1.1 光芯片是光模块的核心组件，EML 芯片供应紧缺
光芯片是光器件中的核心元器件，实现光电信号转换。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。
光芯片处于光通信产业的最上游，越高速率光模块光芯片成本越高。从产业链角度看， 光芯片与其他基础构件完电芯片、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。光器件是光模块 产品中成本最高的部分。从芯片层面来看，光芯片又是 TOSA 与 ROSA 成本最高的部件， 越高速率光模块光芯片成本越高。一般高端光模块中，光芯片的成本接近 50%。
光芯片种类繁多，按功能可以分为激光器芯片和探测器芯片。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 为光发射组件完TOSA）及光接收组件完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、 APD、SPAD、SiPM。
InP 与 GaAs：光通信芯片的核心衬底。光芯片企业通常采用三五族化合物磷化铟完InP） 和砷化镓完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，磷化铟完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；砷化镓完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。
EML 激光器属于边发射激光器完EEL）。工作波长为 1270-1610nm，本质是电吸收调制 激光器，集成了 DFB 激光器和电吸收调制器，通过电场调制的方式，EML 激光器可以实 现对激光输出强度的调控，从而实现光信号的调制和传输。优势是调制频率高、稳定性 好、传输距离长，但成本较高；多用于高速率长距离场景，像电信骨干网、城域网及数 据中心互联。EML 激光器在光通信领域有着广泛的应用，在光纤通信系统领域用于长距 离、高速数据传输；又能够应用于数据中心互连，实现数据中心内部和数据中心间的高 速连接；还可以支持无线接入网络，为 5G 和未来移动通信系统的高速数据传输提供支 撑；同时也可用于光储存器，在光存储系统中用于信息读写和传输。 EML 的工作原理是通过电吸收调制光信号。1）激射阶段完Lasing Stage）：施加电流使 激光器段产生激射，并形成初始光信号。2）调制阶段完Modulation Stage）：通过调制 器段施加调制电压，调控光信号的强度和频率。3）复用与传输完Multiplexing and Transmission）：将调制后的光信号与其他信号进行复用，用于数据传输或通信。 EML“一芯难求”是多重因素叠加的结果： 1）从技术根源来看，EML 芯片集成度高，制备精度要求也高，细微的材料缺陷等都会影 响芯片性能和可靠性。 2）EML 工艺流程较复杂，从外延生长到晶圆流片和测试封装，每一步都需要严格的控 制，端到端良品率提升难度大。 3）产业链扩产存在刚性周期，光芯片设备生产完比如 EBL 货期>1 年）、工艺调试都需 要较长周期，无法快速响应爆发式增长的市场需求。 在高速率光通信场景中，预计 EML 方案在很长一段时间内具有不可替代的技术价值。 首先，EML 将 DFB 激光器与 EAM 单片集成，具备高速调制、低啁啾、高消光比、低功 耗等特性，非常适合 2 km 及以上中长距传输，是 400G/800G 数据中心交换机和电信网络的主流方案之一。同时，在 400Gbps/lane 的 3.2T 及更高速率的场景下，目前 EML 技 术已经基本成熟，而硅光等方案还在进行技术探索。数据中心和电信设备商在现有架构 上切换成本高、周期长，因此在未来相当长一段时间内 EML 的需求依然会持续下去，并 且更高速率 EML 的开发进度能够友好的支撑 3.2T 以上光模块的需求。
