中国是全球最大的光通信市场，也是全球最大的制造基地。

中国光传输设备发货量占全球的40%、光接入设备占70%、数通设备25%、光纤60+%、光器件约15%。

光通信以光纤作为传输介质，其传输的信号就是光信号。但电脑、手机、光通信设备等终端，都是通过电信号“0和1”来处理信息的，所以终端设备在信息处理时必须进行光电转换。

光通信系统由“将电信号转成光信号的发送单元”、“将光信号转成电信号的接收单元”及“传输通道光纤”构成。

光通信网络主要分为核心层、骨干层、汇聚层和接入层。

从接入层来看主要有PON网络，从汇聚、骨干和核心层来看，主要设备有WDM、OTN等。

光通信产业链

光通信产业链从基础元器件制造开始，由光通信基础元器件厂商制造诸如陶瓷套管、插芯等基础元器件，再由芯片制造商提供激光器、监测器和调制器芯片，光器件厂商将各类基础元器件和芯片整合成光模块，再由通信设备厂商将各类光器件、光模块集成为通信设备，最后由电信运营商采购通信设备、光纤光缆进行组网，向终端用户提供电信服务。

光通信器件产业链主要分为上游光芯片组件、中游光器件模组及下游光通信设备及电信、数通设备应用。

光芯片的性能直接决定光模块的传输速率，是产业链核心之一。以光通信产业链为例，光芯片位于整个产业链的顶端，占据光模块成本的50%以上，是整个光通讯产业链条中技术最复杂、价值最高的环节。

今天我们就来说道说道光芯片。

什么是光芯片？

目前市场的主要芯片用的材料是硅基，在发展到5nm以下的制程后，硅基材料就已经无法满足工艺要求，需要寻找替代材料，目前世界上有在研究用炭基作为材料的，也有研究用新型的光子材料极来制造芯片，而用光子材料极制造的芯片，就叫做光子芯片。

光芯片主要用于完成光电信号的转换,是核心器件,分为有源光芯片和无源光芯片。它的作用是将接收到的光信号转化为电信号，然后再将经过处理后的电信号转化成为光信号输出。根据世界半导体贸易协会的说法，全球半导体细分为四个领域：集成电路、光电子、分立器件、传感器。其中光电子在整个半导体产业的比例在7%~10%之间。因为光的物理性能比电的物理性能更为优越，因此在通信领域，光缆正在逐渐取代电缆，光芯片也开始取代电芯片，在硅基材料上实现光信号的传输。光芯片是5G时代的关键技术。

光芯片的全球布局以及我国的地位

目前，整个IT产业正处在“从电到光”的转换过程，现在正是集成光路发展的最佳时间点。相对于电子驱动的集成电路，光子芯片有超高速率，超低功耗等特点，利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片，具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。

未来，光子芯片将成为5G和人工智能时代的关键基石，5G网络技术快速发展，信息传输容量和速率关系国计民生，光通信产业由此成为各国战略布局的重要领域。谁能率先在光芯片技术上实现突破，谁就能抢占光通信产业链的“制高点”。面对汹涌而至的新一轮科技革命和产业变革，光子也成为中国实现未来技术超越和产业变革的重要抓手。

目前光子技术已经覆盖了信息产生、获取、传输、交换与处理等各个环节，并通过深度融合产生出智能驾驶、智能机器人、新一代通信等新的应用领域，呈现井喷式的发展态势。

目前，我国的光芯片/光模块的产业化尚处于早期阶段，国内能够生产光电芯片的企业并不多，约30余家，其中大多数只能大批量生产低端芯片，仅有少数厂商可以生产中高端芯片，但产能有限，市场占比不足1%。根据《中国光器件产业发展线路图（2018-2022）》显示，25GB/s及以上的速率的光芯片高度依赖进口，国产化率仅3%。而欧美日等一线厂商都具备相当高技艺的光芯片制造能力，欧美一线厂商具备50GB光模组的制造能力，而日本厂商也具备了支持PAM4（400G光模块）。

Ⅱ-Ⅵ 在2019年收购Finisar后，两家企业合并，占据了光器件行业18%的市场份额，为行业第一；Lumentum在2018年收购Oclaro后市场占有率为13%，仅次于Ⅱ-Ⅵ；这两家企业均属于美企，另外，博通、Neophotonics、三菱、住友等都是国际一线光芯片厂商。

