光芯片处于光通信产业链高点，技术壁垒高，突破需要时间积累
光芯片是光模块中用于光电转换的核心部件，其作用是将接收到的光信号转化为电信号，然后再将经过处理后的电信号转化成为光信号输出。在发射端，其将电信号（0/1 二进制码）转换成光信号（0 对应于无光、1 对应于有光）；在接收端，其将光信号还原为电信号，导入电子设备。光芯片的性能与传输速率直接决定了光纤通信系统的传输效率。
光芯片原理示意图
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光芯片主要通过“Chip-OSA-Transceiver”的顺序进行封装，根据分装类型可以分为 TO分装或者多模 COB 分装，其中 TO 分装需要先封装成 TOSA、ROSA 或 BOSA。
光器件及光模块内部结构
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光芯片主要根据发光类型和调制类型可以主要分为 DFB，EML，VCSEL 三种。
DFB：目前常用的直接调制激光器，是在 FP 的基础上通过内置布拉格光栅，使激光呈高度单色性，降低损耗，提升传输距离。
EML：EML 激光通过在 DFB 的基础上增加电吸收片（EAM）作为外调制器，啁啾与色散性能均优于 DFB，更适用于长距离传输。
VCSEL： VCSEL 具有单纵模、圆形输出光斑、价格低廉和易于集成等特点，但发光传输距离较短，适用于 500m 内的短距离传输。
主要光芯片分类
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光模块迎来升级，光芯片成本占比快速提升。随着 400G 光模块逐渐部署，市场对于高速率光芯片的需求不断提升。从现有技术规格来看，400G 光模块主要分为 OSFP（25GPAM4*8）、QSFP-DD（50G NRZ*8）、CFP8 三种方案，其中采用 25G 光芯片的 OSFP 光模块制造难度较低，但是功耗较大。采用 50G 光芯片的 QSFP-DD 因其功耗较小，但由于其采用 50G 光芯片，制造难度和成本较高。
无论是哪一种模式，400G 对于高端、高速光芯片的需求都更加巨大，由于目前相关领域的光芯片基本由国外厂商把持，因此近年来，随着光模块的技术升级，光芯片的成本占比不降反升，从 10G 以下的低速光模块的 30%，上升至 25G 以上高速光模块的 60%以上。
光芯片占光模块成比重
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光芯片处于光通信产业链高点，技术壁垒高。从光器件产业链上看，主要可以分为晶圆，光芯片，光器件，光模块，光设备以及其它下游市场。其中，光芯片产业位于光通信产业链上游位置，且市场多为外国公司所占有。
光器件产业链
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光芯片制造流程复杂，工艺要求高。光芯片的制造过程可以分为芯片设计、基板制造、磊晶成长、晶粒制造四个环节。其中，磊晶生成的外延片质量（Wafer）是决定光芯片性能的关键因素，且生成条件较为严苛，是光芯片制备的重要环节。磊晶生长主要有MOCVD 与 MBE 两种方式。
MOCVD 方式主要以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
MBE 与 MOCVD 相比更加先进，主要方法是在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，从而生长出薄膜的技术方法，与 MOCVD 相比，MBE 可以加工原子级厚度的材料，但是技术难度更高。
光芯片技术瓶颈较高，突破需要时间积累。决定光芯片传输速率的是激光器开启与关闭的频率，频率越高，光芯片能够传输的速度越快。以高端的 25GB 光芯片举例，单个信号对应的时间仅为 0.04 纳秒。要达到如此高的开闭速度，光芯片厂商的技术水平面临巨大的考验。其中制约速率进步的因素主要有寄生效应和驰豫振荡。
寄生效应： 寄生效应：信号的传输本质上是电路中有/无电流的切换，当信号频率高，也就是电流切换速度快时，电感和电容引起的阻抗将使得电流无法快速切换，从而限制了信号转换的频率。当电流切换速度越快，寄生效应越发明显。
驰豫振荡：激光的输出是并不是一个平稳的过程，需要外部电流将输出的不平稳激光调制平稳，但是外部设备释放的调制电流越大，激光输出的不平稳性就越大。因此要在两者间达到平衡需要长时间的实验和技术积累。
分析认为，无论是光芯片上游的材料制备，外延生长，还是设计制造阶段所面临的寄生效应和驰豫振荡，都说明了光芯片传输速率的提升难度极大，需要较高的技术积累和足够的试错过程。因此，拥有高速光芯片成熟解决方案的企业竞争优势将进一步放大。因此，拥有高速光芯片成熟解决方案的企业竞争优势将进一步放大。
外企长期垄断高端光芯片，国产空间替代空间可期。近年来，我国光模块封装企业发展迅速，但是作为光模块核心器件的光芯片，却高度依赖国外企业。根据《中国光器件产业发展线路图（2018-2022）》显示，我国 10Gb/s 下的光芯片国产化率达到 80%，10Gb/s速率的光芯片国产化率接近 50%，而 25Gb/s 及以上的速率的光芯片则高度依赖出口，国产化率仅 3%。
光芯片国产率
资料来源：《中国光器件产业发展线路图（2018-2022）》
同时，国外主要光器件厂商都经历了重组与合并，行业集中度进一步提高的同时，在光芯片研制进度方面也进一步加速，随着 400G 光模块的进一步部署，国外顶尖厂商目前已经研发出了50G 甚至 60G 光芯片，并已经逐步投入商用。
