專(zhuān)訪(fǎng)元芯光電：全國產(chǎn)薄膜鈮酸鋰調制器 響應新一代光通信發(fā)展趨勢

  ICC訊 光纖通信架構起了全球互聯(lián)網(wǎng)和現代通訊網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的全光底座。目前，基于全光底座的下一代光網(wǎng)絡(luò )迫切需要更高速率、更高密度、超大容量和靈活調度的能力，因此，這給光通信系統的核心部件-光電芯片和光電子器件提出了更加復雜的要求，尤其是低功耗、可調諧、小型化的特點(diǎn)。

  在過(guò)去三十年里，中國光通信產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成就，在光通信系統設備、光通信器件、光纖光纜等細分領(lǐng)域皆成為全球最大的單一市場(chǎng)。但是在高端光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片半導體領(lǐng)域，我國仍然存在短板。根據2017年中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )發(fā)布《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖(2018-2022)》預測，我國在2017年25G及以上的光芯片國產(chǎn)化率上僅為3%，其中的鈮酸鋰（LiNbO3）光調制器芯片/器件、25G DFB芯片/器件和多通道可調諧激光器芯片/器件等多種光電芯片被列為中國新一代光通信產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展事項。

  鈮酸鋰（LiNbO3）調制器芯片及器件被列為重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)

  隨著(zhù)電信、數據中心、接入網(wǎng)等市場(chǎng)向高速互聯(lián)持續演進(jìn)，同時(shí)中國加大半導體投資；重點(diǎn)推動(dòng)半導體芯片產(chǎn)業(yè)鏈成長(cháng)，中國光通信器件芯片也進(jìn)入快速發(fā)展階段。一批致力于突破光通信高端芯片瓶頸的國產(chǎn)芯片企業(yè)逐步崛起。其中，寧波元芯光電子科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)元芯光電）就是一家專(zhuān)注于高端光電芯片研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的光通信、光傳感半導體企業(yè)。其主要產(chǎn)品包括：薄膜鈮酸鋰調制器、大范圍可調諧激光器、25G高速DML等國內迫切需要進(jìn)口替代的芯片產(chǎn)品。

  在光通信領(lǐng)域，電光調制器是光通信系統實(shí)現高速電信號轉向光信號的重要環(huán)節；其核心材料是被業(yè)內稱(chēng)為“光學(xué)硅“的鈮酸鋰材料。目前鈮酸鋰基光調制器市場(chǎng)主要被富士通、住友電工、Lumentum等國外光器件廠(chǎng)商所壟斷。而隨著(zhù)小型化、高密度成為應用市場(chǎng)的明確需求，基于薄膜鈮酸鋰（LNOI）的新型電光調制器因其有相比于硅光調制器和磷化銦（InP）調制器更好的電光性能、更大的調制帶寬和更高的穩定性，較傳統鈮酸鋰調制器可減小約60%的體積，滿(mǎn)足小型化趨勢，因此被市場(chǎng)逐步接受。在面對這一市場(chǎng)趨勢，元芯光電基于其在薄膜鈮酸鋰領(lǐng)域的技術(shù)積累，順勢推出了全國產(chǎn)的薄膜鈮酸鋰強度調制器，因此成為我國光通信實(shí)現進(jìn)口替代的代表性產(chǎn)品之一，緊隨新一代光通信發(fā)展步伐。

  訊石光通訊網(wǎng)近期采訪(fǎng)了元芯光電聯(lián)合創(chuàng )始人之一的陸明之博士，從正面了解公司運作模式、產(chǎn)品化程度以及各類(lèi)光通信芯片的比較，以下為問(wèn)答整理。

陸明之博士

  問(wèn)題一：作為光芯片初創(chuàng )企業(yè)，公目前的主要產(chǎn)品是哪些，以及產(chǎn)品目前處在哪個(gè)階段？

  陸博士：目前公司的主要產(chǎn)品有CWDM 10/25G高速直調DFB激光器芯片、ITLA-大范圍可調諧激光器、薄膜鈮酸鋰強度調制器、薄膜鈮酸鋰DR4芯片，激光雷達和氣體傳感用DFB激光器等。確實(shí)各款產(chǎn)品所處階段不盡相同，薄膜鈮酸鋰強度調制器、CWDM 10/25G高速直調DFB激光器芯片、激光雷達光源DFB激光器和傳感用DFB產(chǎn)品可以量產(chǎn)出貨，ITLA-大范圍可調諧激光器、DR4芯片處于樣品送樣階段。

