什麼是光通信芯片？
在談論光通信芯片之前，先來了解一下光通信傳輸的原理。在光通信傳輸過程中，發射端將電信號轉換成光信號，然後調製到激光器發出激光束，通過光纖傳遞，在接收端接收到光信號後再將其轉化為電信號，經調製解調後變為信息，而光電芯片所起到的作用就是，實現電信號和光信號之間的相互轉換，是光電技術產品的核心，處於光通信領域的金字塔尖。
光通信傳輸的原理 圖片來源：光通訊網
光通信產業鏈，包含光通信器件、光通信系統、光通信應用三個環節，按其物理形態的不同，光通信器件又可分為芯片、光有源器件、光無源器件、光模塊與子系統這四大類，其中配套 IC 歸類於芯片。具體如下：
嚴格意義上來說，光芯片包含多個元器件種類，如激光器芯片、調製器芯片、耦合器芯片、分束器芯片、波分複用器芯片、探測器芯片等。這些芯片/器件集成後，再加入外圍電路形成一個光通信模塊，被廣泛應用於路由器、基站、傳輸系統、接入網等光網絡建設中。
國際巨頭把握著核心技術
在中興、華為等通信設備的強勢助攻下，中國成為世界上最大的光器件消費大國，市場佔比約為35%。然而以高速率為主要特徵的高端光芯片技術，還掌握在美日企業手中，我國高速率光芯片國產化率僅3%左右。
觀察國際巨頭的發展路徑，無一例外是併購。它們通過併購不斷拓展產業鏈，產品覆蓋光器件、光模塊領域的幾乎所有環節，從無源到有源，從芯片到模塊，坐擁產業鏈高端技術“堡壘”。2018年，排名靠前的幾大巨頭間的併購，更是將全球光通信技術的競爭格局推向頭部廠商。
2018年3月，全球市場份額排名第二的Lumentum以18億美元收購排名第三的Oclaro，對行業龍頭Finisar的地位產生威脅。為了應對競爭，2018年11月，Finisar與無源器件龍頭廠商II－VI合併，整合了有源和無源產業鏈，穩固了光器件頭部廠商的位置。這些國際併購，對中國光通信企業的崛起和突破有正面的啟示。
相比國際企業，國內光通信企業大多數限於生產低端芯片，僅有光迅科技、海信、華為等少數廠商能生產中高端芯片，但總體供貨有限，市場佔比不足1%。從上述表格也可以看出，華為光通信技術的供應商主要集中在美國和日本，國內只有光迅科技一家。
美國禁供華為，對上述美國光通信技術公司的影響很大，Neo photonics（新飛通）46%的業績來自華為，業界猜測它可能破產或被併購；在Lumentum最近一個季度的總收入中，華為佔18%，Lumentum已將Q2收入預期的下限從4.05億美元下調至3.75億美元；在禁令發佈後，II-VI的股價也跌了10%，其正在收購的Finisar的銷售額中有11%來自華為。
“殺敵一千，自損八百”的禁令對美國相關企業造成不小損失，但對中國的華為及光通信供應商也是很大的挑戰，實現芯片國產化替代迫在眉睫。
中國光通信技術如何突破？
近些年，中國政府大力鼓勵發展集成電路，光通信芯片本土研發開始萌芽。進入者以華為、峰火（光迅科技）、中興、大唐等傳統通信巨頭，以及華工科技與海信等激光、家電巨頭為代表，它們多通過收購與成立子公司的方式進入技術佈局。
首先是光迅科技，通過收購國內WTD和丹麥IPX及增資大連藏龍光電子，產品覆蓋了從光通信系統設備，到光模塊器件相關的各類核心芯片。光迅科技是目前國內少有的能夠自產10G及以上高端光芯片的廠商，芯片自給率達到95%左右，市場份額多年來保持在國內第一，全球前五。
其次是華為，華為通過收購英國光子集成公司CIP和比利時硅光子公司Caliopa進入光通信芯片戰場。截至目前，華為對光通信芯片的投入達六年之久，且已能實現部分產品自給自足。
除此，作為傳統家電巨頭，海信在100G PON光模塊技術上取得了突破，其5G無線光模塊已經開始應用於5G信號基站的建設，並通過收購日本和美國的光通信芯片公司，形成了完善的產業佈局。激光巨頭——華工科技的5G應用光通信芯片預計2019年就可量產。
