光通信芯片的概念以及我國(guó)在光通信行業(yè)的地位

什么是光通信芯片？

在談?wù)摴馔ㄐ判酒?，先來了解一下光通信傳輸?shù)脑怼Ｔ诠馔ㄐ艂鬏斶^程中，發(fā)射端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，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(hào)后再將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制解調(diào)后變?yōu)?a target="_blank">信息，而光電芯片所起到的作用就是，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和光信號(hào)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。

光通信產(chǎn)業(yè)鏈，包含光通信器件、光通信系統(tǒng)、光通信應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)，按其物理形態(tài)的不同，光通信器件又可分為芯片、光有源器件、光無源器件、光模塊與子系統(tǒng)這四大類，其中配套 IC 歸類于芯片。

嚴(yán)格意義上來說，光芯片包含多個(gè)元器件種類，如激光器芯片、調(diào)制器芯片、耦合器芯片、分束器芯片、波分復(fù)用器芯片、探測(cè)器芯片等。這些芯片/器件集成后，再加入外圍電路形成一個(gè)光通信模塊，被廣泛應(yīng)用于路由器、基站、傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)等光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。

國(guó)際巨頭把握著核心技術(shù)

在中興、華為等通信設(shè)備的強(qiáng)勢(shì)助攻下，中國(guó)成為世界上最大的光器件消費(fèi)大國(guó)，市場(chǎng)占比約為35%。然而以高速率為主要特征的高端光芯片技術(shù)，還掌握在美日企業(yè)手中，我國(guó)高速率光芯片國(guó)產(chǎn)化率僅3%左右。

觀察國(guó)際巨頭的發(fā)展路徑，無一例外是并購(gòu)。它們通過并購(gòu)不斷拓展產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品覆蓋光器件、光模塊領(lǐng)域的幾乎所有環(huán)節(jié)，從無源到有源，從芯片到模塊，坐擁產(chǎn)業(yè)鏈高端技術(shù)“堡壘”。2018年，排名靠前的幾大巨頭間的并購(gòu)，更是將全球光通信技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)格局推向頭部廠商。

2018年3月，全球市場(chǎng)份額排名第二的Lumentum以18億美元收購(gòu)排名第三的Oclaro，對(duì)行業(yè)龍頭Finisar的地位產(chǎn)生威脅。為了應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，2018年11月，F(xiàn)inisar與無源器件龍頭廠商II－VI合并，整合了有源和無源產(chǎn)業(yè)鏈，穩(wěn)固了光器件頭部廠商的位置。這些國(guó)際并購(gòu)，對(duì)中國(guó)光通信企業(yè)的崛起和突破有正面的啟示。

相比國(guó)際企業(yè)，國(guó)內(nèi)光通信企業(yè)大多數(shù)限于生產(chǎn)低端芯片，僅有光迅科技、海信、華為等少數(shù)廠商能生產(chǎn)中高端芯片，但總體供貨有限，市場(chǎng)占比不足1%。從上述表格也可以看出，華為光通信技術(shù)的供應(yīng)商主要集中在美國(guó)和日本，國(guó)內(nèi)只有光迅科技一家。

美國(guó)禁供華為，對(duì)上述美國(guó)光通信技術(shù)公司的影響很大，Neo photonics（新飛通）46%的業(yè)績(jī)來自華為，業(yè)界猜測(cè)它可能破產(chǎn)或被并購(gòu)；在Lumentum最近一個(gè)季度的總收入中，華為占18%，Lumentum已將Q2收入預(yù)期的下限從4.05億美元下調(diào)至3.75億美元；在禁令發(fā)布后，II-VI的股價(jià)也跌了10%，其正在收購(gòu)的Finisar的銷售額中有11%來自華為。

“殺敵一千，自損八百”的禁令對(duì)美國(guó)相關(guān)企業(yè)造成不小損失，但對(duì)中國(guó)的華為及光通信供應(yīng)商也是很大的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)芯片國(guó)產(chǎn)化替代迫在眉睫。

中國(guó)光通信技術(shù)如何突破？

近些年，中國(guó)政府大力鼓勵(lì)發(fā)展集成電路，光通信芯片本土研發(fā)開始萌芽。進(jìn)入者以華為、峰火（光迅科技）、中興、大唐等傳統(tǒng)通信巨頭，以及華工科技與海信等激光、家電巨頭為代表，它們多通過收購(gòu)與成立子公司的方式進(jìn)入技術(shù)布局。

首先是光迅科技，通過收購(gòu)國(guó)內(nèi)WTD和丹麥IPX及增資大連藏龍光電子，產(chǎn)品覆蓋了從光通信系統(tǒng)設(shè)備，到光模塊器件相關(guān)的各類核心芯片。光迅科技是目前國(guó)內(nèi)少有的能夠自產(chǎn)10G及以上高端光芯片的廠商，芯片自給率達(dá)到95%左右，市場(chǎng)份額多年來保持在國(guó)內(nèi)第一，全球前五。

