研判2025！全球及中国硅光芯片行业运行现状、市场规模及竞争格局分析：行业规模不断壮大，国内企业加速布局[图]

内容概要：硅光芯片，顾名思义，是指在硅衬底上利用微纳加工技术构建光子器件和电子器件，实现光信号的产生、调制、传输、检测和处理等功能的集成光子芯片。其核心理念是将光子器件集成到成熟的硅基CMOS工艺平台上，充分利用硅材料的光学特性和CMOS工艺的低成本、高集成度优势。硅光芯片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。经过20余年的快速发展，得益于大容量数据通信场景的日益增加以及新需求、新应用的出现，硅光芯片技术研究已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动，2024年全球硅光芯片市场规模接近1.5亿美元。未来，硅光芯片仍具备广阔发展前景，市场规模将进一步壮大，应用领域也不断拓展。硅光芯片凭借其独特的优势，在多个领域展现出巨大的应用潜力，并有望替代现有技术方案，成为未来信息技术发展的关键支撑。硅光最主要、最直接的应用场景是数据中心。此外，硅光芯片在电信、光学激光雷达、量子科技等领域也有广阔的发展前景。从企业布局来看，目前，国际公司在技术和市场上拥有领先优势。英特尔占据市场主导地位，思科作为市场领导者也在通过收购Lightwire、Luxtera及Acacia等公司积极布局硅光领域，市场份额领先于其他企业。国内的中际旭创、剑桥科技、光梓科技、赛勒科技等企业也开始参与竞争。

上市企业：中际旭创(300308)、剑桥科技(603083)、华工科技（000988）、新易盛（300502）、光迅科技（002281）、博创科技（300548）、亨通光电（600487）

相关企业：中际旭创股份有限公司、上海剑桥科技股份限公司、光梓信息科技（上海）有限公司、南通赛勒光电科技有限公司、北京弘光向尚科技有限公司、苏州熹联光芯微电子科技有限公司、武汉华工正源光子技术有限公司、成都新易盛通信技术股份有限公司、武汉光迅科技股份有限公司、博创科技股份有限公司、江苏亨通光电股份有限公司、杭州洛微科技有限公司

关键词：硅光芯片、硅光模块、光芯片、数据中心

一、硅光芯片相关概述

硅光芯片，顾名思义，是指在硅衬底上利用微纳加工技术构建光子器件和电子器件，实现光信号的产生、调制、传输、检测和处理等功能的集成光子芯片。其核心理念是将光子器件集成到成熟的硅基CMOS工艺平台上，充分利用硅材料的光学特性和CMOS工艺的低成本、高集成度优势。

从1969年美国贝尔实验室提出集成光学开始，到21世纪，Intel等企业开始进入硅光领域协助突破发展，硅光子技术开始进入产业化技术突破阶段。2008年后，Luxtera、Intel等公司开始推出商用硅光集成产品，硅光芯片开始正式进入市场化阶段。硅光技术的发展整体可分为四个阶段：第一阶段，通过硅基材料制造光通信的底层器件，逐步取代光分立器件；第二阶段，集成技术从混合集成逐渐向单片集成发展，将各类器件通过不同组合实现不同功能的单片集成，这也是目前硅光子技术的发展现状；未来第三阶段，预计将通过光电一体技术融合，实现光电全集成融合；第四阶段，器件分解为多个硅单元排列组合，矩阵化表征类，通过编程自定义全功能，实现可编程芯片。

