2021年全球及中国光芯片发展现状与竞争格局分析,国产替代正当时「图」

一、光芯片分类

光电子器件(国内简称光芯片)是全球半导体行业的一个重要细分赛道,随着光电半导体产业的蓬勃发展,光芯片作为产业链上游核心元器件,目前已经广泛应用于通信、工业、消费等众多领域。

光芯片还可以按照材料体系及制造工艺的不同,分为InP、GaAs、硅基和薄膜铌酸锂四类,其中InP衬底主要包括直接调制DFB/电吸收调制EML芯片、探测器PIN/APD芯片、放大器芯片、调制器芯片等,GaAs衬底包括高功率激光芯片、VCSEL芯片等,硅基衬底包括PLC、AWG、调制器、光开关芯片等,LiNbO3包括调制器芯片等。

光芯片的分类

光芯片的分类

资料来源:公开资料整理

二、我国光芯片国产化历程

在中下游的激光器及相关设备国产化进展持续推进背景下,光芯片作为上游核心元器件是我国光电子领域国产化下一阶段亟需突破的重点环节。从国产化进展来看,当前我国高功率激光芯片、部分高速率激光芯片(10G、25G等)等已处于国产化加速突破阶段;而光探测芯片、25G以上高速率激光芯片仍处于进口替代早期阶段,未来国产化提升空间广阔。

我国光芯片国产化历程

我国光芯片国产化历程

资料来源:公开资料整理

资料来源:公开资料整理

三、全球光芯片行业市场现状分析

1、光芯片市场规模

光芯片是全球半导体行业的一个重要细分赛道,涵盖工业用高功率激光芯片、通信用高速率激光芯片、手机人脸识别用VCSEL等成熟应用,以及车用激光雷达和硅光芯片等未来有望实现爆发性增长的新领域。据统计,2021年全球光电子器件(含CCD、CIS、LED、光子探测器、光耦合器、激光芯片等)市场规模达414亿美元,预计2025年市场规模有望达561亿美元,2021-2025年CAGR为9%。

2020-2025年全球光芯片行业市场规模及增速

2020-2025年全球光芯片行业市场规模及增速

资料来源:Gartner,华经产业研究院整理

2、光探测芯片

据统计,2021年全球光探测芯片市场规模为45.6亿美元,基于光电探测器在光通信、视频成像、激光雷达、医学探测领域的广泛应用前景,预计2022E-2025E全球光探测芯片市场保持10.0%的年均复合增速,至2025年市场规模达66.7亿美元。

2020-2025年全球光探测芯片市场规模及增速

2020-2025年全球光探测芯片市场规模及增速

资料来源:Gartner,华经产业研究院整理

3、SiPM市场与硅光芯片市场

据统计,2020年全球SiPM市场规模为124.9百万美元,预计2021E-2027E保持6.5%的CAGR,到2027年增长至193.6百万美元,按SiPM类型可分为单体式和阵列式,目前单体式更广泛,占比为62.8%。

2020-2027年全球SiPM市场规模

2020-2027年全球SiPM市场规模

资料来源:QYResearch,华经产业研究院整理

硅光芯片是基于硅晶圆开发出的光子集成芯片,在尺寸、速率、功耗等方面具有独特优势,可广泛应用于光通信(5G)、数据中心、人工智能、医疗检测、高阶计算、自动驾驶、国防等领域。光通信为硅光芯片最主要下游市场,细分来看,预计至2025年,数据中心收发器/长途收发器/5G收发器领域市场规模预计分别为36.0/1.9/0.6亿美元,2020~2025年CAGR达52.4%,占硅光芯片市场总规模比例分别为91.1%/4.7%/1.5%,为硅光前三大主要应用市场,均属于光通信领域。

2019-2025年全球硅光芯片市场规模

2019-2025年全球硅光芯片市场规模

资料来源:Yole,华经产业研究院整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国光芯片市场竞争格局及行业投资前景预测报告》;

四、中国光芯片行业市场现状分析

1、光探测芯片国产化现状

光探测芯片领域,国内目前参与厂商较散,产品体系丰富度、成熟度低,厂商对于探测芯片方案的选择较为分明,以光迅科技、光森电子、三安光电为首的公司选择传统成熟的PIN-PD、APD领域,产品较多运用于光通信产业链中;以芯视界、灵明光子、阜时科技为首的一众创企较多选择布局未来方向的SPAD/SiPM,国产SPAD/SiPM探测器正陆续应用于消费电子、激光雷达、AR/VR、医疗等领域。

光探测芯片国产化现状

光探测芯片国产化现状

资料来源:公开资料整理

2、国内SiPM规模

2020年我国SiPM市场规模为44.8百万美元,占全球市场的35.8%,亚太地区被认为是未来硅基光电探测器市场的重点区域,预计我国市场2021E-2027E的年均复合增速为7.2%,略高于全球水平,到2027年我国市场为72.9百万美元,届时占全球比例为37.7%。