AI 驱动 800G/1.6T 光模块的需求增长，提升 GPU 互联效率。在 AI 算力集群中，EML 芯片的价值更为凸显。800G/1.6T 光模块需同时满足低时延、高带宽与低功耗需求，而 EML 芯片的调制带宽超过 50GHz，可支持单波 200G 传输，显著提升 GPU 互联效率。以 华工正源的 1.6T 硅光模块为例，其内置的 EML 芯片通过三维集成技术，将空间利用率 提升 50%，单模块功耗降低 28W，直接降低了 AI 训练集群的电力成本。此外，EML 芯 片的波长稳定性优于硅光方案，在跨省骨干网传输中可提升 60%的传输距离，降低 40% 的单比特成本。 全球 EML 产能较集中，由少数厂商主导，供应排至 2027 年后。综上，EML 激光因在 单一芯片内整合了信号调变功能，生产门槛极高且光学组件复杂，导致了当前的供应紧 张，主要由 Lumentum、Coherent、三菱、住友、博通、索尔思等少数厂商供应。TrendForce 集邦咨询指出，由于 800G 以上的高速光收发模块的庞大需求，已在供应链最上游激光 光源造成严重供给瓶颈，英伟达等大客户锁定核心产能，导致 EML 交期已排至 2027 年 后，严重制约 800G/1.6T 模块的快速放量。 2024 年全球 EML 激光芯片市场规模达 37.1 亿元，中国厂商正在加速替代。根据电子 发烧友网数据，2024 年，全球 EML 激光芯片市场规模达 37.1 亿元，中国市场规模为 12.0 亿元，预计 2030 年将增长至 74.12 亿元，年复合增长率 12.23%。日本三菱电机、 美国 Lumentum 与芬兰 Hisilicon 占据高端市场，而中国厂商正通过“技术突破+生态协 同”实现反超。例如，源杰科技凭借 25G EML 芯片量产能力，获得华为与英特尔订单， 其 100G EML 芯片已进入 800G 光模块供应链。国产替代的驱动力来自两方面：一是政 策支持，国家“东数西算”工程推动低功耗光模块需求，硅光与 EML 技术均获得专项基 金；二是产业链协同，华工科技通过投资云岭光电，实现了 25G 至 100G 光芯片的自主 可控，将交付周期从数月压缩至数周，成本降至原来的 1/5。2025 年，国内 EML 芯片产 能扩张显著，斑岩光子晶圆良率达 92%。
1.2 高端光芯片产能缺口扩大，国产替代空间广阔
海外厂商把控光芯片市场。海外光芯片公司普遍具有从光芯片、光收发组件、光模块全 产业链覆盖能力，除了衬底需要对外采购，海外领先光芯片企业可自行完成芯片设计、 晶圆外延等关键工序，可量产 25G 及以上速率光芯片。此外，海外领先光芯片企业在高 端通信激光器领域已经广泛布局，在可调谐激光器、超窄线宽激光器、大功率激光器等 领域也已有深厚积累。全球光通信芯片市场呈现出明显的梯队竞争格局，Broadcom、 Lumentum、Coherent 等欧美企业凭借深厚的技术积累、长期的市场耕耘以及强大的研 发实力，处于第一梯队，牢牢占据主要市场份额。在高端产品领域，如高速率、高性能 的 EML 芯片、复杂的光集成芯片等方面，它们拥有绝对优势，广泛应用于对性能要求极 高的数据中心核心交换、长距离骨干网通信等场景。 国内高端光芯片完25G+）国产化率仅约 4%，国产替代空间广阔。国内的光芯片生产 商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力，而光芯片核心的外延技术并不成熟， 高端的外延片需向国际外延厂进行采购，限制了高端光芯片的发展。国内相关企业仅在 2.5G 和 10G 光芯片领域实现核心技术的掌握，2.5G 及以下速率光芯片国产化率超过 90%；10G 光芯片国产化率约 60%；25Gbs 及以上的光芯片国产化率低，仅有 4%。