硅光芯片的核心优势包括：（1）高速与低延迟：硅光芯片支持单通道100-400 Gbps的传输速率，通过并行复用（如8×50 Gbps）可实现Tbps级带宽。例如，华为的400G QSFP-DD光模块采用硅光方案，单模块功耗仅5 W，延迟低于10 ns。（2）小型化与高密度集成：硅光芯片的封装尺寸可缩小至10×10 mm²，相比传统光模块（如QSFP-DD的39×13 mm²）体积减少70%。这使得在单个服务器节点中可集成数千个光通道，满足数据中心的高密度需求。（3）低功耗与高能效：硅光调制器的功耗密度为0.1-1 pJ/bit，而传统铜互连在PCIe 5.0（32 GT/s）时功耗密度已达10 pJ/bit。例如，Meta的硅光互连方案将数据中心能耗降低40%。（4）与电子系统的兼容性：硅光芯片不仅与CMOS工艺具有兼容性，利用硅基半导体制造的高精度（纳米级光刻）、大规模量产能力和成熟的供应链，使硅光芯片的制造成本远低于传统光子器件，如InP基光模块。Intel的硅光芯片量产良率已超过90%，单片集成超过100个光子元件。此外，硅光芯片还可直接与CMOS电子芯片通过铜线键合或硅通孔（TSV）互联，实现光-电混合信号处理。例如，IBM的硅光芯片与Power9 CPU封装在同一基板，实现100 Gbps/通道的片间互连。

一个典型的硅光芯片通常包含以下几个关键结构组成部分：（1）硅基光波导：作为硅光芯片的“高速公路”，光波导负责传输光信号。硅材料因其高折射率（约3.47）与二氧化硅（折射率约1.45）形成的强折射率差，能够有效约束光场，实现低损耗的光传输。常见的波导结构包括脊波导、槽波导和带隙波导等，分别适用于不同应用场景。（2）光调制器：光调制器是硅光芯片的关键功能器件，用于将电信号转换为光信号，实现对光载波的调制。硅光调制器主要基于两种物理效应：电光效应和热光效应。（3）光探测器：光探测器用于将光信号转换为电信号，实现光电转换。硅材料在通信波段（1310nm和1550nm）的吸收较弱，因此通常需要采用锗材料或III-V族半导体材料与硅集成，构建高效的光探测器。（4）光源：由于硅的间接带隙特性，难以直接高效发光，硅光芯片通常采用外部耦合、混合集成、异质集成等方案实现光源功能。（5）集成电路：硅光芯片不仅包含光电子器件，还集成了电子电路，用于信号处理、控制和驱动。这些电路基于成熟的CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺，与光学部分无缝衔接，实现光电协同工作。

二、硅光芯片产业链

与电芯片相似，硅光芯片的产业链上游为晶圆、设备材料、EDA软件等企业；中游可分为硅光设计、制造、模块集成三个环节，其中部分公司如Intel、ST等为IDM企业，可实现从硅光芯片设计、制造到模块集成的全流程；下游则主要包括通信设备市场、电信市场和数通 市场（数据中心通信市场）。随着硅光市场规模逐渐扩大，传统光模块厂商也在通过自研/并购切入硅光设计领域。从设计、制造、封装以及硅光器件来看，硅光技术整体仍有较大提升空间，产品性能及成熟度有待提升，同时下游客户验证也需要时间。

三、硅光芯片市场规模

硅光芯片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。经过20余年的快速发展，得益于大容量数据通信场景的日益增加以及新需求、新应用的出现，硅光芯片技术研究已逐渐从学术研究驱动转变为市场需求驱动，2024年全球硅光芯片市场规模接近1.5亿美元。未来，硅光芯片仍具备广阔发展前景，市场规模将进一步壮大，应用领域也不断拓展。

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硅光芯片凭借其独特的优势，在多个领域展现出巨大的应用潜力，并有望替代现有技术方案，成为未来信息技术发展的关键支撑。硅光最主要、最直接的应用场景是数据中心，英特尔在该领域占据主导地位。在数据中心互连方面，随着数据中心规模的不断扩大，服务器之间、服务器与交换机之间的数据传输需求呈指数级增长。现有技术方案主要由铜缆和光模块构成。短距离互连（<100m）市场主要被铜缆（DAC/AOC）占据，但随着速率提升，光模块渗透率逐渐增加。长距离互连（>100m）市场则由传统光模块主导。硅光芯片在数据中心互连领域具有巨大的替代潜力，尤其是在高速率、长距离应用中。2024年全球硅光芯片在数据通信接插件领域市场规模约为1.1亿美元。

