國內光通信有源器件產業(yè)的重大發(fā)展

　　ICCSZ訊目前，在有源光器件領域， 高速光通信（40G/100G）、寬帶接入FTTH、3G及LTE無線通信、高速光互聯、智能光網絡中所應用的芯片、器件及模塊的技術正成為競相開發(fā)的熱點，而以光集成、高速光信號調制技術、高速光器件封裝技術等為代表的光器件平臺技術也越來越被廣大OC廠商所重視。

　　我國光通信有源器件的產業(yè)發(fā)展

　　我國從70年代開始了光電子器件的研究開發(fā)和產業(yè)化，培養(yǎng)了大批有經驗的工程師和技術工人，有源器件方面以光迅科技等為代表的一批民族企業(yè)茁壯成長，與此同時也為外企在國內建立生產基地創(chuàng)造了條件。從2000年以來，外企通過一些方式進入中國，如：①直接投資，招聘人員，如Oclaro，JDSU等；②購并國內企業(yè)， 如Neophotonics購并Photon，MRV購并Fiberxon等； ③通過CM、OEM或ODM等方式建立生產基地。至今可以說，中國已成為國際上最大的光電子器件生產基地，為世界光器件產業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。

　　盡管經歷了金融海嘯的影響，但近幾年來國內光器件產業(yè)仍然保持著快速增長的勢頭，有源光器件無論從傳統(tǒng)的中低端器件， 還是PON器件、高速器件等各方面，已經形成了具備國際影響力的產業(yè)群，但無庸諱言，在一些核心高端光電器件方面，和世界上領先的國家相比， 還存在較大的差距。在光收發(fā)模塊方面，目前中國有大約200多家企業(yè)，但真正具有從芯片到器件到模塊的垂直集成能力的廠家卻屈指可數。

　　就產業(yè)規(guī)模而言， 按生產制造地劃分，2008年中國生產制造的光器件已占全球25%的市場份額，其中大陸本土企業(yè)的銷售約占全球光電元器件市場17%的份額；而到2009年，僅大陸本土光器件企業(yè)的市場份額就已經增長到全球的26％，市場規(guī)模達到約75億人民幣，其中有源部分約51億，占據了相當大的部分。在全球的中低端光收發(fā)模塊中，國內企業(yè)占據了相對大的比例，據中國信息產業(yè)網數據表明，全球中低端有源光器件市場上光迅科技的份額已超過三分之一，充分展現了中國品牌的世界影響力。

　　1 10G以上高速器件

　　隨著光傳輸網向更高速率、更大容量、更長距離的發(fā)展，10G產品的產業(yè)化以及40G、100G產品的批量投放，新的高速率調制格式、相干探測等已經成為了我國有源器件發(fā)展的重點。

　　目前，就10G及10G以下的有源器件而言，除了TIA、LDD、LA等系列的集成芯片外，其余部件包括L D芯片、PD芯片、金屬陶瓷件、WDM濾光片等，均有國產化能力。近幾年來10G產品市場需求大幅增長，這刺激了10G模塊的銷售的大幅增長， 來自光迅科技的數據表明，10G產品銷售的年增長率自2008年以來均達到了100%以上，成為了產品結構轉型的重點方向。

        就40G/100G系統(tǒng)而言，在2009年，40G的系統(tǒng)應用只出現在骨干網中， 2011年之后，40G甚至100G的系統(tǒng)逐步應用在骨干網、城域網中，只是在接入網方面維持在10G及以下速率。同時來自Lightcounting的數據分析表明，在40G今后幾年的增長中，來自線路端和客戶端的需求幾乎是保持在同一水平上。

　　由于缺乏高端器件的相關核心資源和技術積累，國內光器件廠家在40G/100G器件與模塊的開發(fā)上顯然受到了種種局限，尤其體現在以DP-QPSK調制方式為代表的產品上，因為引入了發(fā)射端的偏振模復用以及接收端的平衡相干探測等復雜的技術。但即便如此，國內還是有少數廠家能夠自主研發(fā)出40G的器件和Transponder收發(fā)合一模塊，并且已將目光投向了更高端的100G光電模塊。圖1展示的是光迅科技在40G系列產品上的垂直集成資源的情況，表明了其從有源芯片、發(fā)射接收器件、一直到收發(fā)一體模塊的垂直整合能力。

