突破光電芯片，中國光通信才能既大又強(qiáng)

中國是全球最重要的光通信大國，在光纖光纜領(lǐng)域擁有舉足輕重的地位，然而在光器件領(lǐng)域，特別是光通信芯片領(lǐng)域，中國產(chǎn)業(yè)還有很大的進(jìn)步空間。

光電芯片是短板

在光通信產(chǎn)業(yè)里，中國是最重要的光纖光纜生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)智研科研的研究報(bào)告顯示，2018年中國光纖預(yù)制棒產(chǎn)量將達(dá)到9500噸，全年光纖光纜需求量將達(dá)到3.5億芯公里，產(chǎn)銷量均占全球的一半以上。而且在光纖預(yù)制棒、超低衰減大有效面積光纖、海纜等方面，中國均有長足的進(jìn)步，技術(shù)實(shí)力、產(chǎn)品質(zhì)量接近，甚至優(yōu)于國外廠商。

然而在亮麗成績的背后，中國光通信產(chǎn)業(yè)仍有不足，比如高端光電芯片。

在光通信傳輸過程中，發(fā)射端將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出激光束，通過光纖傳遞，在接收端接收到光信號后再將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)調(diào)制解調(diào)后變?yōu)樾畔?，而光電芯片所起到的作用就是?shí)現(xiàn)電信號和光信號之間的相互轉(zhuǎn)換，是光電技術(shù)產(chǎn)品的核心，處于光通信領(lǐng)域的金字塔尖。

目前國內(nèi)能夠生產(chǎn)光電芯片的企業(yè)并不多，約30余家，其中大多數(shù)能夠大批量生產(chǎn)低端芯片。

僅有光迅科技、海信、華為、烽火等少數(shù)廠商可以生產(chǎn)中高端芯片，但總體供貨有限，市場占比不足1%，高端芯片嚴(yán)重依賴于博通、三菱等美日公司。

中國電信科技委主任韋樂平表示，在路由器、基站、傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)等光網(wǎng)絡(luò)核心建設(shè)成本中，光器件成本占比高達(dá)60%-80%，而光器件成本高企的核心原因在于高端芯片還不能完全國產(chǎn)化，需要依賴進(jìn)口，因此高端光電芯片應(yīng)該成為中國光通信產(chǎn)業(yè)需要攻克的關(guān)鍵點(diǎn)。

問題出在哪

中國光電芯片產(chǎn)業(yè)相對落后，既與內(nèi)部研發(fā)實(shí)力，也與外部環(huán)境有關(guān)。

在內(nèi)部研發(fā)方面，光電芯片是一種高度集成的元器件，其所集成的元件包括激光器、調(diào)制器、耦合器、分束器、波分復(fù)用器、探測器等。目前業(yè)內(nèi)有兩大類芯片封裝解決方案，一類是III-V族，一類是硅光。其中前者技術(shù)相對較成熟，有成熟的單片集成解決方案，后者的激光器集成和封裝方案還在完善。

一般來說，光電芯片的研制過程可分解成為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是外延材料設(shè)計(jì)、外延材料的生長以及后端工藝制備。外延材料設(shè)計(jì)是指借助模擬仿真軟件設(shè)計(jì)出滿足應(yīng)用需求的芯片外延結(jié)構(gòu)。外延材料的制備是指利用相關(guān)方式生長出滿足設(shè)計(jì)要求的外延材料，其質(zhì)量往往是影響光芯片性能的重要因素。后端工藝制備則是利用半導(dǎo)體相關(guān)工藝，將外延材料制作成具有一定表面結(jié)構(gòu)的光電芯片。

而中國在光電芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)、流片加工、封裝等方面，與國外相比，都有些欠缺。中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》顯示，國內(nèi)企業(yè)目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測器、調(diào)制器芯片，以及PLC/AWG芯片的制造工藝以及配套IC的設(shè)計(jì)、封測能力，整體水平與國際標(biāo)桿企業(yè)還有較大差距。而且，中國光電子芯片流片加工也嚴(yán)重依賴美國、新加坡、加拿大等國。

在外部環(huán)境方面，在全球電子信息產(chǎn)業(yè)的格局中，中國依然是行業(yè)的新進(jìn)者，按照產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律，新進(jìn)者一定是先從整機(jī)和系統(tǒng)等相對容易的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)開始切入。賽迪智庫集成電路研究所超摩爾研究室主任朱邵歆博士告訴《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》（網(wǎng)）記者，我國目前所處的產(chǎn)業(yè)階段決定了整機(jī)和系統(tǒng)企業(yè)會(huì)優(yōu)先采購全球龍頭供應(yīng)商的光芯片，從而對自主研發(fā)芯片的決心有所松懈。

