名词释义

光芯片： 实现光电信号转换的三五族化合物半导体材料，主 要包括激光器芯片和探测器芯片

激光器芯片：三五族化合物半导体材料，集成包含有源区、波导 层、外包层、电极接触层、PN 结等多层外延材料， 依靠有源区量子阱实现将电能转化为光能并发射激 光，主要作用为将电信号转换成光信号，系组成 TOSA 的核心部件 

 探测器芯片：三五族化合物半导体材料，主要作用为将光信号转 换成电信号，系组成 ROSA 的核心部件

TOSA：Transmit Optical Subassembly，光发射组件，主 要将电信号转化为光信号并发射出去

ROSA： Receiver Optical Subassembly，光接收组件，主 要接收光信号并将其转化为电信号

光模块：光芯片加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组 件（ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等 进一步加工成光模块

FP：Fabry-Perot Laser，法布里-珀罗激光器芯片，一 种边发射激光器芯片

DFB: Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器 芯片，一种边发射激光器芯片

EML: Electro-absorption Modulated Laser，电吸收调 制激光器芯片，一种边发射激光器芯片

VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直 腔面发射激光芯片，一种面发射激光器芯片

SOA： Semiconductor Optical Amplifier，半导体光放大 器，一种电芯片

硅光: Silicon Photonics，激光器芯片作光源，硅基集成 调制器和无源光路，将光源耦合至硅基材料实现光 器件功能的技术

掩埋型:Buried Heterostructure Waveguide，一种利用半 导体外延层将发光层掩埋的结构，掩埋结构形成高 效电注入，具备低功耗、电光转换效能高优势，大 量用于分布式通信领域

衬底:  外延生长工序的基片，通过气相外延生长技术在其 表面生成相应材料和结构

外延:  Epitaxy，在衬底上生长一层单晶层，系光芯片制造 的核心环节

光栅: Grating，利用衍射效应对光进行调制的物理结构

光波导:  Optical Waveguide，引导光传播的物理结构

CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补 金属氧化物半导体

---------------------------------------------------------------------------------------------------

一、驱动逻辑

光模块的驱动逻辑在哪？

1、量增。光模块是数据中心的零部件之一，占数据中心建设成本的5%左右。随着AI对算力需求的增加，光模块的需求也随之增加 。并且光模块区别于其他部件，他是整个产业链几乎唯一实现自主生产的环节。其他的板块可能还要受到海外芯片卡脖子的问题。而光模块不仅供应链没问题，还可以出口到全世界。所以光模块的业绩弹性是大于整条产业链的。

2、价升。单价提升。AI训练需要更高传输速率的800g光模块。800g光模块的单价远高于传统的100g、200g光模块

敲计算器：有多大的算力需求？需要多少光模块？

假设今年的算力需求主要都是AI训练带来的，传统数据中心和电信的需求不变。

以open ai为例，他们训练gpt3，用了1万张A100显卡。1万张A100显卡基本就是一个大模型的门槛，国内的大厂基本都部署了2万到3万张显卡。

假设今年全球推出60个大模型，一个大模型需要2万张A100显卡（不是必须该显卡，拿来做计量单位举例)

一般的显卡和光模块需求比例大致如下：

 

今年券商预期出货30万张H100+90万张A100显卡。假设A100和H100两种架构各使用一半

可得到:

 

在看看价格

 

简单计算今年光模块（仅大模型训练）市场规模可以达到13亿美金，2024年达到50亿美金，较今年增长四倍。

 

光芯片是光模块的部件之一。光芯片 的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

随着光模块的市场需求大增，光芯片的增量也就可想而知了。 这还是不包括“传统”应用的增量！！！

二、什么是光芯片

高速光芯片是现代高速通讯网络的核心之一。光芯片系实现光电信号转换 的基础元件，其性能直接决定了光通信系统的传输效率。光纤接入、4G/5G 移 动通信网络和数据中心等网络系统里，光芯片都是决定信息传输速度和网络可 靠性的关键。光芯片可以进一步组装加工成光电子器件，再集成到光通信设备 的收发模块实现广泛应用。光芯片在光通信系统中应用位置如下：

 光通信等应用领域中，激光器芯片和探测器芯片合称为光芯片。光芯片是 光电子器件的重要组成部分，是半导体的重要分类，其技术代表着现代光电技 术与微电子技术的前沿研究领域，其发展对光电子产业及电子信息产业具有重 大影响。光芯片之于半导体的关系示意图如下： 

