我國光通信電芯片通過創新突破有望實現自主可控并引領全球產業鏈
1、光通信電芯片行業概況及分類
光通信電芯片處于光通信產業鏈的上游，是光通信系統的核心元器件，與光芯片、其他基礎構件進一步加工形成光組件、光模塊。
在光通信領域，電芯片是光電協同系統的“神經中樞”，主要承擔信號優化，傳輸鏈路的增強，以提升傳輸效能并實現復雜的數字信號處理。整體來看，光通信電芯片在半導體集成電路領域內屬于技術要求較高的細分類別。《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》指出，光通信電芯片與光芯片相比投資更大、研發和生產周期更長。按照類型、速率、應用場景三個維度將電芯片做如下分類：
（1）按類型分類
在光通信系統中，各類型電芯片在光模塊的發射端和接收端承擔不同的信號處理任務，共同保障光信號的高效轉換與傳輸。各類型電芯片具體描述如下：
各類型電芯片分類情況
資料來源：普華有策
通過將限幅放大器芯片（LA）、激光驅動器芯片（LDD）、時鐘數據恢復器（CDR）、數字診斷監控模塊（DDM）等分立功能集成到單一芯片中，光通信收發合一芯片不僅減少了互連損耗和封裝復雜度，還可顯著降低功耗，同時利用混合信號設計實現模擬電路與數字邏輯的共存，從而大幅縮小芯片面積、降低成本。
（2）按速率分類
光通信電芯片的速率演進直接決定了光通信網絡的傳輸效率與容量。隨著AI智算中心及傳統數據中心需求的爆發，電芯片技術從低速率向高速率持續升級，逐步形成多層級速率體系。電芯片與光模塊之間的速率并非總是直接對應，特定速率的電芯片，通過不同數量的通道聚合，可以對應不同速率級別的光模塊。常見的對應關系及應用場景如下：
常見的對應關系及應用場景
資料來源：普華有策
以100Gbps光模塊為例，其既可采用單通道100Gbps電芯片實現，也可通過2通道50Gbps電芯片或4通道25Gbps電芯片并行傳輸實現。前者通過提升單通道傳輸速率減少了所需的光通道數量，后者則依賴多通道并行傳輸來疊加速率。這種非一一對應的速率關系在高速率模塊中更為顯著。例如，800Gbps光模塊可通過8通道100Gbps電芯片方案或4通道200Gbps電芯片方案實現。
（3）按應用場景分類
1）固網接入應用場景
在固網接入應用場景，電芯片需要針對光線路終端（OLT）和光網絡單元（ONU）的不同功能需求進行設計。
固網接入應用場景分類情況
資料來源：普華有策
在光纖接入網中，OLT（光線路終端）和ONU（光網絡單元）是PON架構的核心。OLT負責與多個ONU通過ODN連接，進行帶寬分配、測距及協議轉換。OLT的光收發電芯片需要支持快速信號增益調整，確保不同功率信號穩定接收，并利用低噪聲放大等技術提升長距離信號的質量。ONU電芯片通過突發模式設計，在低功耗下實現可靠的光電信號轉換，采用“深度睡眠-瞬時激活”的模式優化能效。
OLT與ONU電芯片的協同合作，推動了光纖接入網朝著更低時延、更高可靠的方向發展，支持萬兆網絡在工業互聯網和智慧城市等領域的應用。
2）無線網絡和數據中心應用場景
在無線網絡和數據中心應用場景，電芯片的性能與傳輸距離密切相關。根據傳輸距離的差異，電芯片可分為短距（SR）、中長距（LR）、長距（ER）和超長距（ZR/ZR+）等，每一類在技術設計、器件選型和應用場景上均有獨特要求。
根據傳輸距離的差異分類情況
資料來源：普華有策
SR電芯片適用于企業網和數據中心的短距離場景，注重低成本和低功耗，同時需高端口密度；LR電芯片主要用于城域接入網和無線基站，適中距離下平衡性能與成本；ER電芯片面向長距離（40公里）數據中心互聯，克服光纖色散和非線性效應；ZR/ZR+電芯片專為超長距城域網設計，傳輸可達80-120公里，面臨功耗和工藝一致性挑戰，未來硅光技術有望推動其向低成本、高可靠性發展。
2、光通信電芯片行業市場規模
得益于人工智能、數據中心和5G通信的快速發展，光通信電芯片的銷售額隨之不斷擴大。根據不同應用場景，電芯片行業市場空間測算如下：
（1）電信側電芯片市場規模
在電信側應用場景，主要包括骨干網、城域網、無線接入和固網接入等。2024年，全球電信側光通信電芯片市場規模為18.5億美元；預計到2029年底，全球電信側光通信電芯片市場規模將達到37億美元，復合年增長率為14.97%。
全球電信側光通信電芯片市場規模及預測（億美元）
資料來源：普華有策
（2）數據中心側電芯片市場規模
