7月3日，我国发布《关于对镓、锗相关物项实施出口管制的公告》，该公告自2023年8月1日起正式实施。其中，锗相关物项包括了金属锗、区融锗锭、磷锗锌、锗外延生长衬底、二氧化锗、四氯化锗，镓相关物项包括了金属镓、氮化镓、氧化镓、磷化镓、砷化镓、铟镓砷、硒化镓、锑化镓，包括但不限于多晶、单晶、晶片、外延片、粉末、碎料等形态。

 

第一时间，欧美日韩等国纷纷表示“抗议”，这很明显是直接打到了敌人的“七寸”上了。

 

镓是光芯片的重要原材料之一，光芯片应用领域极广，不仅是光通信应用场景，在手机人脸识别、激光雷达、工业激光、军工、LED等领域均有广泛应用。

 

根据华经产业研究院，中国镓产量全球领先，截至2021年，在全球镓产量中的占比已超90%。

 

从需求侧来看，当前AI领域快速发展有望显著拉动上游基础设施侧光模块及配套的光芯片需求，考虑到光芯片产线建设周期长、扩产周期慢，预计也将给国内光芯片厂商带来拓展机遇。

 

2023年3月，AIOCore推出业界首款基于量子点激光器的硅光光模块芯片。同月，Alfalume与德国激光器制造商Innolume共同推出1.3μm高功率非制冷InAs/GaAs量子点DFB激光器。2023年6月，中科院半导体所也发布了其在硅基外延量子点激光器领域取得的进展。

 

光芯片到底有何魅力，我们就来好好扒一扒。

 

 

一、打破AI芯片摩尔定律天花板，光芯片大有可为

 

纵观芯片发展的历史，总是离不开一个人们耳熟能详的概念 ——“摩尔定律”。

 

目前而言主要有三大缺陷，难以通过技术迭代打破。

 

①半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子计算机的基石，目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限，随着制造工艺的越来越小，芯片内晶体管单元已经接近分子尺度，半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。

 

②随着全球化以及科技特别是近年来人工智能的高速发展，需要处理的数据量在急剧增加，相应的数据处理模型和算法也在不断增加，带来的结果就是对算力和功耗的要求不断提高，而目前电子计算机存在传输瓶颈、功耗增加以及算力瓶颈等问题，已越来越难以满足大数据时代对算力与功耗的需求，因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前面临的紧要问题。

 

③用魔法打败魔法“超越摩尔”中明确指出电子芯片难以为继。2019年，美国国防部高级研究计划局 （DARPA） 启动“未来计算系统”项目，目的是研究基于知识/推理的引擎，具备深度学习能力、高算力和低功耗的集成光子芯片。

 

但随着半导体产业化进程的不断加快，摩尔定律日渐式微；而近几年光电子技术的新起，也预示着半导体领域竞争新赛道的出现：

 

在芯片技术的发展过程中，随着芯片制程的逐步缩小，互连线引起的各种效应成为影响芯片性能的重要因素。芯片互连是目前的技术瓶颈之一，而硅光子技术则有可能解决这一问题。

 

 

 

二、硅光子芯片技术的前世今生

 

硅光子技术最早1969年由贝尔实验室提出，50年来大体经历了技术探索、技术突破、集成应用三个阶段。期间，欧美一批传统集成电路和光电巨头通过并购迅速进入硅光子领域抢占高地，以传统半导体强国为主导的全球硅光子产业格局悄然成形。

 

 

光子学相对于电子学的优势在于，光在大带宽上速度更快，功能更强大，目前在芯片设计中部署光子学的最常见方法是硅光子学，它将光子架构与传统电路结合在一个芯片中。资料显示，在相同的芯片面积下，硅光芯片的延迟、能耗，仅有传统芯片的千分之一，而工作频率则增加了10倍。硅光芯片对工艺尺寸要求不仅苛刻，而且稳定性良好，信息传输不受温度、磁场等常见环境因素影响。

 

对于目前光子学芯片中技术最顶尖的硅光子芯片技术，则是使用激光束代替电子半导体信号传输数据，是基于硅和硅基衬底材料（如：SiGe/Si、SOI ）等；并利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。

 

相较于普通的关模块芯片而言，硅光模块有几大不可动摇的优势：

 

一是集成度高，可以直接结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术，这种组合得力于半导体晶圆制造的可扩展性。

 

硅光子技术以硅作为集成芯片的衬底，硅基材料成本低且延展性好，可以利用成熟的硅CMOS工艺制作光器件；与传统方案相比，硅光子技术具有更高的集成度及更多的嵌入式功能，有利于提升芯片的集成度。

 

二是降本潜力巨大，传统的GaAs/InP衬底因晶圆材料生长受限，生产成本较高。随着传输速率的进一步提升，需要更大的三五族晶圆，芯片的成本支出将进一步提升；与三五族半导体相比，硅基材料成本较低且可以大尺寸制造，芯片成本得以大幅降低。

 

在普通光模块的成本中，光芯片成本占40%，激光器成本占20%左右，若用在激光器上的成本降低75%，则可降低光模块整体成本的15%。

 

由于硅光模块使硅光子技术，实现了调制器和无源光路在芯片上的高度集成，光模块芯片成本也得到大幅度降低。

  

三是拥有相当高的传输速率，可使处理器内核之间的数据传输速度快100倍甚至更高，功率效率也非常高。

 

硅的禁带宽度为1.12eV，对应的光波长为1.1μm。因此，硅对于1.1-1.6μm的通信波段（典型波长1.31μm/1.55μm）是透明的，具有优异的波导传输特性。此外，硅的折射率高达3.42，与二氧化硅可形成较大的折射率差，确保硅波导可以具有较小的波导弯曲半径。因此被认为是新一代半导体技术。

