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新基建风口已至，光通信芯片行业迎来新动力

2020年以来，中国政府部门多次指出加快推进新型基础设施(以下简称“新基建”)的建设，引起新基建相关领域的投资热潮。

（1）2020年2月14日，中央召开全面深化改革委员会第十二次会议，指出基础设施是经济社会发展的重要支撑，要以整体优化、协同融合为导向，统筹存量和增量、传统和新型基础设施发展，打造经济适用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系；

（2）2020年2月21日，中国共产党中央委员会总书记召开中共中央政治局会议，要求加大试剂、药品、疫苗研发支持力度，推动生物医药、医疗设备、5G网络、工业互联网等行业的发展；

（3）2020年3月4日，中共中央政治局常务委员会召开会议指出，加快推进国家规划已明确的重大工程和新基建项目，加大公共卫生服务，应急物资保障领域投入，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。

 

“新基建”的概念在2018年12月开展的中央经济工作会议中被定义，包括5G基站、特高压、高铁/轨道交通、新能源汽车/充电桩、数据中心、工业互联网及人工智能七大领域。

中国光通信芯片工艺发展水平对5G基站及数据中心的建设起决定性作，随着中国政府对新基建项目的推进，光通信芯片行业投资价值凸显

光通信芯片为光模块实现光电信号转换功能的核心器件

光通信芯片按功能的不同可分为激光器芯片和探测器芯片，是光模块最核心的功能芯片。激光器将电信号转为光信号而探测器将光信号转回电信号。激光器芯片和探测器芯片通过封装组成光发射组件和光接收组件（光发收组件），光发收组件与电芯片以及结构件等器件最终封装成光模块。

中国高速光通信芯片国产化率亟待提升

中国光通信行业在起步阶段，仅实现10G及以下的光通信芯片的进口替代，而10G以上的高速芯片仍依赖进口。2018年中国10G速率以下光通信芯片国产率已达到80%，10G速率的光通信芯片国产化率接近50%，而25G及以上高速率光通信芯片则严重依赖出口，国产化率仅5%。随着5G时代到来，市场对25G以上高速率芯片的需求逐渐释放，低速芯片逐渐市场边缘化，因此25G高速芯片生产工艺亟待突破。

“5G+数据中心”推动光通信芯片行业进入发展快车道

5G基站建设拉动通信设备厂商对光模块需求

5G使用更高的频率电磁波导致信号覆盖范围大幅缩小，信号覆盖同一个区域，通信设备厂商需建设5G基站的数量为4G基站数量的1.5-2倍。截至2024年，中国将新建260万架宏基站及300万架微基站。5G宏基站承载网采用前传、中传以及回传的三级架构。三级架构相比传统的二级架构增加了一层光传输环节，光端口数量增加，光模块的需求也因此增加。据在头部基站无线设备厂商的专家分析，单个5G宏基站前传需48块25G及以上速率的光模块，中传需8块50G及以上速率的光模块，而回传需4块100G及以上速率的光模块。微基站仅有中传及回传，中传及回传需要光模块的数量与宏基站相同。

数据流量暴涨带动数据中心运营商对光模块需求增长

由于云计算、大数据、虚拟化等新兴技术的落地，数据流量成指数级增长。数据中心内部流量在数据总流量占比超过三分之二，已然占据主导地位，因此更适于数据中心内部数据交互的扁平胖宽的叶脊架构成为数据中心厂商首选。传统数据中心前端网络采用三层网络机构，根据功能划分为核心层、汇聚层以及接入层。而叶脊架构将传统数据中心三层架构中的核心层与汇聚层融合，减为二层网络架构（叶交换机与脊交换机），并增加叶交换机以及脊交换机的数量。中国新建数据中心超过70%采用叶脊网络架构。

 