在數據中心側場景，以云計算應用、AI智算中心應用和園區/企業網為代表，這些場景主要使用數據通信光模塊。2024年，全球數據中心側光通信電芯片市場規模為20.9億美元；預計到2029年底，全球數據中心側光通信電芯片市場規
模將達60.2億美元，復合年增長率為23.60%。
全球數據中心側光通信電芯片市場規模及預測（億美元）
資料來源：普華有策
（3）終端側光通信電芯片市場規模
汽車光電子、激光雷達、自動駕駛、具身智能等市場在近年成為光通信技術應用的巨大新興機會，車載激光雷達市場規模預計從2024年的8.61億美元增加至2030年的38.04億美元，其中中國廠商已占據市場主導地位。在技術方面，激光雷達模組與光通信模塊具有相似的光電信號轉換功能，表明光通信電芯片技術在激光雷達系統也有重要價值。同時，基于AI的運用，具身智能機器人也將迎來廣闊的應用場景，因此光通信電芯片在算力硬件部分仍將發揮重要的作用。
3、光通信電芯片行業技術水平及特點
（1）多方案協同提升數據傳輸速率
在光通信中，提升數據傳輸速率主要依賴于三種方法的協同作用：單通道速率提升、通道聚合和調制技術優化。電芯片技術的進步關鍵在于帶寬效率和功耗優化，調制技術是突破口。根據實際應用，10Gbps以下主要用于固網接入和4G/5G前傳，25Gbps和50Gbps用于5G和數據中心，100Gbps和200Gbps用于大規模數據中心和骨干網。未來光通信將朝著更高集成度和更低功耗發展，支持6G和AI中心網絡。
（2）工藝路徑選擇遵循“速率-性能-成本”的平衡原則
光通信電芯片行業遵循“速率-性能-成本”的平衡原則，形成CMOS工藝主導25Gbps及以下速率，鍺硅Bi-CMOS工藝主導25Gbps及以上速率的格局。CMOS工藝憑借成熟的硅基生態和低成本優勢占據核心地位，但在高于25Gbps的速率中，其功耗瓶頸限制了發展。鍺硅Bi-CMOS工藝通過材料創新實現高性能和低功耗，適應數據中心和AI集群的高速互連需求。未來，CMOS與鍺硅工藝的集成與協同，將推動光通信技術向更高性能、更低成本方向發展，特別是在硅光技術的應用中。
（3）電芯片設計注重光電匹配協同
光通信電芯片通常與光芯片協同工作。例如，激光驅動器芯片與屬于光芯片的激光器或調制器芯片相匹配，而跨阻放大器芯片則與屬于光芯片的探測器芯片配對，這些組件結合形成光模塊或組件，用于實際應用。為了實現最佳性能，電芯片的特性必須與光芯片的特性相匹配。
因此，設計電芯片不僅需要精通通信、電氣領域的知識，還需要對光芯片、光電封裝的特性有深入的了解，才能更有效地進行光電協同設計和仿真，從而減少電芯片設計的迭代次數，提高產品的適用性和性能。
（4）可靠性質量要求高
光通信電芯片在電信網絡中的關鍵角色要求其具備高質量和可靠性。在開發階段，通過DFX流程全面考慮產品的質量、可靠性、可測試性和可篩選性。電芯片在進入量產前，需通過工程驗證測試（EVT）、設計驗證測試（DVT）和可靠性測試。客戶認證階段則嚴格檢驗其性能、兼容性和可靠性，確保通過多項測試后才可擴大生產規模。量產階段對失效率有嚴格要求，通常低于200ppm，以保障電信網絡的穩定運行。
（5）多合一設計方案提升電芯片設計難度
光通信收發合一芯片的多合一設計大大提升了技術難度，將多個功能模塊集成在有限空間內，要求保證模塊間互不干擾、信號完整性和系統穩定性。例如，限幅放大器減少噪聲，激光驅動器精確控制光源功率，時鐘數據恢復器確保數據同步，診斷監控功能提供實時系統反饋。高度集成減少外部組件依賴，簡化系統設計，但對熱管理、電磁兼容性和信號完整性提出更高要求，需采用先進制造工藝和創新設計確保芯片性能和可靠性。
4、光通信電芯片行業進入壁壘分析
行業壁壘
資料來源：普華有策
5、行業近年的發展情況與未來發展趨勢
（1）固網接入大規模升級，FTTR加快部署進度
隨著5G移動互聯網的普及，流量進入快速增長階段，千兆光纖寬帶成為主流。2020年，歐洲電信標準協會（ETSI）發布F5G，推動全球固定網絡的高速發展。F5G采用10GPON接入、WiFi6和200G/400G技術，旨在實現千兆寬帶互聯互通，開啟光纖到房間（FTTR）新紀元。F5G-A則引入50GPON技術，提供更高的傳輸速率和容量。根據預測，到2030年，中國FTTR滲透率將領先全球，推動光通信設備需求增長。
（2）光通信網絡速率持續提升，調制技術路線持續升級
