中国光纤通信产业呼唤中国芯

作者：飞康技术公司CEO 黄章勇

    随着社会政治经济和文化的发展，人们对信息的需求呈现出爆炸性的增长。在这样的背景下，信息高速公路建设已成为世界性热潮。由于光纤的频宽比铜线等其它传统媒体高出几个数量级, 光纤通信网络自然成为信息高速公路的核心和支柱。
光纤通信网络可分为广域网、城域网、局域网和接入网。
    当前接入网开始采用无源光网络（PON）实现光纤到驻地（FTTB），PON又分BPON/GPON和GEPON(如图1所示)，BPON/GPON采用ITU的标准，GEPON采用IEEE标准。不管何种无源光网络（PON），基本上都应用如图1所示的框架结构和图2所示的波长分配和视频频段安排。

    

    

    FTTX技术不断成熟和成本的降低，使光进铜退进一步的加快，10G EPON和10G PON技术逐渐成熟而逐渐被运营商接受，在技术上也拥有了取代DSL的基础，而且随着移动业务的发展，可以确定的是3G基站的覆盖范围逐渐缩小以提供更高的宽带。基站小型化，会直接部署于室内，大量的家庭/SOHO基站，微基站会被运营商布置，可以发现此时的微基站位置与FTTB/FTTH的接点高度吻合，FTTX完全可以作为微基站的低成本手段,未来3-5年将是FTTX持续快速增长阶段。随着FTTX的飞速发展，IP流量呈现爆炸式增长，其增速之快，来势之猛，大大超出人们预期，有关专家认为，光传输网络正朝着面向IP互联网，能融入更多业务，能进行灵活的资源配置和专业性更强的方向发展，高速大容量的光传输系统将大行其道，具有40G乃至100G速率的光传输系统将成为未来光传输网的核心，对10G系统为核心的传输网进行升级换代已经势在必行。因此面对当前的金融海啸，宽带基础建设成为各国控制经济增长、扩大内需，提高民众就业机会的主要振兴方案之一。在我国，国务院在2009年2月18日，审议并原则通过的《电子信息产业调整振兴计划》中明确提出“通过下一代互联网建设和宽带通信网络升级，大力推动相关应用及IPTV、手机电视等服务模式创新，加速光纤接入网络建设，带动相关产业链的快速发展”，同时将下一代互联网、数字电视网与第三代移动通信网络并列作为扩大内需的重大投资方向，预期总投资将超过6000亿元，我国的光纤通信产业将面临重大的发展机遇。
    完整的光纤通讯网络涵盖了三大部分，即光纤光缆、光元器件与光系统设备，而其产值的约70%来自光元器件部分。光元器件又可分为两大类，光有源器件(或光主动器件)和无源器件。无源器件是指光通信系统中具有一定功能而没有光-电或电-光转换的器件，包括光纤连接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器和光隔离器等。
    光有源器件是光通信系统中将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的关键器件，是光传输系统的心脏。将电信号转换成光信号的器件主要有半导体激光二极管（LD），将光信号转换成电信号的器件称为光电检测器，或称为光电二极管（PD），系统制造商采购如图3所示的光电模块用来制造光传输设备。

    