与传统网络层相比，叶脊网络数据中心对高速光模块（10G及以上）需求量大幅上升。例如，对于1,000个机柜（单机柜30台服务器）、总出口带宽1T的大型数据中心，采用传统三层架构需核心层交换机4台，汇聚层交换机20台，接入层交换机2,000台。传统三层架构数据中心核心层与汇聚层之间需160块40G块高速光模块，核心层与骨干网之间需16块100G光模块。同样规模下采用叶脊架构的数据中心需300台左右叶交换机。由于1,000个机柜共有30,000台服务器，单台叶交换机需下行连接100台服务器，因此下行带宽为1,000G。为了保证收敛比（三比一），上行带宽需达到330G，则对应脊交换机8个。叶脊架构的数据中心需4,800块40G光模块以及32块100G光模块。叶脊架构所需的高速光模块数量（40G以及100G）是传统三层架构的30倍左右。光通信芯片作为光模块的核心器件，也将受益于数据中心运营商对光模块需求升级。

受益于5G基站的建设以及数据中心的升级，光通信芯片行业加速增长

中国光通信芯片行业处在发展初期，25G系列的高速芯片均未实现销售。2019年中国光通信芯片市场规模为15.4亿美元，2015年至2019年中国光通信芯片市场规模年复合增长率为13.4%。未来5年光通信芯片行业享受5G基站加速建设与数据流量暴涨的红利，市场规模仍保持高速增长。

3D传感技术赋能光通信芯片行业，开启VCSEL芯片在消费电子应用新时代

传统的VCSEL光通信芯片主要应用在数据中心，随着3D传感的爆发，VCSEL芯片进入消费电子领域。IPhone X手机率先使用基于结构光方案的3D传感技术，开启VCSEL芯片在消费电子应用新时代。移动端3D传感有三种主流的方案：结构光、TOF时间光、双目立体成像。结构光方案发展最为成熟，因其具有功耗低、分辨率及精度高等优势，更适合消费电子产品前置近距离摄像，尤其适合应用于人脸识别、手势识别等领域。

结构光方案工作原理是红外激光发射器（IR LD）发射出的近红外光（IR Light）经过人体的反射后到达红外图像传感器（IR CIS）获取人体位置信息，同时可见光图像传感器（Vis CIS）获取人体的二维信息，实现三维空间定位。近红外光源主要有VCSEL、LED和EEL三种方案，VCSEL以其高效的光电转换、低功耗、高可靠性、响应速度快等特性成为结构光方案中近红外光源的最佳选择。

2019年全球市场，应用于智能手机的VCSEL芯片将达2.4亿块，是VCSEL芯片在通信应用领域需求量的五倍。另外，伴随着5G的普及，预计将会开发出更多的应用场景，VCSEL芯片需求量也随之增长。因此VCSEL芯片成为光通信芯片行业新的盈利点。

光讯科技波长850nmVCSEL芯片（应用于通信领域）的工艺已趋近成熟，为研发应用于3D传感场景中用到的940nmVCSEL奠定了基础。随着消费电子对VCSEL芯片的需求爆发，未来会有更多的光通信芯片企业进军VCSEL芯片。

光通信芯片需求升级以及应用领域扩宽加速行业发展

中国5G基站处于大规模建设阶段，5G基站的建设需大量的光模块以及配对的光通信芯片实现光电信号的转换。从基站的建设周期分析，中国三大运营商在2013年12月获得4G牌照，到2018年基本完成4G网络的全面覆盖，因此4G网络的建设周期在4年左右。5G使用更高的频率电磁波导致信号覆盖范围大幅缩小，信号覆盖同一个区域，通信设备商需建设5G基站的数量远超出4G时代需建设的基站数量。5G网络的建设周期预计在5-6年，因此，未来5-6年光通信芯片行业将享受5G时代的红利。

 

为解决数据流量暴涨，数据中心运行商需建设大量的新型数据中心，而光模块以及光通信芯片为数据中心实现光电转换的基础部件，因此数据中心的建设拉动市场对光模块以及光通信芯片的需求。新型的建设的数据中心有以叶脊架构数据中心为主导，而叶脊架构所需的高速光模块数量（40G以及100G）是传统三层架构的30倍，进一步扩大数据中心运营商对光通信芯片的需求。

 

现阶段，中国用于3D传感技术的VCSEL芯片主要依赖进口。随着3D传感的爆发，VCSEL芯片在消费电子领域的渗透率会提高。为满足中国消费电子市场对VCSEL芯片的需求，大量的光通信芯片企业开始研发VCSEL芯片，未来VCSEL芯片将正为中国光通信芯片行业新盈利点。