 

 

以400G硅光模块和400G的普通光模块为例，对比主要的参数（如下）

 

 

最主要的是价格优势，400G普通光模块价格接近2万元，同样的400G硅光模块价格不足1万元。

 

根据Yole研报，2022年全球硅光芯片市场为2亿美金左右，按年复合增长49%来计算，硅光芯片2026年全球市场空间为11亿美金。可绝大数硅光公司并没有从高速增长中收益。

 

 

 

三、国产化进行时，紧抓弯道超车的快车道

 

在后摩尔时代，硅光技术成为降低IO功耗、提升带宽的必要措施。硅光子是确定性的技术发展趋势，海内外巨头公司瞄准硅光赛道收并购频发。目前硅光领域并购集中在通信领域，在非通信市场的增长空间巨大，后续基于硅光的激光雷达、可穿戴设备、AI光子计算等领域会相继爆发。

 

 

硅光具备超高兼容性、超高集成度、强大的集成能力、强大规模制造能力等技术能力，未来潜在优势明显。光芯片将与电芯片统筹设计、制造、封装，且设计、制造、封装过程相互紧耦合，从而加速硅光时代的到来。

 

阿里巴巴达摩院发布的2022十大科技趋势中，硅光芯片是其预测的趋势之一。随着云计算与人工智能的大爆发，硅光芯片迎来技术快速迭代与产业链高速发展。达摩院预计未来三年芯片的国产化率超过60%，高端光电子芯片国产化率突破20%。 

 

 

目前国内代工厂已经可以支持规模化量产，目前100G硅光芯片应用到光模块上已实现，比传统方案更有性能和价格优势，2022年底AEVA宣布新一代FMCW激光雷达产品预计将于2024年实现量产上车，比行业普遍预期提早2-3年，面对百亿级的汽车激光雷达市场，硅光芯片将有更广阔的落地场景......

 

四、A股相关个股汇总

 

长光华芯688048：公司在设计、量产高功率半导体激光芯片基础上，纵向延伸覆盖下游器件、模块及直接半导体激光器业务，横向拓展 VCSEL 及光通信芯片。

 

 

长光华芯采用IDM模式，突破外延生长、芯片制造、封测各环节关键技术及工艺，拥有半导体激光行业中最大的6吋生产线。构建了砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）和氮化镓（GaN）三大材料体系，具备边发射和面发射两大芯片结构技术和工艺生产平台。自2018年起布局高速光通信芯片领域，先后引进行业资深专家，组建专业研发团队，建成完整的光通信工艺平台和量产产线，包含芯片设计、外延生长、台面刻蚀、氧化工艺、电镀金、性能测试等，攻克了材料外延生长的精确控制和稳定性难题以及激光电流的氧化限制控制难题，致力于高速率光通信芯片的设计、研发、生产及销售。

 

 

长光华芯的单波100Gbps (56Gbaud四电平脉冲幅度调制(PAM4))电吸收调制器激光二极管(EML)芯片，支持四个波长的粗波分复用(CWDM)，达到了使用4颗芯片实现400Gbps传输速率，或8颗芯片实现800Gbps传输速率的应用目标。该芯片采用脊波导结构，支持4个CWDM波长-1271、1291、1311和1331nm，允许不同波长的光信号在单个光纤中复用，从而减少所需要的光纤数量。电吸收调制区调制速率达56GBd，可使用56GBd PAM4信号支持112Gb/s，具有阈值电流低、工作温度范围宽的优点。该芯片符合RoHS标准和Telcordia GR-468标准，为当前400G/800G 超算数据中心互连光模块的核心器件。

 

 

2010年，长光华芯就已经布局了磷化铟激光芯片产线，初期具备2.5G FP的批量出货能力。

 

2020年，公司开展10G APD 和L波段高功率EML的产品研发，全面建成了高速光通信芯片的研发生产产线，两款产品在2022年初通过大厂（客户）认证，并已实现产品的批量供货。

 

作为全球少数几家具备6吋线外延、晶圆制造等关键制程生产能力的IDM半导体激光器企业，长光华芯在车载雷达芯片的设计、生产和品质管理上，始终坚持高标准、严要求。此次通过AEC-Q102认证的激光雷达芯片产品，为VCSEL阵列光源。

 

 

博创科技300548：公司目前主要为全球范围内高速发展的光纤通信网络和互联网数据中心（IDC）市场提供高质量的光信号功率和波长管理器件以及高速光收发模块，其中PLC光分路器、密集波分复用（DWDM）器件和10G PON光模块占据全球领先市场份额。

 

 

 

博创科技在国内率先推出10G PON Combo OLT收发模块并被客户广泛采用，2021年出货量超100万只，为光纤到户网络向10G升级提供了理想方案，引领了中国接入网市场从GPON向10GPON的升级换代，是中兴与华为的认证供应商。

 

公司目前拥有发明专利和实用新型专利41项，并拥有多项专有技术和软件著作权。公司在光学芯片设计与后加工、器件封装和光学测试领域拥有多项自主研发并全球领先的核心技术和生产工艺。公司将坚持走光电子集成的技术道路，努力在多个技术平台上开发出集成度更高、功能更全面、应用更广泛的光通信器件和子系统，力争在不远的将来成为技术领先、产品领先的世界级光电子企业。

 

 

博创科技作为国内最早布局硅光的厂商之一，技术积淀深厚，以硅光为聚焦点切入数通市场，近期已收到Intel的硅光大订单。Intel硅光实力业内最强，高端硅光光模块年出货超过百万只，约50亿左右的收入聚焦微软、亚马逊等客户。公司400G硅光光模块已量产出货，800G硅光光模块、CPO也有深度布局。部分型号的光模块产品已给微软、英伟达送样测试。