高端光电芯片是最大短板
在光通信传输过程中, 发射端将电信号转换成光信号, 然后调制到激光器发出激光束, 通过光纤传递, 在接收端接收到光信号后再将其转化为电信号, 经调制解调后变为信息, 而光电芯片所起到的作用就是实现电信号和光信号之间的相互转换, 是光电技术产品的核心, 处于光通信领域的金字塔尖.
目前国内能够生产光电芯片的企业并不多, 约30余家, 其中大多数能够大批量生产低端芯片.
仅有光迅科技, 海信, 华为, 烽火等少数厂商可以生产中高端芯片, 但总体供货有限, 市场占比不足1%, 高端芯片严重依赖于博通, 三菱等美日公司.
中国电信科技委主任韦乐平表示, 在路由器, 基站, 传输系统, 接入网等光网络核心建设成本中, 光器件成本占比高达60-80%, 而光器件成本高企的核心原因在于高端芯片还不能完全国产化, 需要依赖进口, 因此高端光电芯片应该成为中国光通信产业需要攻克的关键点.
问题出在哪
中国光电芯片产业相对落后, 既与内部研发实力, 也与外部环境有关.
在内部研发方面, 光电芯片是一种高度集成的元器件, 其所集成的元件包括激光器, 调制器, 耦合器, 分束器, 波分复用器, 探测器等. 目前业内有两大类芯片封装解决方案, 一类是III-V族, 一类是硅光, 其中前者技术相对较成熟, 有成熟的单片集成解决方案, 后者的激光器集成和封装方案还在完善.
一般来说, 光电芯片的研制过程可分解成为三个环节, 分别是外延材料设计, 外延材料的生长以及后端工艺制备. 外延材料设计是指借助模拟仿真软件设计出满足应用需求的芯片外延结构. 外延材料的制备是指利用相关方式生长出满足设计要求的外延材料, 其质量往往是影响光芯片性能的重要因素. 后端工艺制备则是利用半导体相关工艺, 将外延材料制作成具有一定表面结构的光电芯片.
而中国在光电芯片的研发, 设计, 流片加工, 封装等方面, 与国外相比, 都有些欠缺. 据中国电子元件行业协会发布的《中国光电子器件产业技术发展路线图 (2018-2022年) 》显示, 国内企业目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器, 探测器, 调制器芯片, 以及PLC/AWG芯片的制造工艺以及配套IC的设计, 封测能力, 整体水平与国际标杆企业还有较大差距, 尤其是高端芯片能力比美日发达国家落后1-2代以上. 而且, 中国光电子芯片流片加工也严重依赖美国, 新加坡, 加拿大等国.
在外部环境方面, 在全球电子信息产业的格局中, 中国依然是行业的新进者, 按照产业的发展规律, 新进者一定是先从整机和系统等相对容易的产业环节开始切入. 赛迪智库集成电路研究所超摩尔研究室主任朱邵歆博士告诉《通信产业报》 (网) 记者, 我国目前所处的产业阶段决定了整机和系统企业会优先采购全球龙头供应商的光芯片, 从而对自主研发芯片的决心有所松懈.
显然, 光电芯片的研发过程极为复杂, 不仅需要一定的技术积累, 还需要较大的投资, 研发和生产周期也都较长, 高端芯片更是如此. 这意味着中小企业很难在高端光电芯片的研发上有所作为, 而即便是大型企业, 在研发的过程中没有获得足够多的用户反馈, 及时纠错, 在商用过程中多少也有些力不从心.
如何突破
要攻克高端芯片, 首先得打破国内通信设备厂商不愿意用, 研发厂商不敢大投入的怪圈. 这就需要加大信息基础设施建设的投入, 统筹产业布局, 改善企业生存环境, 营造良好的产业生态.
此外, 中国通信学会光通信委员会荣誉主任, 亚太光通信委员会主任毛谦认为, 芯片工艺非常复杂, 工艺的成功与人很有关系, 培养, 吸引高技术人才也是重中之重.
朱邵歆则建议, 国内的通信设备企业要判定当前的国际形势, 加大自主产品的研发力度, 利用系统优势, 加大试错比例. 还要借光芯片开始在消费电子中应用的东风 (如人脸识别的VCSEL光芯片) , 发挥技术储备优势, 加大产品和市场布局, 以市场的手段提升光芯片产品的竞争力.
可喜的是, 国内已经有多家企业和科研院所率先布局光电芯片领域, 并取得了一定的成果. 比如, 武汉邮电科学院等科研机构在光器件领域深耕多年, 具有深厚的技术储备. 华为海思早在2013年, 通过收购比利时硅光子公司Caliopa, 加入芯片战场, 后来又收购了英国光子集成公司CIP, 目前该公司已经掌握100G光模块技术, 准备进一步攻克难关, 实现量产.
烽火科技旗下光迅科技近日推出了120GCXP模块和100GQSFP28SR4模块, 这是在国内首次实现100G速率光模块的芯片国产化. 此外海信, 华工科技等都在耕耘高端光电芯片市场.
然而, 上述企业的芯片产品要全部实现内部采购, 还需要很长时间. 朱邵歆强调, 对于中国的光芯片发展来说, 一些必要的 '学分' 还是要修满的.
记者手札
以工匠之心静待花开
在中国光通信产业链里, 光电芯片产业一直以来都在低端徘徊. 有资料显示, 10Gb/s以及以下速率光芯片国产率能够达到80%以上, 可是25Gb/s以及以上速率光芯片却处于产业的洼地. 这与手机芯片产业是何等的相似, 使人不免产生疑问, 难道中国真的玩不转这种高科技的玩意儿吗?
答案肯定是否定的. 其实中国在很多产业走在世界的前列, 比如高铁, 比如航天工业, 这都说明了中国在芯片领域同样拥有走在世界前列的可能, 只是需要时间罢了.
其实任何一项高科技产物都需要资金, 时间的积累, 而中国光电芯片产业就恰恰如此, 毕竟这是一个需要精密仪器在纳米级进行集成, 封装作业的产业, 需要的是技术长期的积累, 更需要耐得住寂寞, 以及资金消耗. 只要认清这一点, 肯投入, 肯花费大量的精力去布局产业, 那么就会赢得最后的胜利.
相信, 中国光电芯片产业会有成功迈入高端, 引领世界的那一天, 因为这是对耐心等待最好的奖赏.