高端光電晶片是最大短板
在光通信傳輸過程中, 發射端將電訊號轉換成光訊號, 然後調製到雷射器發出雷射束, 通過光纖傳遞, 在接收端接收到光訊號後再將其轉化為電訊號, 經調製解調後變為資訊, 而光電晶片所起到的作用就是實現電訊號和光訊號之間的相互轉換, 是光電技術產品的核心, 處於光通信領域的金字塔尖.
目前國內能夠生產光電晶片的企業並不多, 約30餘家, 其中大多數能夠大批量生產低端晶片.
僅有光迅科技, 海信, 華為, 烽火等少數廠商可以生產中高端晶片, 但總體供貨有限, 市場佔比不足1%, 高端晶片嚴重依賴於博通, 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, 接入網等光網路核心建設成本中, 光器件成本佔比高達60-80%, 而光器件成本高企的核心原因在於高端晶片還不能完全國產化, 需要依賴進口, 因此高端光電晶片應該成為中國光通信產業需要攻克的關鍵點.
問題出在哪
中國光電晶片產業相對落後, 既與內部研發實力, 也與外部環境有關.
在內部研發方面, 光電晶片是一種高度整合的元器件, 其所整合的元件包括雷射器, 調製器, 耦合器, 分束器, 波分複用器, 探測器等. 目前業內有兩大類晶片封裝解決方案, 一類是III-V族, 一類是矽光, 其中前者技術相對較成熟, 有成熟的單片整合解決方案, 後者的雷射器整合和封裝方案還在完善.
一般來說, 光電晶片的研製過程可分解成為三個環節, 分別是外延材料設計, 外延材料的生長以及後端工藝製備. 外延材料設計是指藉助類比模擬軟體設計出滿足應用需求的晶片外延結構. 外延材料的製備是指利用相關方式生長出滿足設計要求的外延材料, 其質量往往是影響光晶片性能的重要因素. 後端工藝製備則是利用半導體相關工藝, 將外延材料製作成具有一定表面結構的光電晶片.
而中國在光電晶片的研發, 設計, 流片加工, 封裝等方面, 與國外相比, 都有些欠缺. 據中國電子元件行業協會發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖(2018-2022年)》顯示, 國內企業目前只掌握了10Gb/s速率及以下的雷射器, 探測器, 調製器晶片, 以及PLC/AWG晶片的製造工藝以及配套IC的設計, 封測能力, 整體水平與國際標杆企業還有較大差距, 尤其是高端晶片能力比美日發達國家落後1-2代以上. 而且, 中國光電子晶片流片加工也嚴重依賴美國, 新加坡, 加拿大等國.
在外部環境方面, 在全球電子資訊產業的格局中, 中國依然是行業的新進者, 按照產業的發展規律, 新進者一定是先從整機和系統等相對容易的產業環節開始切入. 賽迪智庫整合電路研究所超摩爾研究室主任朱邵歆博士告訴《通信產業報》(網)記者, 我國目前所處的產業階段決定了整機和系統企業會優先採購全球龍頭供應商的光晶片, 從而對自主研發晶片的決心有所鬆懈.
顯然, 光電晶片的研發過程極為複雜, 不僅需要一定的技術積累, 還需要較大的投資, 研發和生產周期也都較長, 高端晶片更是如此. 這意味著中小企業很難在高端光電晶片的研發上有所作為, 而即便是大型企業, 在研發的過程中沒有獲得足夠多的用戶反饋, 及時糾錯, 在商用過程中多少也有些力不從心.
如何突破
要攻克高端晶片, 首先得打破國內通信設備廠商不願意用, 研發廠商不敢大投入的怪圈. 這就需要加大資訊基礎設施建設的投入, 統籌產業布局, 改善企業生存環境, 營造良好的產業生態.
此外, 中國通信學會光通信委員會榮譽主任, 亞太光通信委員會主任毛謙認為, 晶片工藝非常複雜, 工藝的成功與人很有關係, 培養, 吸引高技術人才也是重中之重.
朱邵歆則建議, 國內的通信設備企業要判定當前的國際形勢, 加大自主產品的研發力度, 利用系統優勢, 加大試錯比例. 還要借光晶片開始在消費電子中應用的東風(如人臉識別的VCSEL光晶片), 發揮技術儲備優勢, 加大產品和市場布局, 以市場的手段提升光晶片產品的競爭力.
可喜的是, 國內已經有多家企業和科研院所率先布局光電晶片領域, 並取得了一定的成果. 比如, 武漢郵電科學院等科研機構在光器件領域深耕多年, 具有深厚的技術儲備. 華為海思早在2013年, 通過收購比利時矽光子公司Caliopa, 加入晶片戰場, 後來又收購了英國光子整合公司CIP, 目前該公司已經掌握100G光模組技術, 準備進一步攻克難關, 實現量產.
烽火科技旗下光迅科技近日推出了120GCXP模組和100GQSFP28SR4模組, 這是在國內首次實現100G速率光模組的晶片國產化. 此外海信, 華工科技等都在耕耘高端光電晶片市場.
然而, 上述企業的晶片產品要全部實現內部採購, 還需要很長時間. 朱邵歆強調, 對於中國的光晶片發展來說, 一些必要的 '學分' 還是要修滿的.