【原文载于 《雪球参考》2023-03期，整理和更新自原专栏文章，更新了数据和观点，供大家参考】
$长光华芯(SH688048)$ $炬光科技(SH688167)$ $大族激光(SZ002008)$ #半导体# #激光芯片#
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“激光芯片的商业模式核心，即技术研发/资本开支→先进产品和产能建设→进入供应链并稳定保供→销量利润。”
一、激光芯片：激光产业关键部件
激光是原子中的电子吸收能量向高能级跃迁后，自发落回低能级时产生的光，具有频率、相位、方向的一致性，在材料加工、科研军事、通信、医疗美容等领域具有重要应用。根据产生激光的增益介质不同，激光器可分为气体、液体、固体和自由电子激光器，其中固体激光器体积小、功率高、维护成本低，应用最广。而激光芯片是固体激光器中最具代表性的产品，其产生的激光可以直接作为激光源被使用，也可以作为光纤和晶体激光器的泵浦光源（为光纤和晶体中的电子提供能量向高能级跃迁）。激光芯片上游包括各类材料、光学元件和加工设备，制造出来的激光芯片经过封装耦合形成光纤耦合模块，可以提供给激光器厂商生产激光设备。
2021年全球激光器行业营收为184.80亿美元，过去5年CAGR为11.4%，其中半导体激光器约79.5亿美元，过去占比维持在40-45%，其中高功率半激光导体市场为19.8亿美元，占激光器市场整体的10.8%。中国2022年激光设备和光纤激光器市场规模分别为876亿和138亿（详细可参考《2022年中国激光产业发展报告》）。
二、业务模式：遵循“摩尔定律”，关键看人才+技术+资本
激光芯片发光的核心是半导体材料，其部分制作工艺和集成电路类似，也具有“摩尔定律”。过去40年，激光芯片的亮度每8年增长10倍，生产成本每5年将降低为原来的1/10，销售价格随之下降。因此技术迭代和单位亮度成本的降低是各家企业竞争的关键。
与集成电路不同，激光芯片龙头厂商多为垂直整合制造IDM模式，而不是无工厂Fabless模式。个人认为根本原因是处理器芯片的难点不仅在高度上需要考虑如何加工各层物质、使其具有正确功能，还需要在长度和宽度上考虑逻辑电路的设计、实现对信息的正确处理，因此采用Fabless模式可以减少大规模资本性投入，有利于芯片设计企业将资源集中于电路优化、版图设计、仿真模拟等环节。而半导体激光器只需要对能量进行处理，将电能转换成光能，只需要考虑微观高度上各层物质的加工以及宽度上的分割处理，不需要处理信息。因此激光半导体的技术壁垒主要在于材料加工（外延、晶圆处理、腔面保护等），与IDM模式更匹配。同时IDM模式保留了快速响应下游激光客户需求、实现弹性生产、对新技术进行验证和迭代、避免海外断供的优点。例如VCSEL龙头纵慧芯光在外延生长委外代工模式下，迭代一轮要3-6个月，而掌握外延生长工艺后迭代周期能缩短至一星期。
由于IDM模式涉及的专业领域较多，所以具备全面且经验丰富的研发团队就很重要，来维持技术领先优势、积累关键工艺和设备使用的know-how，满足客户定制非标产品的需求。同时电子束光刻机、镀膜机、外延和离子注入等设备单台价格均超千万，带来了一定的资金壁垒。
到此我们以IDM模式为核心就看清楚了激光芯片的商业模式核心，即技术研发/资本开支→先进产品和产能建设→进入供应链并稳定保供→销量利润。
三、长光华芯市场地位
长光华芯成立于2012年，由海外归国博士团队依托中国科学院长春光机所创办，从边发射（EEL）芯片做起，主要生产高功率单管和巴条芯片，2018年和2020年分别拓展面发射（VCSEL）芯片及光通信芯片业务，2020年首次实现VCSEL营业收入。2021年公司单管、巴条、VCSEL收入分别占84%、13%、2%。
目前激光芯片市场中，海外企业发展更成熟、技术更先进，包括Coherent（原贰陆集团与Coherent合并）、朗美通Lumentum、恩耐nLight、IPG光电、欧司朗等。国内多数企业还在发展阶段，高功率激光芯片领域包括长光华芯、武汉锐晶、华光光电、深圳瑞波、陕西源杰等，VCSEL芯片包括长光华芯、纵慧芯光等。
对于长光华芯的市场地位，可以从技术能力、产品性能、市场份额三个方面来分析。
在技术能力方面，激光芯片生产高度依赖制造工艺，特别是外延、晶圆处理、腔面钝化等环节，公司已经实现了从外延到激光系统的技术覆盖，同时去年二季度投产的6吋产线也是国内首家、全球第二家。良率方面，整体良率=外延良率×晶圆工艺良率×解理镀膜钝化良率，前两者与集成电路制造相通，公司可以达到99%以上的良率，最薄弱的环节是解理镀膜、腔面钝化，长光更新产线后能提升至50%左右，未来理想情况下还有10%的优化空间，这领先国内同行普遍40%的水平。