        2 PON器件

　　目前，全球每年新增光纖接入寬帶用戶有幾千萬戶，我國的FTTx已經處在大量應用前期階段，xPON的產品市場日趨火爆，同時市場對PON產品的低成本、大規(guī)模的可制造性、高可靠度、向更高帶寬平滑升級等的要求進一步提高。

　　中國光通信行業(yè)2009年的高增長已無疑異，步入2010年后，FTTH催生的巨大增量市場維系了中國光通信行業(yè)的高速增長態(tài)勢。事實上，FTTH的規(guī)模增長，2008年已經顯現，其后的驅動因素則是：政策支持；運營商擱置了技術制式爭議，明確當前以EPON、GPON并舉的發(fā)展思路。

　　國家七個部委于2010年3月聯合印發(fā)了《關于推進光纖寬帶網絡建設的意見》，計劃在3年內投資于光纖寬帶網總額超過1500億元。值得一提的是： 廣電系統(tǒng)未來進行的雙網改造和NGB實質上與電信網絡差異并不大，都是基于PON的架構，加上未來物聯網的支持，上述預期應該是較為客觀的。

        受上述大環(huán)境的影響，國內PON模塊廠家的業(yè)務呈現蒸蒸日上的勢頭， 據專家分析，FTTx這個勢頭至少還能火10年，目前已經成為了光通信市場上最大的一塊蛋糕。在國內，已有多個廠家擁有系列的EPON/GPONONU/OLT光收發(fā)模塊產品線，在很多產品的出貨量上基本占據了全球的半壁江山，但其中真正擁有完善解決方案，能夠完全采用自主研制的FP/DFB/PIN/APD管芯，在PON系列上具備垂直整合能力，并且已經規(guī)模化生產的廠家，卻是鳳毛麟角，這也是許多專家大力呼吁全力打造"中國芯"的原因，同時也進一步表明，打造中國芯，就要從PON器件開始。

　　為了適應模塊的小型化封裝要求，GEPON模塊用的器件BOSA（ Bidirectional Optical Sub-Assembly） 的體積也越來越小了，即使是采用SC/UPC光接口插拔的BOSA器件，也可方便地應用于SFP的小型化封裝中。

        至于XG PON的器件， 發(fā)展態(tài)勢與10G EPON大致類似。目前，國內廠家的光模塊光器件的研發(fā)主要集中在XG-PON1，即：非對稱的10G/2.5G的GPON上，該產品與非對稱的10G/1G EPON在技術上有細微差別。

        3 ROF器件

　　在國內，無線通信的發(fā)展隨著三大運營商的激烈競爭，爭奪的戰(zhàn)場由3G一直向LTE延伸。根據工信部公布的數據，全國建設的3G基站數超過了43萬個， 投資超1800億元。而對于4G LTE來說，要實現相同的覆蓋范圍，將布置更多的基站。目前，3G和LTE的網絡大量采用的是BBU＋RRU分布式光纖基站的技術方案，而BBU和RRU都要采用光模塊。

　　目前，在寬頻光收發(fā)器件、模塊的研究方面，50MHz～3GHz模擬傳輸光電器件與收發(fā)模塊、CATV用帶智能預失真處理的光發(fā)射模塊、2G、3G光纖直放站光收發(fā)合一模塊、GPS及衛(wèi)星信號接收光電收發(fā)模塊等相關產品均已批量投放市場。

　　為了進一步解決ROF的BBU以及RRU在400M～4GHz射頻工作頻段的器件、模塊在商用階段的重大性能和關鍵質量問題，光迅科技與大唐移動、浙江大學等單位開展了聯合科技攻關，并著力解決針對密集小區(qū)組網應用時的一些關鍵問題。

