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2020/8/31 11:30

5G时代“中国式崛起”,国产光通信芯片奋起直追

集微网  乐川

如果说2019年是5G建设元年,2020年则是5G资本开支大年,也是数据中心建设大年,二者高度契合“新基建”的要求。此外,今年以来,受新冠肺炎疫情影响,云办公、云游戏、云教育等产业爆发,对于大数据中心的建设需求旺盛。在上述需求拉动之下,应用于数据中心、通信基础设施建设的光模块行业正在迎来高光时刻。

在光收发模块中,作为光纤宽带网络物理层的主要基础芯片,光收发芯片(电芯片)包括跨阻放大器、限幅放大器、激光驱动器三种。它们被用于光纤传输的前端,来实现高速传输信号的光电、电光转换,这些功能被集成在光纤收发模块中。

中高端芯片国产化和市场占有率是近期目标

在国内通信设备厂商的强势助攻下,中国成为世界上最大的光器件消费大国,市场占比约为35%。但是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(2018-2020年)》(以下简称《路线图》)显示,2018年以前,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;25Gb/s的PIN 器件与APD器件可以少量提供,而25Gb/s DFB激光器芯片刚完成研发。

总之,绝大多数25Gb/s速率模块使用的光电芯片基本依赖进口。更为高端的100G光通信系统,其中可调窄线宽激光器、相关光发射/接收芯片、电跨阻放大芯片、高速模数/数模转化芯片及DSP芯片均依赖进口。

不难发现,实现中高端芯片国产化和市场占有率是亟待实现的重大目标,尤其是中美贸易纠纷逐渐演变为科技冷战并成为常态以来,掌握话语权的国际厂商一旦收紧芯片供应,恐将给没有核心芯片技术的国内器件、模块厂商带来元器件断货的风险,国内自主芯片研发的推进将有助于降低这一风险。

“光通信传输芯片是现代通讯的基础元器件!随着光纤铺设的触角不断延伸至社会各领域,实际业务场景对带宽永无止境的需求,使得市场对电芯片的速率和需求量持续稳定增长,年复合增长超20%。”作为我国最早涉及光通信收发芯片的企业之一的厦门优迅董事长柯炳粦在接受集微网专访时指出。

市场规模迅速扩大的同时,光通信技术也在飞速演进。柯炳粦表示,产品叠代率越来越快,如数据中心的光收发模块更新,从10G/40G速率换代到100G速率进而上升到400G速率甚至到800G速率,只经历了数年。运营商网络逐渐从4G跨越到5G无线通信,传输光模块从10G逐渐升级为25G/50G,面向家庭的接入网也从G/EPON升级为XGPON/XGSPON甚至50G PON

“这些都对光传输芯片提出更高的要求,而高速率、高性能、高集成度、低成本、低功耗是对光传输芯片永恒不变的苛求。”他强调,“通过提升电芯片的性能来降低光芯片的门槛也是大幅降成本的有效手段,因此,电芯片技术趋势需要超前于应用场景需求。”

在工艺方面,与其他芯片相比,光传输电芯片主流采用SiGe工艺来满足其对高性能和低功耗的要求。但是柯炳粦也指出,随着国际形势的转变和业务可持续性发展的需求,CMOS工艺凭借其高集成度、高性价比以及中国产业链相对完善开始获得业界重视并深入研发。

他表示,优迅是业内最早采用CMOS工艺的光传输芯片厂商之一,也是业内第一家批量完整数模混合光传输芯片的厂商。优迅会继续发挥自己的技术特色优势,实现差异化竞争,致力于打破垄断,保证国内厂商的采购环境。

坚持自主正向研发,光通信“中国芯”正突破垄断

根据《路线图》要求,在2022年中低端光电子芯片的国产化率超过60%,高端光电子芯片国产化率突破20%,如今很多国产厂商已经在光通信芯片和模块集成上面有所突破。

“优迅是国内第一家做光传输芯片的公司,经历了中国芯从无到有、从小到大的过程。”柯炳粦表示,在接入网领域,优迅已经批量交付XGPON芯片,并开始更下一代PON的研发,基本实现了与国际厂商同步;在5G领域,优迅也有芯片进入量产,但已经落后于国际厂商一代,国内友商的进度较快,期待能够为中国公司撑起一定空间。在更高速的云计算/数据中心、核心网等领域,优迅和国内友商还只能做其中相对低端的部分芯片,高端芯片还存在短板。

他介绍,优迅成立于2003年,已经成功开发出几十款高速收发芯片组,总出货量超过4亿颗,进入了海信等主流的系统集成商和光器件/模块厂商,在接入网、4G/5G无线、数据中心等领域均获得大量的应用。优迅自主研发的25G跨阻放大器等芯片成功突破了美国厂商垄断的局面。

“2017年销售额破亿以来,我们每年增长率都超过20%,预计今年也不例外。”柯炳粦说,“优迅拥有近20年的技术积累和应用技术支持力量,是业内最早采用CMOS工艺的光传输芯片厂商之一,也是业内第一家批量完整数模混合光传输芯片的厂商。无论是芯片设计能力、测试能力、芯片质量、可靠性、批量交付能力,优迅都有充足的数据证明我们值得信赖。”

进入5G时代,由于5G承载网的全新架构,5G的光模块用量将远超4G。另一方面,相比4G LTE,5G时代对网络传输会有不同要求,如传输网在向100G扩容升级,接入网也在从EPON/GPON向10G PON甚至更高水平演进,此外5G采用更高频段,且5G基站对25G及以上光模块的需求极度旺盛。可见,在国产替代过程中,突破25G光芯片及100G以上光模块设计能力,成为发展关键。

对此,优迅在两年前就开始5G布局,部分产品已经量产,预计2020年底或者明年初即可实现产品系列化。柯炳粦介绍,在国产替代的机遇下,优迅在近20年的技术积累基础上,将继续加大技术投入,目标在近1-2年内实现100G/400G芯片的产业化,包括PAM4和相关芯片都应具备批量能力,争取在高端的数据中心、核心网等领域有更大作为。

“芯片是慢工出细活的产业,并非单纯通过投资即可实现领先。”柯炳粦强调,“坚持自主研发正向设计,唯有如此才能实现产品顺利迭代,才能避免陷入专利陷阱。”

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