 

从产业链角度看，光芯片与其他基础构件（电芯片、结构件、辅料等）构 成光通信产业上游，产业中游为光器件，包括光组件与光模块，产业下游组装 成系统设备，最终应用于电信市场，如光纤接入、4G/5G 移动通信网络，云计 算、互联网厂商数据中心等领域。光通信产业链示意图如下： 

 光通信产业链中，组件可分为光无源组件和光有源组件。光无源组件在系 统中消耗一定能量，实现光信号的传导、分流、阻挡、过滤等“交通”功能， 主要包括光隔离器、光分路器、光开关、光连接器、光背板等；光有源组件在 系统中将光电信号相互转换，实现信号传输的功能，主要包括光发射组件、光 接收组件、光调制器等。光芯片加工封装为光发射组件（TOSA）及光接收组件 （ROSA），再将光收发组件、电芯片、结构件等进一步加工成光模块。光芯片 的性能直接决定光模块的传输速率，是光通信产业链的核心之一。

三、光器件拆解

常见的光器件有以下三种

 

TOSA：Transmit Optical Subassembly，光发射组件，主 要将电信号转化为光信号并发射出去

 ROSA： Receiver Optical Subassembly，光接收组件，主 要接收光信号并将其转化为电信号

 BOSA：单纤双向光器件，主要作用是将电信号和光信号相互转化

 

四、光芯片的基本分类

光芯片按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片，其中激光器芯片主要用 于发射信号，将电信号转化为光信号，探测器芯片主要用于接收信号，将光信 号转化为电信号。

激光器芯片，按出光结构可进一步分为面发射芯片和边发射 芯片，面发射芯片包括 VCSEL 芯片，边发射芯片包括 FP、DFB 和 EML 芯 片；探测器芯片，主要有 PIN 和 APD 两类。具体情况如下： 

FP：Fabry-Perot Laser，法布里-珀罗激光器芯片，一 种边发射激光器芯片

DFB: Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光器 芯片，一种边发射激光器芯片

EML: Electro-absorption Modulated Laser，电吸收调 制激光器芯片，一种边发射激光器芯片

VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直 腔面发射激光芯片，一种面发射激光器芯片

 A、激光器芯片

激光器芯片主要有 VCSEL、FP、DFB 和 EML，具体特点如下： 

 B、探测器芯片

探测器芯片主要有 PIN 和 APD，具体特点如下所示： 

 

光芯片企业通常采用三五族化合物磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs）作为 芯片的衬底材料，相关材料具有高频、高低温性能好、噪声小、抗辐射能力强 等优点，符合高频通信的特点，因而在光通信芯片领域得到重要应用。其中， 磷化铟（InP）衬底用于制作 FP、DFB、EML 边发射激光器芯片和 PIN、APD 探测器芯片，主要应用于电信、数据中心等中长距离传输；砷化镓（GaAs）衬 底用于制作 VCSEL 面发射激光器芯片，主要应用于数据中心短距离传输、3D 感测等领域。

四、硅光芯片

硅光是以硅光子学为基础的低成本、高速的光通信技术，利用基于硅材料的CMOS微电子工艺实现光子器件的集成制备，融合了CMOS技术的超大规模逻辑、超高精度制造的特性以及光子技术超高速率、超低功耗的优势，把原本分离器件众多的光、电元件缩小集成到至一个独立微芯片中，实现高集成度、低成本、高速光传输。与分立器件光模块相比，硅光子器件不再需要ROSA和TOSA封装，集成度更高，更加适应未来高速流量传输处理需要。与此同时，更紧密的集成方式降低了光模块的封装和制造成本。硅光芯片由波导、调制器、耦合器、AWC、滤波器、接收机、阻隔层、衬底等构成。

 

硅光子核心器件一般是以硅半导体材料的光有源及无源器件，主要有硅基激光器(负责将电信号转化成光信号)、硅基光探测器(负责将光信号转化成电信号)、硅基光调制器(负责将光信号带宽提升)、平面波导(负责光信号在硅基材料上传输)、光栅耦合器(负责与对外连接的光纤对准降低插损)等。

 硅光芯片产业链 

硅光产业链上游是PDA设计软件、晶圆、外延、制造设备和原材料供应商;中游是设计、制造和封装厂商;下游主要是通信网络设备及其他相关设备厂商

 硅光领域龙头企业