电信领域逐渐成为硅光芯片重要应用领域之一，硅光芯片在电信领域中的应用规模从2019年的1.5百万美元增长至2024年的约3千万美元。在电信随着5G/6G通信的普及，对网络带宽和传输速率的需求不断提高。高速通信网络市场长期以来由InP基光器件和模块主导，尤其是在长距离传输和高性能应用中。硅光芯片在城域网和部分骨干网应用中具有替代InP方案的潜力，尤其是在成本敏感型和高集成度要求的应用场景。在城域网应用方面，城域网对成本和功耗更加敏感，硅光芯片的优势更加明显。预计硅光芯片将在城域网的100G/400G/800G光模块市场占据重要份额。根据市场研究机构的预测，城域网光模块市场规模在未来几年将保持稳定增长，硅光芯片在其中的市场规模预计可达数亿美元。在部分骨干网应用中，例如短距离骨干网或特定场景，硅光相干光模块也开始展现竞争力。虽然骨干网市场对性能要求更高，InP方案仍占据主导地位，但硅光技术的进步正在逐步扩大其在骨干网市场的应用范围。硅光在骨干网市场的份额相对较小，但随着技术成熟，未来有望逐步提升。

硅光芯片在光学激光雷达、量子科技等领域也有广阔的发展前景。激光雷达是自动驾驶汽车、机器人、无人机等领域的核心传感器，市场潜力巨大。市场目前主要由机械扫描式和混合固态激光雷达主导，固态激光雷达正在快速发展。硅光芯片在固态激光雷达领域具有革命性潜力，尤其是在基于光学相控阵(OPA)的固态激光雷达中。硅光芯片在量子计算和量子通信领域也展现出一定的应用潜力。硅材料具有低损耗、高折射率等特性，可以用于构建量子光子芯片，实现量子比特的操控和量子信息的传输。硅光芯片在量子计算和量子通信领域还处于极早期的研发阶段，市场规模不确定性高，但长期潜力巨大。除了以上主要应用市场，硅光芯片在消费电子、工业控制、航空航天、生物传感和医疗诊断等领域也存在潜在应用机会，但目前市场规模较小，尚处于探索阶段。例如，硅光芯片在光纤陀螺仪、光纤传感器等领域可能具有应用潜力，但市场规模相对有限。

四、硅光芯片企业布局

国际公司在技术和市场上拥有领先优势。英特尔占据市场主导地位，思科作为市场领导者也在通过收购Lightwire、Luxtera及Acacia等公司积极布局硅光领域，市场份额领先于其他企业。国内市场，在当前中美科技竞争的背景下，国内企业开始测试并验证国内的硅光产品，寻求国产替代，以促进硅光芯片行业的自主化进程。当前部分中国光芯片企业已进行了一定的技术积累，如华为海思、阿里等已经率先采用新型硅光芯片进行研发和生产，如华为6GAI芯片、阿里云芯片等，尤其是部分初创企业的设计能力具备一定的全球市场认可度与竞争力。目前国内硅光芯片的参与者主要分为两大类：一类是传统光模块企业纵向布局，如中际旭创、剑桥科技等；另一类则是海外科技大厂技术人员回国创业，如光梓科技、赛勒科技等。

四、硅光芯片发展趋势

未来，硅光芯片将迎来智能化、量子化与普及化的三重技术革命：（1）智能化升级。硅光芯片将与人工智能深度融合，突破传统光电器件的物理边界，实现信号处理与智能决策的深度融合。例如谷歌2023年发布的AI驱动硅光芯片，已能通过动态路径优化实现光信号的自适应调控。这种变革将推动光子计算从理论走向实践，为千亿参数大模型训练提供超低延迟、高能效的算力基座。（2）量子化突破。在量子技术领域，硅光芯片正成为量子比特操控的核心载体。清华大学团队已在硅基芯片上实现多光子纠缠态生成，而IBM等企业正加速量子硅光芯片研发，推动光子量子比特的精准操控。预计2030年前后，基于硅光技术的量子计算机将突破现有算力瓶颈。（3）多元化应用。从数据中心到量子科技，硅光芯片将渗透至社会生产生活的各个领域。据预测，到2031年全球硅光芯片市场规模将超10亿美元。

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