顯然，光電芯片的研發(fā)過程極為復(fù)雜，不僅需要一定的技術(shù)積累，還需要較大的投資，研發(fā)和生產(chǎn)周期也都較長，高端芯片更是如此。這意味著中小企業(yè)很難在高端光電芯片的研發(fā)上有所作為，而即便是大型企業(yè)，在研發(fā)的過程中沒有獲得足夠多的用戶反饋，及時(shí)糾錯(cuò)，在商用過程中多少也有些力不從心。

如何突破

要攻克高端芯片，首先得打破國內(nèi)通信設(shè)備廠商不愿意用、研發(fā)廠商不敢大投入的怪圈。這就需要加大信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)布局，改善企業(yè)生存環(huán)境，營造良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

此外，中國通信學(xué)會(huì)光通信委員會(huì)榮譽(yù)主任、亞太光通信委員會(huì)主任毛謙認(rèn)為，芯片工藝非常復(fù)雜，工藝的成功與人很有關(guān)系，培養(yǎng)、吸引高技術(shù)人才也是重中之重。

朱邵歆則建議，國內(nèi)的通信設(shè)備企業(yè)要判定當(dāng)前的國際形勢，加大自主產(chǎn)品的研發(fā)力度，利用系統(tǒng)優(yōu)勢，加大試錯(cuò)比例。還要借光芯片開始在消費(fèi)電子中應(yīng)用的東風(fēng)（如人臉識(shí)別的VCSEL光芯片），發(fā)揮技術(shù)儲(chǔ)備優(yōu)勢，加大產(chǎn)品和市場布局，以市場的手段提升光芯片產(chǎn)品的競爭力。

可喜的是，國內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)和科研院所率先布局光電芯片領(lǐng)域，并取得了一定的成果。比如，武漢郵電科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)在光器件領(lǐng)域深耕多年，具有深厚的技術(shù)儲(chǔ)備。華為海思早在2013年，通過收購比利時(shí)硅光子公司Caliopa，加入芯片戰(zhàn)場，后來又收購了英國光子集成公司CIP，目前該公司已經(jīng)掌握100G光模塊技術(shù)，準(zhǔn)備進(jìn)一步攻克難關(guān)，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

烽火科技旗下光迅科技近日推出了120GCXP模塊和100GQSFP28SR4模塊，這是在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)100G速率光模塊的芯片國產(chǎn)化。華工科技的25Gb/s光芯片也將于明年量產(chǎn)。

然而，上述企業(yè)的芯片產(chǎn)品要全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)部采購，還需要很長時(shí)間。朱邵歆強(qiáng)調(diào)，對于中國的光芯片發(fā)展來說，一些必要的“學(xué)分”還是要修滿的。

記者手札

以工匠之心靜待花開

在中國光通信產(chǎn)業(yè)鏈里，光電芯片產(chǎn)業(yè)一直以來都在低端徘徊。有資料顯示，10Gb/s以及以下速率光芯片國產(chǎn)率能夠達(dá)到80%以上，可是25Gb/s以及以上速率光芯片卻處于產(chǎn)業(yè)的洼地。這與手機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)是何等的相似，使人不免產(chǎn)生疑問，難道中國真的玩不轉(zhuǎn)這種高科技的玩意兒嗎？

答案肯定是否定的。其實(shí)中國在很多產(chǎn)業(yè)走在世界的前列，比如高鐵，比如航天工業(yè)，這都說明了中國在芯片領(lǐng)域同樣擁有走在世界前列的可能，只是需要時(shí)間罷了。

其實(shí)任何一項(xiàng)高科技產(chǎn)物都需要資金、時(shí)間的積累，而中國光電芯片產(chǎn)業(yè)就恰恰如此，畢竟這是一個(gè)需要精密儀器在納米級進(jìn)行集成、封裝作業(yè)的產(chǎn)業(yè)，需要的是技術(shù)長期的積累，更需要耐得住寂寞，以及資金消耗。只要認(rèn)清這一點(diǎn)，肯投入，肯花費(fèi)大量的精力去布局產(chǎn)業(yè)，那么就會(huì)贏得最后的勝利。

相信，中國光電芯片產(chǎn)業(yè)會(huì)有成功邁入高端，引領(lǐng)世界的那一天，因?yàn)檫@是對耐心等待最好的獎(jiǎng)賞。（高超）