除了上述企業，很多新興企業在光通信芯片和模塊集成上面有所突破，如旭創科技400G OSFP和QSFP-DD模塊批量出貨；易飛揚研發成功了100GQSFP28光模塊，100GCFP-LR4光模塊已商業化；博創科技（PLC 光分路器和 DWDM 器件）、廈門優訊（TIA、LA、LD）、紫光展銳等都在積極研發高端光通信芯片。
我國政策要求在2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片國產化率突破 20%。但目前來看，國產光通信技術差距還很大。
據中國電子元件行業協會發布的《中國光電子器件產業技術發展路線圖（2018-2022年）》顯示，國內企業目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測器、調製器芯片，以及PLC/AWG芯片的製造工藝以及配套IC的設計、封測能力；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。總之，絕大多數25Gb/s速率模塊使用的光電芯片基本依賴進口。更為高端的100G光通信系統，其中可調窄線寬激光器、相關光發射/接收芯片、電跨阻放大芯片、高速模數/數模轉化芯片及DSP 芯片均依賴進口。
有分析指出，依據未來市場發展趨勢，我國光通信器件企業應重點加強 100Gb/s 光收發模塊、ROADM 產品、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投入與市場突破，加快研發下一代 400Gb/s 光收發模塊產品、硅光集成進度，並爭取儘快擴大產業規模、早日擺脫對國外供應商的依賴。
5G為光通信帶來哪些機遇？
作為光通信乃至整個信息基礎網絡的核心，光通信器件一直為5G做著相應的準備。6月6日，工信部正式發放5G牌照，加速了光通信器件的商用機遇。
長江證券的報告顯示，5G基站大規模建設或帶來超20億美元光芯片市場空間，是4G 時代2.8 倍。另外，數據中心市場需求持續井噴，光芯片在消費電子市場未來的成長空間也值得期待。
在光模塊領域，由於5G承載網的全新架構，5G的光模塊用量將遠超4G。根據中國移動投資公司在《洞見 5G，投資未來》的報告裡的測算，假設我國5G宏基站數量達到200萬，則僅是基站和對接的傳輸設備客戶側的接口就至少需要400萬量級的光模塊，再考慮線路側接口光模塊、專線用戶光模塊、數據中心光模塊等，預計整個5G網絡會帶來高速光模塊需求將達數千萬量級，5G光模塊的總量是4G時代的2至4倍。
市場規模如此巨大，但目前業界最為關注的問題是，5G對光通信芯片/模塊提出了哪些要求，國內企業能否實現國產化替代，如果要提升國產芯片自給率，廠商應從哪些方面著手。
相比4G LTE時代，5G時代對網絡傳輸會有不同要求，如傳輸網在向100G擴容升級，接入網也在從EPON/GPON向10G PON演進，此外5G採用更高頻段，且5G基站對25G及以上光模塊的需求極度旺盛。可見，在國產替代過程中，突破25G光芯片及100G以上光模塊設計能力，成為發展關鍵。
有分析人士強調，本土光模塊公司要想取得高於行業增速的成長，還需要持續提升封裝工藝。除此，上游芯片（如光迅、海信）和下游設備集成（華為、中興）的市場集中度都比中游光模塊要高，要想長遠發展，中間廠商必須向上遊芯片和核心器件佈局和延伸，不斷構建競爭壁壘。
總之，無論是華為還是光迅科技，抑或其他國內的光通信芯片、器件以及模塊設計公司，在國際技術封鎖的挑戰與國內5G發牌的歷史機遇下，必當奮發圖強，爭取早日實現光通信高端芯片替代的歷史性跨越！
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