产品性能方面，参考招股书167-173页，2021年长光在产品效率、功率等方面基本对标国际一线大厂。目前单管功率可达35W，今明年可达40W，整体上与国际大厂齐头并进、领先国内厂商。
在市场份额方面，参考招股书161-162页的算法，2021年我国激光设备市场规模821亿，对应高功率激光芯片5.5亿元；如果按照光纤激光器市场125亿和占工业激光器比例50%计算，高功率激光芯片市场规模约为6.9亿元。考虑2021H1单管芯片销售在高功率系列中占比已达到约50%且不断提升，2021年芯片实际销售额大约为2.3亿上下（2亿元芯片+0.3亿元模块中的芯片），基本对应公司去年披露的2021年35%市占率，且未来仍有提升空间。第二名武汉锐晶2021年向其关联方锐科激光销售0.62亿元，假设全部都是激光芯片，其市占率约为10%，因此长光的份额大幅领先其他厂商。
对于激光芯片这种技术驱动的企业，人才团队是上述优势背后不可忽略的因素。长光核心人物有四位。董事长闵大勇2000年入行后先后在华工科技、华工激光、锐科激光、华日精密担任高管，从光纤激光器、全固态激光器做到半导体激光器，逐步向技术难度更高的产业链上游从业。CTO王俊毕业于McMaster大学工程物理方向，曾在SLI、光谱物理、Lasertel、恩耐等公司工作，曾任外延技术部经理、晶体生长部经理、激光器件部技术总监等职位，他放弃美国国籍回国创业，是长光能够自主完成激光芯片制造的核心人物。副总经理廖新胜毕业于中科院长光所凝聚态物理专业，曾任联芯激光、恩耐以及科技部先进电子材料的专家。副总经理潘华东曾在恩耐激光、欧莱美激光担任研发工程师。这四位核心技术人员都具有丰富的产业和研发经历，特别是都曾在国际一线大厂担任技术专家，相比国内其他厂商长光具备了更加稀缺的人才资源，是长光保证技术领先优势的前提，四位成员也通过持股和长光进行了绑定。
四、高功率激光芯片业务：市场增速空间有限，依赖国产替代和市占率提升
目前高功率激光芯片下游主要是光纤激光器以及各类工业应用场景。在2018年中美贸易摩擦后，西方禁止向国内出口单管15W以上、巴条100W以上的高功率芯片，同时疫情增加了海外断供的风险，为国产激光芯片过去几年快速发展提供了机遇。长光作为国内的龙头，在利用过去的机遇进入主要下游厂商后，核心问题就来到未来的市场规模、市占率、毛利率以及供应保障。
首先未来下游市场增速会爆发吗？个人认为大概率不会。因为激光器行业与工业制造密切相关，过去5年增速维持在10-15%，略高于工业产值整体增速。考虑今年在通胀压力下美联储并不会放松货币政策，全球的经济形势和制造业仍然承压。特别是2022年下半年国内激光器需求因宏观环境波动而疲软，如果观察A股上市的大族激光、华工科技等9家激光设备企业，2022Q3总收入同比-4.8%，主要因为消费电子、金属加工等行业的需求下滑严重导致激光设备销售降低，是长光在2022Q3收入同比-47%的主要原因。但好消息是锂电、光伏等新兴产业各家激光器公司的设备收入有显著增长。综上，预计激光器行业整体仍然是波动略增的情况，主要增长来自新能源需求，其他行业可能低迷或增速较低，长周期看仍然维持约10%的增速。
第二市占率方面，长光在国内市占率的天花板会是多少？这里要分三类公司计算。对于IPG、相干、恩耐等外企，他们自产芯片，长光切入的机会不大，但这些公司激光器市占率正在逐年下降，目前为32%，假定未来降低至25%，不为长光贡献市占率。对于锐科激光，其关联方武汉锐晶与长光华芯供货比例约为6:4，假设未来长光未来能够提升至50%，锐科市占率按照35%计算，能够为长光贡献18%的市占率。其余国内的厂商，按照长光的目标，80%采购长光的芯片、20%由其他国产企业或外企供应，这部分为长光贡献40%的市占率。因此长光未来3年市占率理想的情况为55-60%，相比前文测算的35%大约提升70%。
图1：2021年中国光纤激光器市场销售份额
来源：《2022中国激光产业发展报告》
第三毛利率是否有下滑的风险？短期内看，下游激光器毛利波动不会影响长光的毛利。对于激光芯片，国内生产先进高功率芯片的只有几家，而且芯片在激光器成本中大约只占1%（580亿vs5.5亿），因此下游议价权很弱且没有议价必要。第二是公司光纤模块和芯片出货的比例会如何变化。长光的经营理念是为客户提供不能制造的产品，如果客户没有封装技术则会为客户提供模块，但模块相比芯片毛利增加量并不高。目前国内仅锐科、创鑫、杰普特具有封装技术，预计远期长光出货中2/3为芯片，1/3为模块。第三是公司长期是可以维持高毛利水平的。这里可以参考海外激光芯片龙头和技术驱动的硬件公司，只要能够维持自身的技术优势，毛利长期内是可以稳定在50%上下的。
