拆開一隻光模組,看清裡面每一顆晶片的江湖格局
一、讀者的一句話,讓我決定寫這篇文章
上次寫了光模組:AI時代被瘋搶的"高速公路收費站"之後,有位讀者留言:“感覺寫得意猶未盡,EML光晶片、DSP晶片那家佔優,中國有那些是成熟企業,那些是追趕企業?”
這個追問非常準。光模組作為一個成品,中國廠商已在全球TOP10中佔據7席,中際旭創、新易盛、光迅科技、華工正源,個個都是響噹噹的名字;還有天孚通訊這樣的光器件龍頭,在全球光器件市場排名第一。但如果你把光模組拆開,看看裡面最值錢、最核心的那幾顆晶片是誰在供,答案會讓你有點意外:基本都在美國和日本公司手裡。
今天這篇文章,就是來還這位讀者的“債”的。我們把光模組拆開,一顆一顆晶片地講清楚。
二、一顆光模組拆開,裡面到底有什麼?
光模組的核心功能,是把電訊號變成光訊號(傳送端),再把光訊號變回電訊號(接收端)。要完成這件事,它需要好幾顆不同功能的晶片,分別負責不同的任務。
拆開來看,主要分三大塊:
發射端——光晶片:負責把電訊號變成光訊號。核心是一顆雷射器晶片,根據傳輸距離和速率要求,可以是VCSEL、DFB或EML,也可以用矽光方案。雷射器旁邊還需要一顆Driver驅動晶片,把微弱的電訊號放大到能驅動雷射器的強度。
接收端——光晶片+電晶片:負責把光訊號變回電訊號。核心是一顆探測器晶片(PD),把接收到的光轉化為微弱的電流;旁邊還需要一顆TIA跨阻放大器,把這個微弱電流放大到能用的電壓訊號。
訊號處理——DSP晶片:這是整個光模組裡最核心、最貴、也最難替代的一顆晶片。它負責把從TIA出來的電訊號進行複雜的數字處理——去噪聲、補償失真、還原資料。對於高速率、長距離傳輸的光模組,DSP是不可或缺的核心部件;短距離場景下也有繞開DSP的LPO(線性可插拔光學)方案正在興起,但資料中心互聯的主流目前仍依賴DSP。
再看看這些晶片各自佔光模組總成本的比重。DSP晶片約20%-30%,是單顆最貴的晶片;EML光晶片約15%-25%;Driver+TIA合計約10%-15%;PD探測器約5%-10%。這幾顆晶片加起來,佔光模組總成本的50%到70%以上。封裝組裝只佔小頭,中國國產廠商賺的其實是“把別人做好的晶片組裝起來”的錢。
三、光晶片:EML最稀缺,VCSEL中國國產化最高
我們在光晶片那篇文章裡(光晶片:決定AI算力"天花板"的那顆心臟)詳細聊過光晶片本身的技術路線和產業鏈格局,今天側重講它們在光模組裡的角色分工和中國國產替代進度。
EML——最高端、最稀缺:800G/1.6T光模組的核心。目前全球主要由Lumentum、Coherent、博通(Broadcom)三家美國公司主導,日本三菱電機也是重要參與者。Lumentum是全球EML龍頭,訂單已排到2028年。中國源傑科技的100G EML已通過部分大客戶驗證,進入小批次匯入階段;200G EML已完成產品開發並推出,正處於客戶推廣階段。光迅科技也在自研EML上持續投入。
VCSEL——中低速率中國國產化率較高:短距多模光模組的核心。長光華芯等已具備25G VCSEL批次供貨能力;源傑科技在矽光CW光源領域已大規模出貨。但50G/100G高速VCSEL仍以Broadcom、Lumentum為主,中國國產處於送樣或小批次階段,乾照光電等新入局者還在客戶驗證或流片階段。
DFB——中國國產有一定基礎:中距光模組的主流方案。源傑科技、武漢敏芯、福建中科光芯等已能批次供應中低端DFB晶片,但高端DFB(如大功率CW光源用於矽光模組)仍大量依賴進口。