PAM4技術通過采用四個信號電平來傳輸數據，相比于NRZ技術，能夠在相同波特率下實現更高的數據吞吐量，提升網絡帶寬和帶寬利用率。由于其高階調制格式，PAM4有助于減少光學器件數量和性能要求，實現成本和功耗優化。隨著數據中心流量增長和5G的應用，PAM4技術的成熟度不斷提高，成為高速數據傳輸的主要發展趨勢。
（3）相干光傳輸技術下沉趨勢明顯
相干光傳輸技術通過在發送端采用相干調制，并在接收端利用相干檢測，充分利用光波的偏振、幅度、相位和頻率，提高光纖傳輸效率。與傳統非相干光通信相比，它在傳輸距離和容量上具有明顯優勢。隨著技術成本和功耗的降低，預計到2028年，全球相干光模塊市場將接近100億美元，年均增長約15%。
（4）汽車智能化推動光通信技術需求
隨著汽車智能網聯和自動駕駛技術的進步，車載電子系統對通信速度和安全性要求提高。光通信技術因其高速、抗干擾、減小電纜空間和降低重量的優勢，成為新趨勢。
智能化汽車對海量數據的需求推動了光通信的發展，支持實時高清視頻、大容量數據和高精度傳感器數據的低延遲交換，確保高可靠性的實時決策。
光纖電纜較銅線輕薄，易于集成到車輛中，減少性能負擔，為智能汽車提供高效且可持續的通信解決方案，滿足高帶寬需求。
（5）海量數據時代釋放硅光技術潛力
隨著對高速、低功耗網絡解決方案的需求激增，硅光技術因其集成激光器、調制器和探測器等關鍵光電組件而備受關注，能夠提供低功耗、高容量的數據傳輸，并有效降低運營成本。隨著數據中心、云計算及5G、AI、物聯網等領域對帶寬的需求增加，硅光芯片市場預計到2029年將達到30億美元，成為光模塊市場的重要組成部分。
（6）供應鏈自主可控加速光通信電芯片國產替代
近年來，我國光通信電芯片行業加速推進國產替代，技術突破和規模化量產不斷取得進展。隨著6G和AI技術的推進，對超高速率、低延遲和大帶寬的需求增加，但高端芯片設計和制造技術門檻依然高，國內企業面臨技術和資源挑戰。政策支持推動了研發投入和國產芯片導入，未來我國光通信電芯片有望在全球產業鏈中占據重要地位，持續創新并實現自主可控。
6、行業內競爭格局及主要企業
當前，我國已成為全球最大的光器件、光模塊生產基地。2024年全球光模塊廠商排名，中國企業在前十強中占據七席，市場主導地位顯著。但是與之相對，光通信電芯片的發展相對不平衡，是我國光通信產業鏈薄弱的一環。
2024年度，10Gbps及以下速率產品細分領域市場占有率情況如下
10Gbps及以下電芯片市場全球競爭格局情況
資料來源：普華有策
而在25G速率以上的市場，我國光通信電芯片自給率極低，下游廠商高度依賴境外進口。按收入價值統計，在25G速率及以上的光通信電芯片領域，中國廠商僅占全球市場7%。
行業內主要企業情況如下：
（1）Macom
Macom是一家高性能模擬射頻、微波和光學半導體產品領域的領先供應商，擁有40多條生產線，3,000多種產品，超過6,000個全球客戶，主要集中于高速率市場。
（2）Semtech
Semtech是一家高性能半導體、物聯網系統和云連接服務提供商。Semtech為客戶提供低功耗無線通信、光數據傳輸、視頻廣播、電源管理、電路保護、觸摸傳感等領域的解決方案。
（3）廈門億芯源半導體科技有限公司
億芯源專注于高速光通信電芯片和低功耗MCU芯片研發，現已構建了包括TIA、LDD、LA、收發一體電芯片、OLT快速電流鏡以及MCU等產品體系。
（4）成都嘉納海威科技有限責任公司
嘉納海威專注于微波射頻芯片、光電芯片研發、銷售與服務。公司現建有光通信、5G移動通信、衛通安防和特種應用四條產品線，產品用于光接入網、數據通信、5G移動通信、電磁安全等領域。
《2025-2031年光通信電芯片行業市場調研及發展趨勢預測報告》涵蓋行業全球及中國發展概況、供需數據、市場規模，產業政策/規劃、相關技術/專利、競爭格局、上游原料情況、下游主要應用市場需求規模及前景、區域結構、市場集中度、重點企業/玩家，企業占有率、行業特征、驅動因素、市場前景預測，投資策略、主要壁壘構成、相關風險等內容。同時北京普華有策信息咨詢有限公司還提供市場專項調研項目、產業研究報告、產業鏈咨詢、項目可行性研究報告、專精特新小巨人認證、市場占有率報告、十五五規劃、項目后評價報告、BP商業計劃書、產業圖譜、產業規劃、藍白皮書、國家級制造業單項冠軍企業認證、IPO募投可研、IPO工作底稿咨詢等服務。（PHPOLICY:MJ）