5G時代“中國式崛起”，國產(chǎn)光通信芯片奮起直追

如果說2019年是5G建設(shè)元年，2020年則是5G資本開支大年，也是數(shù)據(jù)中心建設(shè)大年，二者高度契合“新基建”的要求。此外，今年以來，受新冠肺炎疫情影響，云辦公、云游戲、云教育等產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，對于大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)需求旺盛。在上述需求拉動之下，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的光模塊行業(yè)正在迎來高光時刻。

在光收發(fā)模塊中，作為光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)物理層的主要基礎(chǔ)芯片，光收發(fā)芯片（電芯片）包括跨阻放大器、限幅放大器、激光驅(qū)動器三種。它們被用于光纖傳輸?shù)那岸?，來?shí)現(xiàn)高速傳輸信號的光電、電光轉(zhuǎn)換，這些功能被集成在光纖收發(fā)模塊中。

中高端芯片國產(chǎn)化和市場占有率是近期目標(biāo)

在國內(nèi)通信設(shè)備廠商的強(qiáng)勢助攻下，中國成為世界上最大的光器件消費(fèi)大國，市場占比約為35%。但是中國電子元件行業(yè)協(xié)會發(fā)布的《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2020年）》（以下簡稱《路線圖》）顯示，2018年以前，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、封測能力；25Gb/s的PIN 器件與APD器件可以少量提供，而25Gb/s DFB激光器芯片剛完成研發(fā)。

總之，絕大多數(shù)25Gb/s速率模塊使用的光電芯片基本依賴進(jìn)口。更為高端的100G光通信系統(tǒng)，其中可調(diào)窄線寬激光器、相關(guān)光發(fā)射/接收芯片、電跨阻放大芯片、高速模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片及DSP芯片均依賴進(jìn)口。

不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)中高端芯片國產(chǎn)化和市場占有率是亟待實(shí)現(xiàn)的重大目標(biāo)，尤其是中美貿(mào)易糾紛逐漸演變?yōu)榭萍祭鋺?zhàn)并成為常態(tài)以來，掌握話語權(quán)的國際廠商一旦收緊芯片供應(yīng)，恐將給沒有核心芯片技術(shù)的國內(nèi)器件、模塊廠商帶來元器件斷貨的風(fēng)險，國內(nèi)自主芯片研發(fā)的推進(jìn)將有助于降低這一風(fēng)險。

“光通信傳輸芯片是現(xiàn)代通訊的基礎(chǔ)元器件！隨著光纖鋪設(shè)的觸角不斷延伸至社會各領(lǐng)域，實(shí)際業(yè)務(wù)場景對帶寬永無止境的需求，使得市場對電芯片的速率和需求量持續(xù)穩(wěn)定增長，年復(fù)合增長超20%。”作為我國最早涉及光通信收發(fā)芯片的企業(yè)之一的廈門優(yōu)迅董事長柯炳粦在接受集微網(wǎng)專訪時指出。

市場規(guī)模迅速擴(kuò)大的同時，光通信技術(shù)也在飛速演進(jìn)?？卤懕硎荆a(chǎn)品疊代率越來越快，如數(shù)據(jù)中心的光收發(fā)模塊更新，從10G/40G速率換代到100G速率進(jìn)而上升到400G速率甚至到800G速率，只經(jīng)歷了數(shù)年。運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)逐漸從4G跨越到5G無線通信，傳輸光模塊從10G逐漸升級為25G/50G，面向家庭的接入網(wǎng)也從G/EPON升級為XGPON/XGSPON甚至50G PON。

“這些都對光傳輸芯片提出更高的要求，而高速率、高性能、高集成度、低成本、低功耗是對光傳輸芯片永恒不變的苛求。”他強(qiáng)調(diào)，“通過提升電芯片的性能來降低光芯片的門檻也是大幅降成本的有效手段，因此，電芯片技術(shù)趨勢需要超前于應(yīng)用場景需求。”

在工藝方面，與其他芯片相比，光傳輸電芯片主流采用SiGe工藝來滿足其對高性能和低功耗的要求。但是柯炳粦也指出，隨著國際形勢的轉(zhuǎn)變和業(yè)務(wù)可持續(xù)性發(fā)展的需求，CMOS工藝憑借其高集成度、高性價比以及中國產(chǎn)業(yè)鏈相對完善開始獲得業(yè)界重視并深入研發(fā)。