  題二：據了解，光芯片具有III-V族、鍺硅、鈮酸鋰等多種技術(shù)材料，這些材料領(lǐng)域的光芯片國產(chǎn)化發(fā)展情況如何？以及公司是如何定位產(chǎn)品市場(chǎng)和選擇技術(shù)路線(xiàn)？

  陸博士： 近些年III-V族、鍺硅、鈮酸鋰等材料領(lǐng)域的光芯片國產(chǎn)化有了較大進(jìn)步，但總體上離歐美頭部同行還有差距，尤其在高端復雜光芯片上還是沒(méi)有解決國產(chǎn)替代問(wèn)題，比如主干網(wǎng)通信的大范圍可調諧激光器芯片、相干光通信芯片等。

  元芯光電正是基于國內在低端芯片基本自主而高端光芯片還相對落后的這一現實(shí)，主動(dòng)選擇切入中高端光芯片這個(gè)市場(chǎng)，比如我們前面談到的大范圍可調諧激光器芯片填補國內空白、薄膜鈮酸鋰調制器領(lǐng)先國內外同行、25G DFB解決工溫難題等等。

  可以說(shuō)，我們的技術(shù)路線(xiàn)是吸收和融匯國內外先進(jìn)經(jīng)驗基礎上再進(jìn)行創(chuàng )新設計和工藝上的打磨精進(jìn)，比如25G DFB的兩段式設計與國內外同行大不同、非光柵多通道干涉的大范圍可調諧激光器在國內外擁有自己的專(zhuān)利。在工藝環(huán)節上，光刻、鍍膜、刻蝕等關(guān)鍵制造步驟上摸索和積累了較多經(jīng)驗，且有我們獨到之處。

  最后，對于業(yè)內都很關(guān)注的國產(chǎn)硅光，我們認為還是頗具挑戰的。主要原因有一下幾個(gè)：

  （1）硅光簡(jiǎn)單依賴(lài)現有PDK來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品不現實(shí)，如果自主開(kāi)發(fā)，會(huì )存在周期很長(cháng)、研發(fā)成本高的難題；

  （2）硅光在下一代的數據中心N *200G的產(chǎn)品上貌似遇到了帶寬上的瓶頸。硅光有可能面臨不能提供未來(lái)產(chǎn)品的解決方案、同時(shí)現有N*100G產(chǎn)品又存在進(jìn)入市場(chǎng)較晚的尷尬局面；

  （3）對于八通道的產(chǎn)品，硅光的高損耗使其至少需要兩顆大功率的DFB芯片，意味著(zhù)成本和功耗都會(huì )很高；

  （4）薄膜鈮酸鋰（TFLN）將在未來(lái)的幾年，對硅光調制器帶來(lái)巨大的挑戰，我們拭目以待。這也是我們?yōu)槭裁创笠幠Ｍ度?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e8%96%84%e8%86%9c&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">薄膜鈮酸鋰領(lǐng)域的原因。

超小型的薄膜鈮酸鋰調制器

  問(wèn)題三：2021年，公司重點(diǎn)發(fā)布了全國產(chǎn)的薄膜鈮酸鋰強度調制器產(chǎn)品，請介紹該產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢和性能水平？

  陸博士：薄膜鈮酸鋰調制器產(chǎn)品是元芯自主研發(fā)，并確保了薄膜鈮酸鋰體材料到封裝的全國產(chǎn)化。據我們了解，目前元芯光電是國內為數不多可以批量供貨薄膜鈮酸鋰強度調制器的廠(chǎng)家。該款產(chǎn)品真正做到了小尺寸高性能，它的特點(diǎn)包括：器件長(cháng)度3cm，半波電壓3.3V，RF帶寬20/40GHz（兩款產(chǎn)品），插入損耗4.5dB，消光比>20dB，并且RF回損<-10dB，其綜合性能可以超越傳統的調制器，在模擬通信、強度調制、BPSK相位調制等應用方面有廣闊前景。目前國內和海外市場(chǎng)也開(kāi)始漸漸接納這一新型調制器技術(shù)產(chǎn)品。