矽光——彎道超車的機會:用CMOS工藝整合光電器件,降低成本和功耗。預計到2026年,800G光模組中矽光方案滲透率將接近或突破50%。中國中際旭創正在自研矽光方案,但矽光核心晶片(調製器、PD等)仍大量依賴進口。
四、電晶片:DSP是比EML更難啃的骨頭
如果說光晶片側我們還在追趕,那電晶片側——特別是DSP晶片——基本還是一片空白。
DSP是光模組的“大腦”。它負責訊號處理、補償、調制解調。光訊號在光纖裡跑了幾公里之後,會被拉寬、失真、疊加噪聲——就像一首歌經過多次翻錄,高音糊了、節奏跑了。DSP的工作,就是根據一套複雜的數學模型,把這首“失真的歌”還原成原版錄音。沒有DSP,高速光訊號傳不遠、傳不快。
全球DSP市場的格局,可以用一句話概括:兩家美國公司壟斷。
博通(Broadcom)是絕對霸主,Marvell(2021年收購Inphi後)緊隨其後,兩家美國公司幾乎壟斷了整個市場。
為什麼DSP這麼難?它是整合了高速模數/數模轉換器的混合訊號晶片,設計門檻極高,需要深厚的訊號處理演算法積累、先進的製程工藝,而且和光模組的適配認證周期極長。DSP在光模組裡的地位,有點像發動機之於一輛轎車——外殼可以換,車燈可以換,但如果你要換發動機,底盤、傳動、油路幾乎全要重新設計。光模組廠商一旦圍繞某家DSP完成所有訊號鏈路的調校驗證,這套“磨合”就和DSP深度繫結了。換一家供應商,等於整輛車重新造——成本和時間,沒有人願意承擔。
中國在Driver和TIA上已有企業取得突破,優迅股份等公司已實現中低速率產品的批次量產,高速率產品仍在追趕中;但在DSP領域,目前仍處於早期研發探索階段,尚無任何規模化產品。
有個細節值得留意:博通本身就是全球EML重要供應商之一,Marvell有DSP,Lumentum有EML。再加上日本三菱電機在EML上的份額,美日公司在整個光模組產業鏈的掌控力極強。最值錢的晶片,從光到電,基本都被他們包攬。
五、中國國產替代:那顆晶片最先突圍?
綜合來看,光模組核心晶片的中國國產替代進度,可以分成四個梯隊:
第一梯隊(已實現批次替代):中低速率VCSEL光晶片、PD探測器。長光華芯等已具備批次供貨能力,三安整合等在中低端PD上已形成規模出貨。
第二梯隊(正在突破中):中低端DFB光晶片、Driver和TIA電晶片。源傑科技、武漢敏芯、福建中科光芯在DFB上已批次出貨;優迅股份等已實現Driver/TIA中低速率產品的批次量產,高速率產品仍在追趕中。
第三梯隊(小批次或驗證階段):EML光晶片。源傑科技100G EML已通過驗證進入小批次階段,200G EML已完成開發處於推廣階段;光迅科技自研EML推進中。
第四梯隊(基本空白):DSP電晶片。中國目前處於早期研發探索階段,尚無規模化產品,是整個光模組產業鏈最薄弱的環節。
矽光被看作彎道超車的機會——用CMOS工藝把光電器件整合在一顆晶片上,從設計思路上繞開傳統光晶片和電晶片的部分壁壘。中際旭創等龍頭企業已在自研矽光方案,但目前核心矽光器件仍大量依賴進口,真正的中國國產化還在路上。
六、拆開一塊光模組,看到的是整個產業的縮影
從光刻膠到光晶片,從DSP到ABF載板,這個系列講的其實是同一件事:在全球科技供應鏈裡,中國是最高效的“組裝者”,但在那顆決定產品上限的核心器件上,我們還是靠別人開的模具。
把別人做好的零件拼成最好的產品——這件事我們已經做到極致。但供應鏈的天花板,最終由那顆最難替代的零件決定。
差距不是一天形成的,也不可能一天追平。但看清差距、知道方向、保持追趕,本身就是在縮短距離。 (AI成長小記)