　　4 集成器件

　　光電集成技術作為一種平臺技術，幾乎可以應用到光通信領域中的每個角落。剛開始，絕大多數廠家都將光集成器件的開發(fā)集中在了出貨量最大的FTTx產品上，但通過幾年的實踐發(fā)現，由于技術和工藝離大規(guī)模的商用還有相當大的距離（如采用PLC技術的單纖雙向器件與模塊），致使光集成產品的成品率和成本難以達到預期的效果，因此難以真正替代傳統(tǒng)的同軸工藝封裝的產品。雖然很多企業(yè)正在加大力量繼續(xù)開發(fā)FTTx用光電集成器件和模塊，但在目前這種形勢下，CSFP產品似乎成了光電集成器件的新的熱門研究方向。

　　CSFP（Compact Small Form Factor Pluggable）即是緊湊型SFP，是在現在流行的SFP封裝基礎上，發(fā)展更為先進、更為緊湊的CSFP封裝。通過采用雙通道、四通道的設計，CSFP采用現有SFP通用接口，但將外形尺寸縮小到現有工業(yè)標準的一半和四分之一，通過組合還可靈活配置通道數量。如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)分立元件方案， 那么在技術上將很難實現上述功能。CSFP結合高集成度的光電集成技術， 在擁有SFP所有的技術優(yōu)勢的基礎上，可大幅度減小光收發(fā)模塊和光系統(tǒng)設備的外形尺寸，顯著增加通信端口密度及數據吞吐量，降低系統(tǒng)成本，可望在數據通信市場上大顯身手。國內企業(yè)中， 已經有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國際聯盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開發(fā)該類產品，相關的國內行業(yè)標準也正在積極的準備之中。

        國內企業(yè)中，已經有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國際聯盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開發(fā)該類產品，相關的國內行業(yè)標準也正在積極的準備之中。

　　5光電互連器件

　　中國的天河-1A超級計算機成功晉級為全球HPC500強，它采用了數萬個AOC（Active Optical Cable）即有源光纜產品連接整個系統(tǒng)的交換機/路由器。該系統(tǒng)中，高達80Gb/s的網絡連接和兩個4X10G AOC綁定在一起，以滿足帶寬需求。

　　權威調查機構Ovum在對全球光通信區(qū)域市場調查后，得出的一個這樣的結論：并行光電技術是一項決定性的重大技術。然而，在此技術領域內，國內企業(yè)的基礎卻非常令人擔憂。由于缺乏核心的高速VCSEL芯片，以及相應的器件陣列的耦合封裝技術積累，光互連產品幾乎為國外企業(yè)所壟斷。近年來，國家也正在大力支持包括片上光互連等高端技術的投入，從目前的形勢來看，在加大光互連的投入的同時，國內企業(yè)在電互連器件、模塊方面還是非常有條件取得突破的。圖6為電互連模塊示意圖，單個模塊速率已經可以高達40Gb/s，國內已經具備批量的生產能力，在短距離的通信互連方面的優(yōu)勢十分明顯。

結語

　　歷史上，光纖通信對于現代通信的最大貢獻就在于根本上解決了干線傳輸問題。下一步光纖通信要解決帶寬進家的問題。目前，不少廠家已經將40G相干技術和產品作為通向100G的墊腳石，如思科收購了CoreOptics,宣布推出40G線路端模塊，Oclaro（通過收購Mintera）、JDSU、Opnext等也都已經將40G，甚至100G的基于相干技術的Transponder列入即將推出的產品之列。在此領域里，國內企業(yè)自然也不甘被拉得太遠，相關有源器件廠家正在大力推出該類模塊。

　　下一代PON就標準而言已經完成了對10Gb/s的支持；對世界上首個WDM-PON的標準也即將展開討論。國內非對稱速率的10GEPON、XG－PON的產品發(fā)展非常迅速，下一步將轉入商用，并逐步推出對稱速率的10G PON產品。

　　光纖通信技術和網絡國家重點實驗室 光迅科技 徐紅春 徐勇