根据长光华芯，全球高端光芯片产能缺口已扩大到 25%-30%，再加上国产化率低，双重 因素驱动了当前短期比较急缺的 100G/200G 的 EML 芯片和 70~100mW 的 CW 光源， 以及 100G PAM4 VCSEL 芯片，预计短缺格局将持续至 2027 年，为国产厂商切入供应链 提供了至少 2–3 年的缓冲期。
英伟达向 Lumentum 和 Coherent 分别投资 20 亿美元。2020 年初，英伟达以 69 亿 美元收购 Mellanox Technologies，借此正式切入以太网与 InfiniBand 光收发器市场，从 Lumentum、当时即将与 Coherent 合并的企业及其他厂商，采购激光器、PIC 等核心器 件，全力发展 LinkX 线缆与收发器业务。随着系统制造商触及铜缆的物理极限，硅光子 学在带宽、延迟、功耗、热量和可靠性方面均优于铜缆，2026 年 3 月 2 日，根据多年非 独家光学协议，英伟达向 Lumentum 和 Coherent 分别投资 20 亿美元，配套数十亿美元 的采购承诺以及未来先进激光组件的产能使用权。对于 Lumentum，将直接助力其在美 国新建晶圆厂，以提高产能并加速创新，满足未来人工智能数据中心的需求；对于 Coherent，进一步深化双方长达 20 年的合作关系，其将扩大对英伟达的产品线供应。
AI 集群的扩展瓶颈从（“算”转向（“连”。随着大模型参数迈向万亿级，传统可插拔光模 块在带宽密度与功耗墙面前步履维艰。铜缆在 224Gbps 的速率下，传输距离已被压缩至 两米以内。此时，共封装光学完CPO）技术从实验室命题跃升为产业核心议题。CPO 技 术将光引擎与交换芯片或计算芯片封装在一起，把高速电信号传输限制在毫米级距离内， 中远距离传输则交由光纤完成。相较于传统方案，其功耗可降低 40%以上，带宽提升 3 倍，延迟缩短 50%，正是英伟达正在大力推进的技术路线。根据 LightCounting，2025 年至 2030 年间，以太网交换芯片完包括共封装光学 CPO 的价值）将以 43%的复合年增 长率增长，预计到 2030 年，CPO 将为交换芯片市场带来约 47 亿美元的新增价值。
Lumentum 与 Coherent 深度参与英伟达 CPO 项目。英伟达于 2025 年 3 月宣布在其 InfiniBand 和以太网交换机上采用 200G/通道的 CPO 技术，而 Lumentum 和 Coherent 正是该技术所需激光组件的核心供应商。可以看到，对于 400k* GB200 NVL72 部署，从 基于 DSP 收发器的三层网络迁移到基于 CPO 的两层网络，可以节省高达 12%的集群总 功耗，将收发器功耗从计算资源的 10%降低到仅占计算资源的 1%。
外置光源完ELS）避免反复的热循环缩短激光器的使用寿命。在 Quantum-X 和 SpectrumX 交换机中，支撑光学性能的核心是其先进的外部激光源完ELS）模块，重塑了激光源如 何将光传输到内置光引擎的方式。ELS 模块位于独立于主交换机机箱的专用热控环境中， 确保每个激光器均在稳定的散热条件下运行，不仅有效减少了波长漂移，还能缓解老化 机制可能导致的早期故障。每个 ELS 包含八个高质量激光器，这些激光器通过光纤精确 耦合至光学引擎。单个 ELS 可支持 Quantum-X 交换机的 576 个发送通道中的 32 个通 道，为 CPO 光引擎提供稳定且分布式的光源，实现高带宽密度；Spectrum-X 交换机将 采用相同的 ELS 模块，其中单 ASIC 使用 16 个模块。