    光收发模块的制造可分成4个阶段：

    第一阶段是用单晶经MOCVD外延生长量子结构，经光刻、镀膜、解理、测试等工艺制造激光器和探测器芯片；
    第二阶段用芯片经芯片贴装、引线压焊、封帽等工艺制成TO封装产品，或把芯片装在陶瓷载体上；
    第三阶段是用TO封装产品经组装、耦合对准、激光焊接工艺制成同轴发射接收组件、单纤双向、双端口或三端口组件或用陶瓷载体器件经组装、耦合对准、激光熔焊、封帽制成直插式或蝶形封装组件; 
    第四阶段是用组件加驱动电路或前置放大，时钟裁决等电路再写入相关协议程序软件制成光电收发模块。
    每个阶段的产品均可独立包装销售给下一阶段，成为下一阶段制造的关键原材料，从而形成光纤通信用光电器件的完整产业链。光电器件研发生产企业根据其自身的资金和技术能力，生产其中一个阶段或几个阶段的产品。光发射接收器件是光纤传输系统的心脏，其中的激光器、探测器等芯片又是光发射、接收器件的心脏，光纤通信系统的性能水平、可靠性和成本很大程度上由光电子器件的水平决定。
    1972年3月，国家相关部门把光纤通信系统及其相关光电子器件列为国家重点项目。在国家863计划中，也把光纤通信系统及关键元器件列为重点项目给予支持。目前我国华为、中兴、烽火三大光纤通信系统制造商技术水平已和国际先进水平相当，且拥有成本优势，占领导全球市场的半壁江山。在光电器件的研究开发和产业化方也取得了较大的进步，曾培育出飞通，WTD等一批光电器件模块的制造商，目前光电器件在国内的发展现状是：
1）目前在市场上有批量需求的10Gb/s及其以下速率的模块产品，已掌握批量生产技术，形成批量生产能力。
2）我国已掌握2.5Gb/s及其以下速率的各种组件产品的封装技术，有大批量的生产能力。10Gb/s速率的产品组件封装技术，相关企业正在开发中，相信不久将具有批量生产的能力。
3）我国2.5Gb/s以下的PD、芯片已实现批量生产，基本能满足FTTP快速发展的市场需求。除个别企业能自行生产部分1.25Gb/s脊波导F-P激光二极管芯片外，2.5Gb/s及其以下的LD芯片、APD芯片大部分依赖进口，2.5Gb/s以上的高速器件除了LiNbO3外调制器全都依赖进口。但是芯片制造的实验室水平和国际先进水平相当，问题在于没有及时把研究成果产业化，导致芯片制造技术成为影响我国光纤通信产业赶超世界先进水平的瓶颈。我国光纤通信产业正在急切的呼吁中国芯。
    一个项目的成功在于市场、人才和资本三大要素，文中分析已表明，光纤通信网在全球有着巨大的市场。有专家预测，全球光纤通信设备及器件市场未来三年将稳定增长，到2012年可达到600亿美元的水平，并带动相关产业的发展。而光纤通信设备的成本相当大的部分来自光电器件，而光电器件是技术密集型和劳动密集型结合的产业，芯片制造成本主要由人工工资和设备折旧构成。我国劳动力素质高、收入低于欧美，较之欧美国家有较强的成本优势。中国芯有能力去替代进口并占领国际市场。我国政府一直以来很重视光电子器件的研发工作，多年来通过863计划和国家重点攻关项目等投入了大量资金，这些资金大部分投向高等院校研究院所，由于我国研究所的体制决定了是以论文和成果鉴定来评论投资效果，因而没有动力促使研究成果走向产业化。但是多年来却为国际光电子专业培养了一大批硕士、博士，已有一批学有专长，有在国外光电公司的工作经验的专家归国工作，遗憾的是，因种种原因，这些专家分散在不同的单位，没有凝聚成一支技术团队,但应该说，目前已经为我国上芯片项目准备了高素质的人才。光电子器件的芯片是资金密集型的项目，需要上亿元的资金来购买机器设备和建设高标准的超净厂房，目前业内的公司大都是民营中小企业，到目前为止还没有一家上市企业，所以没有足够的资金投入去实现芯片大批量生产，造成了芯片长期以来依赖进口的被动局面。令我们感到鼓舞的是，筹备多年的创业板终于呼之欲出，高科技企业有了资本退出机制将推动资本对芯片项目的投资。芯片产业化项目有很大的市场，有高素质的技术人才，加上政府相关政策的支持，投资最终能实现重大的社会效益和经济效益，我们呼吁有远见卓识的投资家迅速响应。中国光纤通信产业对中国芯的急切呼唤，一万年太久，只争朝夕，投资芯片产业化项目。必将推动我国通信产业的发展登上新台阶，极大地提升我国光通信产业的竞争力，扩大在国际市场的份额，为振兴中华做出巨大的贡献。