中国高端光芯片仍依赖进口，国产光芯片缺失为行业带来了巨大发展机会。

光芯片迎来发展机遇

半个世纪以来，微电子技术大致遵循着“摩尔定律”快速发展，随着信息技术的不断拓宽和深入，芯片的工艺制程已减小到 5nm 以下，但由此带来的串扰、发热和高功耗问题愈发成为微电子技术难以解决的瓶颈。

同时，在现有冯诺依曼计算系统采用存储和运算分离的架构下，存在“存储墙”与“功耗墙”瓶颈，严重制约系统算力和能效的提升。此外，处理器与内存之间、处理器与处理器之间信息交互的速度严重滞后于处理器计算速度，访存与I/O瓶颈导致处理器计算性能有时只能发挥出10%，这对计算发展形成了极大制约。

电子芯片的发展逼近摩尔定律极限，继续在电子计算技术范式上寻求突破口步履维艰。在面向“后摩尔时代”的潜在颠覆性技术里，光芯片已进入人们的视野。

光芯片，一般是由化合物半导体材料（InP和GaAs等）所制造，通过内部能级跃迁过程伴随的光子的产生和吸收，进而实现光电信号的相互转换。

微电子芯片采用电流信号来作为信息的载体，而光子芯片则采用频率更高的光波来作为信息载体。相比于电子集成电路或电互联技术，光芯片展现出了更低的传输损耗 、更宽的传输带宽、更小的时间延迟、以及更强的抗电磁干扰能力。

此外，光互联还可以通过使用多种复用方式（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来提高传输媒质内的通信容量。因此，建立在集成光路基础上的片上光互联被认为是一种极具潜力的技术，能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈。

光子芯片展望

回顾光芯片发展历程，早在1969年美国的贝尔实验室就已经提出了集成光学的概念。但因技术和商用化方面的原因，直到21世纪初，以Intel和IBM为首的企业与学术机构才开始重点发展硅芯片光学信号传输技术，期望能用光通路取代芯片之间的数据电路。

近年来随着技术的发展，包括硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种材料体系已被用于研发单片集成或混合集成的光子芯片。

在过去数年里，光子集成技术的发展已经取得了许多进展和突破。

据了解，目前纯光子器件已能作为独立的功能模块使用，但是，由于光子本身难以灵活控制光路开关，也不能作为类似微电子器件的存储单元，纯光子器件自身难以实现完整的信息处理功能，依然需借助电子器件实现。因此，完美意义上的纯“光子芯片”仍处于概念阶段，尚未形成可实用的系统。严格意义上讲，当前的“光子芯片”应该是指集成了光子器件或光子功能单元的光电融合芯片，仍存在无法高密度集成光源、集成低损耗高速光电调制器等问题。

光子集成电路虽然目前仍处于初级发展阶段，不过其成为光器件的主流发展趋势已成必然。光子芯片需要与成熟的电子芯片技术融合，运用电子芯片先进的制造工艺及模块化技术，结合光子和电子优势的硅光技术将是未来的主流形态

高速数据处理和传输构成了现代计算系统的两大支柱，而光芯片将信息和传输和计算提供一个重要的连接平台，可以大幅降低信息连接所需的成本、复杂性和功率损耗。随着光芯片技术的发展迭代，大型云计算厂商和一些企业客户的需求都在从100G过渡到400G，400GbE的数据通信模块出货量翻了一倍，在2021年达到创纪录的水平。

由此可见，光器件行业整个产业链都在持续向满足更高速率、更低功耗、更低成本等方向演进升级，800G及更高速率产品也逐渐开始使用，不同细分领域都面临新技术的迭代和升级。

迄今为止，硅光子商业化较为成熟的领域主要在于数据中心、高性能数据交换、长距离互联、5G基础设施等光连接领域，800G及以后硅光模块性价比较为突出。此外，Yole认为未来几年内增长最快的将是汽车激光雷达、消费者健康和光子计算领域的应用。

文章来源：半导体行业观察,投资快报，中国新闻网