MOCVD(金属有机物化学气相沉积）/MBE（分子束外延）设备 里长晶，制成外延片（Wafer）；（4）晶粒制造：对外延片进行光刻等系列处理，制成电路功能完整的可封装晶粒。磊晶生长的外延片质量决定光通信芯片的传输性能，为光通信芯片生产环节 技术壁垒最高的环节。现阶现阶 段，中国光通信芯片企业还业还 未掌握成熟的外延技术术，外延技术术的落后拖累中国光通信芯片行业发业发 展芯片设计设计基板制造磊晶生长长晶粒制造光通信芯片工作原理光通信芯片制造流程光发发收组组件光模块块尾纤纤结结构件滤滤光片激光器芯片探测测器芯片陶瓷套管内置光纤纤光器件PCB外壳电电芯片封装封装封装光模块块构造图图中国光通信芯片行业业市场场概述激光器芯片与探测测器芯片分类类根据功能的不同，光通信芯片可分为激光器芯片以及探测器芯片:（1）激光器芯片依据发光类型可细分为面发射与边发 射激光器芯片：面发射激光器芯片为VCSEL芯片，适用于短距场景；边发 射激光器芯片包括FP、DPF以及EML芯片，其中FP芯片适用于中短距场景，DFB以及EML芯片适用于中长距、高速率场景。EML芯片在DFB芯片的基础上增加电吸收调制器以增加激光器的输出功率、传输 速率及温度稳定性等；（2）探测器芯片分为PIN（二级管探测器）和APD（雪崩二级管探测器）。二级管灵敏度相对较 低，应用于中短距离的光通信传输 。雪崩二级管探测器在灵敏度以及接收距离上优于二级管探测器，但成本高于二级管探测器。工作波长长应应用场场景优优点缺点激光器芯片FP1,310-1,550nm传输速率155M-10G，传输距离40KM谱线较 窄，调制速率高，成本低耦合效率低，线性度差DFB1,270-1,610nm传输 速率2.5G-40G，传输 距离80KM长谱线窄，调制速率高，波稳定好耦合效率低，成本高EML1,310-1,550nm传输速率快、传输距离长调制速率高、稳定性好成本高VCSEL 800-900nm 传输速率155M-25G；传输距离500M线宽 窄、功耗低、调制速率高，耦合效率最高，成本大幅下降线性度差探测测器芯片PIN 830-860/1,100-1,600nm 传输速率155M-40G，传输距离40KM 噪声小，工作电压低，成本低灵敏度低APD1,550nm传输速率1.25G-10G，长距离单模光纤灵敏度高成本高光通信芯片分类类中国光通信芯片行业业市场场概述发发展现现状中国光通信行业在起步阶段，仅实现 10G及以下的光通信芯片的进口替代，但10G以上的高速芯片仍依赖进 口。2018年中国10G速率以下光通信芯片国产率已达到80%，10G速率的光通信芯片国产化率接近50%，而25G及以上高速率光通信芯片则严 重依赖出口，国产化率仅5%。随着5G时代到来，市场对 25G以上高速率芯片的需求逐渐释 放，低速芯片逐渐市场边缘 化。光通信芯片行业发 展现状如下：外延技术术落后，亟待突破现阶 段，中国大陆光通信芯片产业 外延技术严重落后，导致中国大陆大量芯片企业流片进度严重受制于其他地区或国家（中国台湾、新加坡、日本以及美国）。80%50%5%0%20%40%60%80%100%传输 速率低于10G的芯片传输 速率为10G的芯片传输 数量高于10G的芯片良率仍需提升除外延技术亟待突破，中国光通信芯片良率亦有待提高。中国10G光通信芯片的良率仅为70%，造成10G光通信芯片生产成本高居不下。25G及以上的光通信芯片还未形成量产。中国市场场不同速率光通信芯片的国产产率，2018年下游光模块块企业进军业进军 光通信芯片行业业光通信芯片为光通信产业链 技术壁垒最高的一环，亦是光模块成本最高的器件。下游光模块企业为 在芯片上不受制于人，纷纷 布局光通信芯片行业。例如，光迅在2016年收购法国Almae，快速建立10G及以上高端芯片的量产能力。中际旭创通过设 立宁波泽云投资合伙企业投资陕 西源杰以保证稳 定的芯片供货渠道。2018年，华工创投牵头 成立武汉云岭光电，为其母公司光模块企业华 工科技提供芯片。中国光通信芯片行业业市场场概述光通信芯片产业链产业链光通信芯片上游主要参与者包括设备 以及材料供应商。光通信芯片采用III-V族元素化合物半导体为衬 底，生产设备 包括光刻机、刻蚀机以及外延设备 等。产业链 中游光通信芯片企业为 下游光模块厂商提供激光器芯片以及探测器芯片。下游光模块企业将光通信芯片、电芯片以及其他结构性部件封装为光模块从而实现 真正意义上的光电信号的转换 。光通信芯片以及光模块主要应用在通信设备 以及数据中心市场。上游中游下游GaAs系外延设备设备芯片衬衬底InP系芯片生产产所需设备设备刻蚀蚀机光模块块光通信芯片在光模块成本占比超过50%。随着光模块通信速率的提升，光通信芯片在光模块的成本占比上升通信设备设备数据中心DFB、EML光通信芯片产业链产业链其他设备设备国际巨头寡头垄断全球市场80%国际巨头寡头垄断全球市场95%国际巨头寡头垄断全球市场75%光刻机国际巨头寡头垄断全球市场80%光通信芯片国际际第一梯队队企业业中国第一梯队队企业业实现 10G系列全类型芯片的量产实现 25G系列全类型芯片的量产中国光通信芯片行业业市场场概述产业链产业链 上游光通信芯片企业采用高频性能突出的GaAs以及InP化合物半导体为光通信芯片的衬底。GaAs以及InP可被制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘 高阻材料，用来制作衬底具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，符合5G通信高频的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。GaAs衬衬底：美国AXT、日本住友电工、德国弗莱贝