他表示，優(yōu)迅是業(yè)內(nèi)最早采用CMOS工藝的光傳輸芯片廠商之一，也是業(yè)內(nèi)第一家批量完整數(shù)?；旌瞎鈧鬏斝酒膹S商。優(yōu)迅會繼續(xù)發(fā)揮自己的技術(shù)特色優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)差異化競爭，致力于打破壟斷，保證國內(nèi)廠商的采購環(huán)境。

堅持自主正向研發(fā)，光通信“中國芯”正突破壟斷

根據(jù)《路線圖》要求，在2022年中低端光電子芯片的國產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片國產(chǎn)化率突破20%，如今很多國產(chǎn)廠商已經(jīng)在光通信芯片和模塊集成上面有所突破。

“優(yōu)迅是國內(nèi)第一家做光傳輸芯片的公司，經(jīng)歷了中國芯從無到有、從小到大的過程。”柯炳粦表示，在接入網(wǎng)領(lǐng)域，優(yōu)迅已經(jīng)批量交付XGPON芯片，并開始更下一代PON的研發(fā)，基本實(shí)現(xiàn)了與國際廠商同步；在5G領(lǐng)域，優(yōu)迅也有芯片進(jìn)入量產(chǎn)，但已經(jīng)落后于國際廠商一代，國內(nèi)友商的進(jìn)度較快，期待能夠?yàn)橹袊緭纹鹨欢臻g。在更高速的云計算/數(shù)據(jù)中心、核心網(wǎng)等領(lǐng)域，優(yōu)迅和國內(nèi)友商還只能做其中相對低端的部分芯片，高端芯片還存在短板。

他介紹，優(yōu)迅成立于2003年，已經(jīng)成功開發(fā)出幾十款高速收發(fā)芯片組，總出貨量超過4億顆，進(jìn)入了海信等主流的系統(tǒng)集成商和光器件/模塊廠商，在接入網(wǎng)、4G/5G無線、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域均獲得大量的應(yīng)用。優(yōu)迅自主研發(fā)的25G跨阻放大器等芯片成功突破了美國廠商壟斷的局面。

“2017年銷售額破億以來，我們每年增長率都超過20%，預(yù)計今年也不例外。”柯炳粦說，“優(yōu)迅擁有近20年的技術(shù)積累和應(yīng)用技術(shù)支持力量，是業(yè)內(nèi)最早采用CMOS工藝的光傳輸芯片廠商之一，也是業(yè)內(nèi)第一家批量完整數(shù)?；旌瞎鈧鬏斝酒膹S商。無論是芯片設(shè)計能力、測試能力、芯片質(zhì)量、可靠性、批量交付能力，優(yōu)迅都有充足的數(shù)據(jù)證明我們值得信賴。”

進(jìn)入5G時代，由于5G承載網(wǎng)的全新架構(gòu)，5G的光模塊用量將遠(yuǎn)超4G。另一方面，相比4G LTE，5G時代對網(wǎng)絡(luò)傳輸會有不同要求，如傳輸網(wǎng)在向100G擴(kuò)容升級，接入網(wǎng)也在從EPON/GPON向10G PON甚至更高水平演進(jìn)，此外5G采用更高頻段，且5G基站對25G及以上光模塊的需求極度旺盛。可見，在國產(chǎn)替代過程中，突破25G光芯片及100G以上光模塊設(shè)計能力，成為發(fā)展關(guān)鍵。

對此，優(yōu)迅在兩年前就開始5G布局，部分產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)，預(yù)計2020年底或者明年初即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化。柯炳粦介紹，在國產(chǎn)替代的機(jī)遇下，優(yōu)迅在近20年的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，將繼續(xù)加大技術(shù)投入，目標(biāo)在近1-2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)100G/400G芯片的產(chǎn)業(yè)化，包括PAM4和相關(guān)芯片都應(yīng)具備批量能力，爭取在高端的數(shù)據(jù)中心、核心網(wǎng)等領(lǐng)域有更大作為。

“芯片是慢工出細(xì)活的產(chǎn)業(yè)，并非單純通過投資即可實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先。”柯炳粦強(qiáng)調(diào)，“堅持自主研發(fā)正向設(shè)計，唯有如此才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品順利迭代，才能避免陷入專利陷阱。”

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