2020-2027年中国SiPM市场规模

2020-2027年中国SiPM市场规模

资料来源:QYResearch,华经产业研究院整理

五、光芯片行业竞争格局分析

1、通信光模块

2021年全球前十大光模块厂商,我国厂商占据六席,分别为旭创(与II-VI并列第一)、华为海思(第三)、海信宽带(第五)、光迅科技(第六)、华工正源(第八)及新易盛(第九);相比于2010年全球前十大厂商主要为海外厂商,国内仅WTD(武汉电信器件有限公司,2012年与光迅科技合并)一家公司入围,体现出十年以来国产光模块厂商竞争实力及市场地位的快速提升;

2021年全球Top10通信光模块国产厂商占六席

2021年全球Top10通信光模块国产厂商占六席

资料来源:公开资料整理

2、高功率半导体激光芯片

国内半导体激光芯片行业随着技术的不断突破,处于快速发展期,主要厂商包括长光华芯、武汉锐晶、度亘激光、华光光电、深圳瑞波等。据统计,2020年长光华芯、武汉锐晶占国内高功率半导体激光芯片市场份额分别达13.4%/7.4%,国产率近21%。

2020年全球高功率半导体激光芯片市场份额(单位:%)

2020年全球高功率半导体激光芯片市场份额(单位:%)

资料来源;公开资料整理

3、激光器芯片

当前2.5G/10G激光芯片已实现国产化突破,25G及以上高速率光芯片国产化率仍多依赖进口,未来伴随国产厂商技术的进一步提升,对高速率光芯片的进口替代有望持续推进。在2.5G及以下速率光芯片方面,我国光芯片企业已基本掌握核心技术,2.5G光芯片市场已基本实现国产化,据统计,2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场中,国产厂商占比较高,其中,占比超过10%的较为领先的厂商包括武汉敏芯(份额为17%)、中科光芯(份额为17%)、光隆科技(份额为13%)、光安伦(份额为11%)。

2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场份额(单位:%)

2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场份额(单位:%)

资料来源:ICC,华经产业研究院整理

我国光芯片企业已基本掌握10G光芯片的核心技术,但部分型号产品仍存在较高技术门槛,依赖进口。根据ICC统计,2021年全球10GDFB激光器芯片市场中,较为领先的厂商包括源杰科技(份额为20%)、住友电工(份额为15%)。但另一方面,部分10G光芯片产品性能要求较高、难度较大,如10GVCSEL/EML激光芯片等,国产化率不到40%。

2021年全球10GDFB激光器芯片市场份额(单位:%)

2021年全球10GDFB激光器芯片市场份额(单位:%)

资料来源:ICC,华经产业研究院整理

4、SiPM市场格局

全球SiPM市场集中度较高,据统计,全球SiPM市场主要集中于头部企业,2020年以安森美、滨松、博通为首的头部厂商合计市占率达到83%,SiPM产品技术难度大,进入门槛高,且业内收购事件频繁,新进入者较难立足。

2020年全球SiPM市场格局(单位:%)

2020年全球SiPM市场格局(单位:%)

资料来源:QYResearch,华经产业研究院整理

5、国内传感VCSEL芯片主要厂商

VCSEL基于量产成本低、波长稳定等优势,随着VCSEL功率密度等性能持续提升,有望成为半固态/固态激光雷达发射端核心元器件。目前,海外龙头Lumentum、II-IV凭借技术优势主导芯片市场,根据Yole数据,Lumentum、II-IV两家公司2019、2020年市场份额合计占比分别为67.7%和79.6%。在生产模式上,Lumentum将外延环节外包,II-VI自产外延片。国内传感应用类VCSEL企业主要包括长光华芯、纵慧芯光、睿熙科技、博升光电、柠檬光子、瑞识科技等,多为创业型企业,其中长光华芯等头部厂商采用IDM模式,打造核心竞争力。

国内传感VCSEL芯片主要厂商

国内传感VCSEL芯片主要厂商

资料来源:公开资料整理

六、中国光芯片行业前景展望

随着宽带网络建设的迅猛发展,以及超大规模数据中心的加速扩张,基站光模块和传输网光模块的升级换代将给光器件产业带来巨大增量空间。

近年来,国内光芯片和高端光模块基本依靠进口,随着国内厂商加大光芯片领域的投入以及数据中心建设需求的加快,将给国内光模块及芯片企业带来更多的发展空间。而伴随国内高端光芯片突破,海外光器件厂商优势将继续减小,或继续收缩业务线,最终国内光器件厂商在全球产业链各环节占领市场主导地位。

在国家网络强国战略以及中国制造2025推动下,中国通信产业下一阶段的使命就是借助5G机遇实现产业升级,机遇下游通信设备集成的全球领先地位以及近半数的市场份额,整个产业都将逐步向上游芯片和核心器件环节升级。而随着5G商用将至,对于光芯片的需求将大幅提升,相关光芯片产商有望迎接5G时代的高增长机遇。

随着大数据时代的来临,数据中心建设在全球范围内兴起。数据中心市场规模及其营收占比持续提升,将成为未来5年驱动光器件行业规模扩张的重要动力。

华经产业研究院对中国光芯片行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国光芯片行业市场深度分析及投资战略规划报告》。

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责任编辑:王亚伟_HN343
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