  問(wèn)題四：公司還推出的可調諧芯片和薄膜鈮酸鋰調制器數據中心產(chǎn)品，主要針對哪些光通信細分應用，其產(chǎn)品意義和市場(chǎng)前景如何？

  陸博士：首先，iTLA-大范圍可調諧激光器，這款多通道干涉激光器可以實(shí)現超過(guò)48納米的波長(cháng)準連續調諧，支持靈活柵格（flex-grid）。該產(chǎn)品設計具有獨立的IP，擁有美國（US9853418B2）和中國專(zhuān)利（ZL201410704739.0），應用于相干通信、激光傳感、車(chē)載雷達光源、測試儀表等。該產(chǎn)品的成功研發(fā)意義重大，在主干網(wǎng)通信上保障信息安全，市場(chǎng)前景廣闊。

  其次，薄膜鈮酸鋰調制器在數據中心市場(chǎng)的前景被我們高度看好。針對目前的4*100G、8*100G市場(chǎng)，由于其在插損和RF驅動(dòng)電壓上的優(yōu)異性能帶來(lái)的功耗和成本的下降是完全可以預期的。較低的插損將節省激光器的功耗，而較低的驅動(dòng)電壓使其可能不再需要獨立的驅動(dòng)芯片。

  元芯光電和下游模塊廠(chǎng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的薄膜鈮酸鋰調制器在數據中心的模塊產(chǎn)品預計將在今年或者明年亮相。

公司半導體設備

  問(wèn)題五：公司是一家IDM模式的光芯片廠(chǎng)商，請介紹公司目前在芯片設計、制造、測試方面的投入布局？

  陸博士：元芯光電坐落在寧波市鄞州區科技園區，公司已有人員100多名，包含研發(fā)人員30多位，匯聚了國內外光芯片領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，其中各級重點(diǎn)引才專(zhuān)家、博士十多名。目前公司已搭建了2000多平方米的百級、千級超凈生產(chǎn)車(chē)間，購置了完整的InP和薄膜鈮酸鋰研發(fā)和生產(chǎn)設備。

  問(wèn)題七：元芯光電和國內其他光芯片公司相比，有什么獨特之處？

  陸博士：元芯光電在技術(shù)上的獨特之處，在于我們積累了III-V族激光器和薄膜鈮酸鋰調制器兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)。這是我們區分于其他初創(chuàng )企業(yè)的一個(gè)很關(guān)鍵的地方。具有任何一項技術(shù)，其實(shí)都會(huì )面臨上限。如果能夠為我們調制器客制化的去開(kāi)發(fā)激光器，或者為我們的激光器去開(kāi)發(fā)調制器，這樣的話(huà)產(chǎn)品的廣度和靈活度就會(huì )大大的增加。

  同時(shí)我們也一直秉持著(zhù)獨立開(kāi)發(fā)、不模仿、不趨同的基本原則，利用獨創(chuàng )的技術(shù)，給客戶(hù)帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

  總 結

  訊石認為，正是中國光通信產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展和持續升級發(fā)展，推動(dòng)了國產(chǎn)InP、硅光、鍺硅、薄膜鈮酸鋰等各類(lèi)光芯片/器件響應100G/200G/400G乃至800G和更高速傳輸的發(fā)展趨勢，塵出不窮的國產(chǎn)芯片樣品正在加速導入量產(chǎn)。下一代光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )將部署長(cháng)距離、相干傳輸、靈活調諧光通信技術(shù)，對超高速、長(cháng)距離、可調諧的高性能光通信芯片需求更為迫切，元芯光電將助力行業(yè)突破高端光芯片的產(chǎn)業(yè)共性瓶頸，通過(guò)創(chuàng )新響應下一代的光通信發(fā)展趨勢。