其次是華為，華為通過收購(gòu)英國(guó)光子集成公司CIP和比利時(shí)硅光子公司Caliopa進(jìn)入光通信芯片戰(zhàn)場(chǎng)。截至目前，華為對(duì)光通信芯片的投入達(dá)六年之久，且已能實(shí)現(xiàn)部分產(chǎn)品自給自足。

除此，作為傳統(tǒng)家電巨頭，海信在100G PON光模塊技術(shù)上取得了突破，其5G無線光模塊已經(jīng)開始應(yīng)用于5G信號(hào)基站的建設(shè)，并通過收購(gòu)日本和美國(guó)的光通信芯片公司，形成了完善的產(chǎn)業(yè)布局。激光巨頭——華工科技的5G應(yīng)用光通信芯片預(yù)計(jì)2019年就可量產(chǎn)。

除了上述企業(yè)，很多新興企業(yè)在光通信芯片和模塊集成上面有所突破，如旭創(chuàng)科技400G OSFP和QSFP-DD模塊批量出貨；易飛揚(yáng)研發(fā)成功了100GQSFP28光模塊，100GCFP-LR4光模塊已商業(yè)化；博創(chuàng)科技（PLC 光分路器和 DWDM 器件）、廈門優(yōu)訊（TIA、LA、LD）、紫光展銳等都在積極研發(fā)高端光通信芯片。

我國(guó)政策要求在2022年中低端光電子芯片的國(guó)產(chǎn)化率超過60%，高端光電子芯片國(guó)產(chǎn)化率突破 20%。但目前來看，國(guó)產(chǎn)光通信技術(shù)差距還很大。

據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖（2018-2022年）》顯示，國(guó)內(nèi)企業(yè)目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測(cè)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(cè)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)?？傊^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。

有分析指出，依據(jù)未來市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)光通信器件企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng) 100Gb/s 光收發(fā)模塊、ROADM 產(chǎn)品、高端光纖連接器、10Gb/s 與25Gb/s 激光器、配套集成電路芯片的研發(fā)投入與市場(chǎng)突破，加快研發(fā)下一代 400Gb/s 光收發(fā)模塊產(chǎn)品、硅光集成進(jìn)度，并爭(zhēng)取盡快擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模、早日擺脫對(duì)國(guó)外供應(yīng)商的依賴。

5G為光通信帶來哪些機(jī)遇？

作為光通信乃至整個(gè)信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的核心，光通信器件一直為5G做著相應(yīng)的準(zhǔn)備。6月6日，工信部正式發(fā)放5G牌照，加速了光通信器件的商用機(jī)遇。

長(zhǎng)江證券的報(bào)告顯示，5G基站大規(guī)模建設(shè)或帶來超20億美元光芯片市場(chǎng)空間，是4G 時(shí)代2.8 倍。另外，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)需求持續(xù)井噴，光芯片在消費(fèi)電子市場(chǎng)未來的成長(zhǎng)空間也值得期待。

在光模塊領(lǐng)域，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。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)投資公司在《洞見 5G，投資未來》的報(bào)告里的測(cè)算，假設(shè)我國(guó)5G宏基站數(shù)量達(dá)到200萬，則僅是基站和對(duì)接的傳輸設(shè)備客戶側(cè)的接口就至少需要400萬量級(jí)的光模塊，再考慮線路側(cè)接口光模塊、專線用戶光模塊、數(shù)據(jù)中心光模塊等，預(yù)計(jì)整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來高速光模塊需求將達(dá)數(shù)千萬量級(jí)，5G光模塊的總量是4G時(shí)代的2至4倍。

市場(chǎng)規(guī)模如此巨大，但目前業(yè)界最為關(guān)注的問題是，5G對(duì)光通信芯片/模塊提出了哪些要求，國(guó)內(nèi)企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，如果要提升國(guó)產(chǎn)芯片自給率，廠商應(yīng)從哪些方面著手。

相比4G LTE時(shí)代，5G時(shí)代對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸會(huì)有不同要求，如傳輸網(wǎng)在向100G擴(kuò)容升級(jí)，接入網(wǎng)也在從EPON/GPON向10G PON演進(jìn)，此外5G采用更高頻段，且5G基站對(duì)25G及以上光模塊的需求極度旺盛?？梢?，在國(guó)產(chǎn)替代過程中，突破25G光芯片及100G以上光模塊設(shè)計(jì)能力，成為發(fā)展關(guān)鍵。

有分析人士強(qiáng)調(diào)，本土光模塊公司要想取得高于行業(yè)增速的成長(zhǎng)，還需要持續(xù)提升封裝工藝。除此，上游芯片（如光迅、海信）和下游設(shè)備集成（華為、中興）的市場(chǎng)集中度都比中游光模塊要高，要想長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，中間廠商必須向上游芯片和核心器件布局和延伸，不斷構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)壁壘。

總之，無論是華為還是光迅科技，抑或其他國(guó)內(nèi)的光通信芯片、器件以及模塊設(shè)計(jì)公司，在國(guó)際技術(shù)封鎖的挑戰(zhàn)與國(guó)內(nèi)5G發(fā)牌的歷史機(jī)遇下，必當(dāng)奮發(fā)圖強(qiáng)，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)光通信高端芯片替代的歷史性跨越！