國內(nèi)光通信有源器件產(chǎn)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(lián)、智能光網(wǎng)絡中所應用的芯片、器件及模塊的技術(shù)正成為競相開發(fā)的熱點，而以光集成、高速光信號調(diào)制技術(shù)、高速光器件封裝技術(shù)等為代表的光器件平臺技術(shù)也越來越被廣大OC廠商所重視。

　　我國光通信有源器件的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化，培養(yǎng)了大批有經(jīng)驗的工程師和技術(shù)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(nèi)建立生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)基地，為世界光器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。

　　盡管經(jīng)歷了金融海嘯的影響，但近幾年來國內(nèi)光器件產(chǎn)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(jīng)形成了具備國際影響力的產(chǎn)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(shù)。

　　就產(chǎn)業(yè)規(guī)模而言， 按生產(chǎn)制造地劃分，2008年中國生產(chǎn)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(jīng)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(jù)了相當大的部分。在全球的中低端光收發(fā)模塊中，國內(nèi)企業(yè)占據(jù)了相對大的比例，據(jù)中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)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(xiàn)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(wǎng)向更高速率、更大容量、更長距離的發(fā)展，10G產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化以及40G、100G產(chǎn)品的批量投放，新的高速率調(diào)制格式、相干探測等已經(jīng)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(chǎn)化能力。近幾年來10G產(chǎn)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(shù)據(jù)表明，10G產(chǎn)品銷售的年增長率自2008年以來均達到了100%以上，成為了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(xiàn)在骨干網(wǎng)中， 2011年之后，40G甚至100G的系統(tǒng)逐步應用在骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)中，只是在接入網(wǎng)方面維持在10G及以下速率。同時來自Lightcounting的數(shù)據(jù)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(shù)積累，國內(nèi)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(xiàn)在以DP-QPSK調(diào)制方式為代表的產(chǎn)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(shù)。但即便如此，國內(nèi)還是有少數(shù)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(chǎn)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(jīng)處在大量應用前期階段，xPON的產(chǎn)品市場日趨火爆，同時市場對PON產(chǎn)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，F(xiàn)TTH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，F(xiàn)TTH的規(guī)模增長，2008年已經(jīng)顯現(xiàn)，其后的驅(qū)動因素則是：政策支持；運營商擱置了技術(shù)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(lián)合印發(fā)了《關于推進光纖寬帶網(wǎng)絡建設的意見》，計劃在3年內(nèi)投資于光纖寬帶網(wǎng)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(wǎng)改造和NGB實質(zhì)上與電信網(wǎng)絡差異并不大，都是基于PON的架構(gòu)，加上未來物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)PON模塊廠家的業(yè)務呈現(xiàn)蒸蒸日上的勢頭， 據(jù)專家分析，F(xiàn)TTx這個勢頭至少還能火10年，目前已經(jīng)成為了光通信市場上最大的一塊蛋糕。在國內(nèi)，已有多個廠家擁有系列的EPON/GPONONU/OLT光收發(fā)模塊產(chǎn)品線，在很多產(chǎn)品的出貨量上基本占據(jù)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(jīng)規(guī)?；a(chǎn)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(nèi)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(chǎn)品與非對稱的10G/1G EPON在技術(shù)上有細微差別。

        3 ROF器件

　　在國內(nèi)，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(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)，全國建設的3G基站數(shù)超過了43萬個， 投資超1800億元。而對于4G LTE來說，要實現(xiàn)相同的覆蓋范圍，將布置更多的基站。目前，3G和LTE的網(wǎng)絡大量采用的是BBU＋RRU分布式光纖基站的技術(shù)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(chǎn)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(zhì)量問題，光迅科技與大唐移動、浙江大學等單位開展了聯(lián)合科技攻關，并著力解決針對密集小區(qū)組網(wǎng)應用時的一些關鍵問題。

　　4 集成器件

　　光電集成技術(shù)作為一種平臺技術(shù)，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(shù)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(chǎn)品上，但通過幾年的實踐發(fā)現(xiàn)，由于技術(shù)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(shù)的單纖雙向器件與模塊），致使光集成產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)有SFP通用接口，但將外形尺寸縮小到現(xiàn)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(shù)量。如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)分立元件方案， 那么在技術(shù)上將很難實現(xiàn)上述功能。CSFP結(jié)合高集成度的光電集成技術(shù)， 在擁有SFP所有的技術(shù)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(shù)據(jù)吞吐量，降低系統(tǒng)成本，可望在數(shù)據(jù)通信市場上大顯身手。國內(nèi)企業(yè)中， 已經(jīng)有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國際聯(lián)盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開發(fā)該類產(chǎn)品，相關的國內(nèi)行業(yè)標準也正在積極的準備之中。

        國內(nèi)企業(yè)中，已經(jīng)有光迅科技、海信分別成為CSFP MSA國際聯(lián)盟的第5、第8家正式成員，并且正在積極開發(fā)該類產(chǎn)品，相關的國內(nèi)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(shù)萬個AOC（Active Optical Cable）即有源光纜產(chǎn)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(wǎng)絡連接和兩個4X10G AOC綁定在一起，以滿足帶寬需求。

　　權(quán)威調(diào)查機構(gòu)Ovum在對全球光通信區(qū)域市場調(diào)查后，得出的一個這樣的結(jié)論：并行光電技術(shù)是一項決定性的重大技術(shù)。然而，在此技術(shù)領域內(nèi)，國內(nèi)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(shù)積累，光互連產(chǎn)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(shù)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(nèi)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(jīng)可以高達40Gb/s，國內(nèi)已經(jīng)具備批量的生產(chǎn)能力，在短距離的通信互連方面的優(yōu)勢十分明顯。

結(jié)語

　　歷史上，光纖通信對于現(xiàn)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(jīng)將40G相干技術(shù)和產(chǎn)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(jīng)將40G，甚至100G的基于相干技術(shù)的Transponder列入即將推出的產(chǎn)品之列。在此領域里，國內(nèi)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(jīng)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(nèi)非對稱速率的10GEPON、XG－PON的產(chǎn)品發(fā)展非常迅速，下一步將轉(zhuǎn)入商用，并逐步推出對稱速率的10G PON產(chǎn)品。

　　光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡國家重點實驗室 光迅科技 徐紅春 徐勇