硅光模块是基于 CMOS 工艺的集成光通信方案，用于应对高速率需求。随着数据中心、 核心骨干网等场景进入到 800G/400G 及更高速率时代，单通道所需的激光器芯片速率要 求将随之提高，利用 CMOS 工艺进行光器件开发和集成的新一代硅光技术成为一种趋势。 硅光需外置 CW 激光器作为光源。硅光芯片的组成包括：1）数字信号处理器完DSP）： 实现串并/并串转换、纠错、遥测、速率适配及互通性等信号处理功能；2）驱动器完Driver）： 放大来自数字信号处理器的电信号，用于驱动激光器工作；3）跨阻放大器完TIA）：放 大探测器输出的电信号；4）硅光芯片完SiPho）：完成电信号与光信号的双向转换；5） 连续波激光器完CW Laser）：提供连续波形式的激光光源。受限于硅材料本身特性的限 制，目前硅光方案还需要通过外置光源耦合的方式为硅基芯片提供持续稳定的光输入， 这对外置光源激光器提出了更高要求：稳定的单模输出、优异的高温性能、高可靠性。
当前硅光外置光源通常是采用工作在 O 波段的连续波完CW）分布反馈式半导体激光器 完DFB）芯片。
CW 激光器性能决定模块效能与成本。CW 激光器即连续波激光器，是通过持续的激发 能量来实现激光输出的，意味着激光一直保持开启直到停止。CW 激光器通常具有较低 的峰值功率和较高的平均功率。在数据中心和高速光模块中，CW 激光常作为“载波”， 通过外部调制器完如硅光调制器）对光信号进行数据编码，实现高速信息传输。数据显 示，这种“外调制”方式在 800G、1.6T 等超高速光模块中更为高效，例如应用于 1.6T 硅光模块泵浦光源中，能有效降低功耗和信号失真。作为核心发光元件，CW DFB 光源 技术路线的选择直接影响着光模块的性能、可靠性与成本结构，如材料体系完InGaAsP /InGaAlAs）、波导结构完BH/RWG）及集成方案，从根本上决定了光模块的性能上限、 可靠性表现与成本构成。 因 EML 短缺，CW+硅光方案成 AI 数据中心替代选择。CW（完连续波）激光仅责提提供 恒定光源，并搭配半导体晶圆代工厂制造的硅光子完Silicon Photonics）芯片作为外部调 变器，才能将电信号转换为光信号进行传输。因此不需在激光芯片上整合调变功能，芯 片结构较单纯，这也是在 EML 激光短缺之际，采用硅光子技术的 CW 激光方案成为各大 CSP 厂积极转进替代首选原因。 综上，我们认为，英伟达向上游光器件供应商投入 40 亿美元，是预期 AI 集群规模继续 放大、互联带宽持续升级，光学用量将系统性上行；同时释放 CPO 主流形态将采用“外 置光源+内置硅光”的架构，印证 ELS 技术路线的发展。短期来看，800G/1.6T 出货节 奏明确；随着 Spectrum-X/Quantum-X 交换机上推进更深度的光学集成，产业链价值向 上游 PIC/硅光工艺、激光器件、先进封装/光电共封装能力迁移，上游激光、关键光学器 件的产能优势将在长期更加凸显。 国际硅光市场由 Intel 与 Cisco 主导。国际方面，Intel、Cisco 是行业龙头，合计占据全 球硅光模块 88%的市场份额——Intel 已出货超过 800 万个光子集成电路完PIC），Cisco 通过收购 Acacia 强化硅光相干模块能力，2024 年推出 1.6T OSFP-XD 硅光模块。 Broadcom、Marvell 也在 800G/1.6T 领域布局，Broadcom 的 51.2T CPO 交换机已商用。 另一方面，跨国合作项目加速推进技术攻坚。由意法半导体完STMicroelectronics）主导 的欧盟 STARLight 项目，汇聚了 11 个国家的 24 家机构，被选为欧盟芯片计划的重点工 程。该项目旨在 2028 年前攻克 300 毫米硅光技术，围绕高速调制器、片上激光器、新 材料集成完如铌酸锂）和先进封装等核心挑战展开研究，目标是为数据中心、AI、通信 和汽车应用提供下一代解决方案。 中国企业在硅光模块、芯片及产业生态领域加速追赶。在此背景下，中国企业在硅光领 域正加速追赶，并通过在模块量产、芯片研发与生态建设上聚焦突破，逐步在部分细分 领域站稳脚跟。
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