图2：海外激光芯片龙头公司毛利率变化
来源：Wind，公司公告
图3：技术驱动型硬件公司毛利率变化
来源：Wind，公司公告
第四产能和供应方面，公司6吋产线已经投产，由于边缘利用率提升，相比原有3吋生产线每个晶圆上的芯片数目增加5倍，材料成本降低40%，次品率降低1/3，总的产能提升3-5倍、达到6000万个单管/年的水平，产能不会成为未来放量的限制因素。对于芯片制造上游的设备和材料，目前大部分设备和材料可自制国产，核心材料是国内外供应商并行，使用到的6吋光刻机虽然在激光芯片领域领先，但是落后于集成电路的12吋，市场上保有量很高，整体供应风险不高。
五、VCSEL芯片：有望快速放量，营收总量较低
VCSEL芯片2021年全球市场规模12.5亿美元，手机和通信需求分别占64%和35%，汽车雷达是下一个重要增长点。手机领域，VECSL在2017年被苹果用于人脸识别模组后开始备受关注，但由于技术壁垒和成本较高，安卓厂商在短暂尝试后转向了屏下指纹识别技术，2020-2021年出货量下降24%。在自动驾驶领域，激光雷达是不可或缺的原件，相比边发射EEL技术，VCSEL发散角小、工作温度和电流范围宽、可阵列集成、成本更低，更适合用于探测，缺点是目前功率偏低。但随着结数提升，芯片功率密度将达到使用要求，VCSEL将凭借低成本率先应用在补盲雷达。到2025年，L2.5/L3按照10%/3%渗透率、每辆车激光雷达0.5/2个、VCSEL渗透率40%、每个雷达需要140个VCSEL计算，大约需要1.6亿个，市场规模约为5-6亿元。
VCSEL行业龙头为Coherent和Lumentum，2020年两者销售额占全球的42%和37%，其中Lumentum在车载VCSEL较为领先。我国起步较晚、格局分散，目前国内纵慧芯光和长光华芯处在前列，其中纵慧截至2022H1出货量累计超过5000万颗，长光2021年VCSEL营收800万元、出货量大约百万量级，两者均有华为入股。目前两者在结数、功率密度、光束质量等参数上与Lumentum基本接近（公司官网均有产品信息），但可靠性和量产成本仍然有所落后。下游激光雷达产品走在前列的公司主要有禾赛、速腾聚创、华为和Innovusion，长光与前三家公司较为密切。
在竞争格局上，车载VCSEL要求较高，因为对发散角、光功率密度、工作温度范围要求更高，同时激光雷达要求芯片承受超短脉冲大电流，技术壁垒较高。纵慧芯光在2020和2021年分别通过了AEC-Q102和IATF16949车规认证，去年中中标某头部LiDAR客户前装量产项目。长光华芯整体进度上落后2年左右，2022年通过IATF认证，AEC-Q仍在认证中。但纵慧是Fablite模式，只掌握外延工艺，剩余委外代工。而长光的IDM模式在迭代速度上更快，且由于VCSEL与EEL材料同为砷化镓体系，工艺重合度在70%以上，因此长广具有追赶基础。长光华芯VCSEL产能满产可达到7000万个，足够支撑放量。
到2025年国内激光雷达大约为5-6亿元，考虑Lumentum和纵慧目前较为领先，长光按照20%市占率计算，大约能分得1亿多元的市场。
六、长光华芯是一家优秀的公司，但价格还有吸引力吗？
投资结论的核心矛盾归根到底是性价比，用过高的价格买一家好公司并不能带来理想回报。长光华芯在人才、技术、资金、产能供应上都有优势，所专注于的激光芯片领域竞争难度较高、对手不多，因此问题关键在于价格到底是否合适。
到2025年，高功率激光芯片领域按照行业增速12%、公司市占率达到60%、毛利率55%计算，预估营收9.87亿、毛利5.43亿；VCSEL领域按照1.2亿营收和60%毛利计算，毛利0.72亿。两者共11.07亿营收、6.15亿毛利，假设期间费用从目前35%降至17%，所得税维持5%，不考虑其他科目，净利润为4.05亿元。
在估值方面，个人认为2025年给予45-55倍市盈率较为合理。首先Coherent、Lumentum、nLight等公司历史市盈率大多30倍附近，其次公司的高功率产品达到60%的市占率后增速会回落到30-40%左右（市场增速+市占率增速），VCSEL增速高但收入规模相对偏低，整体业绩增速在40%左右。考虑公司的龙头地位，在30倍PE上给予一定的溢价较为合理。
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