專訪元芯光電：全國產(chǎn)薄膜鈮酸鋰調(diào)制器 響應(yīng)新一代光通信發(fā)展趨勢

  ICC訊 光纖通信架構(gòu)起了全球互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)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(diào)度的能力，因此，這給光通信系統(tǒng)的核心部件-光電芯片和光電子器件提出了更加復(fù)雜的要求，尤其是低功耗、可調(diào)諧、小型化的特點。

  在過去三十年里，中國光通信產(chǎn)業(yè)取得了巨大的成就，在光通信系統(tǒng)設(shè)備、光通信器件、光纖光纜等細(xì)分領(lǐng)域皆成為全球最大的單一市場。但是在高端光通信產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片半導(dǎo)體領(lǐng)域，我國仍然存在短板。根據(jù)2017年中國電子元件行業(yè)協(xié)會發(fā)布《中國光電子器件產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線圖(2018-2022)》預(yù)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(diào)制器芯片/器件、25G DFB芯片/器件和多通道可調(diào)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)重點發(fā)展事項。

  鈮酸鋰（LiNbO3）調(diào)制器芯片及器件被列為重點發(fā)展技術(shù)

  隨著電信、數(shù)據(jù)中心、接入網(wǎng)等市場向高速互聯(lián)持續(xù)演進(jìn)，同時中國加大半導(dǎo)體投資；重點推動半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)鏈成長，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（簡稱元芯光電）就是一家專注于高端光電芯片研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的光通信、光傳感半導(dǎo)體企業(yè)。其主要產(chǎn)品包括：薄膜鈮酸鋰調(diào)制器、大范圍可調(diào)諧激光器、25G高速DML等國內(nèi)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(diào)制器是光通信系統(tǒng)實現(xiàn)高速電信號轉(zhuǎn)向光信號的重要環(huán)節(jié)；其核心材料是被業(yè)內(nèi)稱為“光學(xué)硅“的鈮酸鋰材料。目前鈮酸鋰基光調(diào)制器市場主要被富士通、住友電工、Lumentum等國外光器件廠商所壟斷。而隨著小型化、高密度成為應(yīng)用市場的明確需求，基于薄膜鈮酸鋰（LNOI）的新型電光調(diào)制器因其有相比于硅光調(diào)制器和磷化銦（InP）調(diào)制器更好的電光性能、更大的調(diào)制帶寬和更高的穩(wěn)定性，較傳統(tǒng)鈮酸鋰調(diào)制器可減小約60%的體積，滿足小型化趨勢，因此被市場逐步接受。在面對這一市場趨勢，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(qiáng)度調(diào)制器，因此成為我國光通信實現(xiàn)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)品化程度以及各類光通信芯片的比較，以下為問答整理。

陸明之博士

  問題一：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)品目前處在哪個階段？

  陸博士：目前公司的主要產(chǎn)品有CWDM 10/25G高速直調(diào)DFB激光器芯片、ITLA-大范圍可調(diào)諧激光器、薄膜鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器、薄膜鈮酸鋰DR4芯片，激光雷達(dá)和氣體傳感用DFB激光器等。確實各款產(chǎn)品所處階段不盡相同，薄膜鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器、CWDM 10/25G高速直調(diào)DFB激光器芯片、激光雷達(dá)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(diào)諧激光器、DR4芯片處于樣品送樣階段。

  題二：據(jù)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)品市場和選擇技術(shù)路線？

  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(fù)雜光芯片上還是沒有解決國產(chǎn)替代問題，比如主干網(wǎng)通信的大范圍可調(diào)諧激光器芯片、相干光通信芯片等。

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

  可以說，我們的技術(shù)路線是吸收和融匯國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗基礎(chǔ)上再進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計和工藝上的打磨精進(jìn)，比如25G DFB的兩段式設(shè)計與國內(nèi)外同行大不同、非光柵多通道干涉的大范圍可調(diào)諧激光器在國內(nèi)外擁有自己的專利。在工藝環(huán)節(jié)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(nèi)都很關(guān)注的國產(chǎn)硅光，我們認(rèn)為還是頗具挑戰(zhàn)的。主要原因有一下幾個：

  （1）硅光簡單依賴現(xiàn)有PDK來開發(fā)產(chǎn)品不現(xiàn)實，如果自主開發(fā)，會存在周期很長、研發(fā)成本高的難題；

  （2）硅光在下一代的數(shù)據(jù)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產(chǎn)品的解決方案、同時現(xiàn)有N*100G產(chǎn)品又存在進(jìn)入市場較晚的尷尬局面；

  （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，意味著成本和功耗都會很高；

  （4）薄膜鈮酸鋰（TFLN）將在未來的幾年，對硅光調(diào)制器帶來巨大的挑戰(zhàn)，我們拭目以待。這也是我們?yōu)槭裁创笠?guī)模投入薄膜鈮酸鋰領(lǐng)域的原因。

超小型的薄膜鈮酸鋰調(diào)制器

  問題三：2021年，公司重點發(fā)布了全國產(chǎn)的薄膜鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)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(diào)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(jù)我們了解，目前元芯光電是國內(nèi)為數(shù)不多可以批量供貨薄膜鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器的廠家。該款產(chǎn)品真正做到了小尺寸高性能，它的特點包括：器件長度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?fù)p<-10dB，其綜合性能可以超越傳統(tǒng)的調(diào)制器，在模擬通信、強(qiáng)度調(diào)制、BPSK相位調(diào)制等應(yīng)用方面有廣闊前景。目前國內(nèi)和海外市場也開始漸漸接納這一新型調(diào)制器技術(shù)產(chǎn)品。

  問題四：公司還推出的可調(diào)諧芯片和薄膜鈮酸鋰調(diào)制器數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，主要針對哪些光通信細(xì)分應(yīng)用，其產(chǎn)品意義和市場前景如何？

  陸博士：首先，iTLA-大范圍可調(diào)諧激光器，這款多通道干涉激光器可以實現(xiàn)超過48納米的波長準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧，支持靈活柵格（flex-grid）。該產(chǎn)品設(shè)計具有獨立的IP，擁有美國（US9853418B2）和中國專利（ZL201410704739.0），應(yīng)用于相干通信、激光傳感、車載雷達(dá)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，市場前景廣闊。

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

  元芯光電和下游模塊廠聯(lián)合開發(fā)的薄膜鈮酸鋰調(diào)制器在數(shù)據(jù)中心的模塊產(chǎn)品預(yù)計將在今年或者明年亮相。

公司半導(dǎo)體設(shè)備

  問題五：公司是一家IDM模式的光芯片廠商，請介紹公司目前在芯片設(shè)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(qū)科技園區(qū)，公司已有人員100多名，包含研發(fā)人員30多位，匯聚了國內(nèi)外光芯片領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，其中各級重點引才專家、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)車間，購置了完整的InP和薄膜鈮酸鋰研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備。

  問題七：元芯光電和國內(nèi)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(diào)制器兩個領(lǐng)域的技術(shù)。這是我們區(qū)分于其他初創(chuàng)企業(yè)的一個很關(guān)鍵的地方。具有任何一項技術(shù)，其實都會面臨上限。如果能夠為我們調(diào)制器客制化的去開發(fā)激光器，或者為我們的激光器去開發(fā)調(diào)制器，這樣的話產(chǎn)品的廣度和靈活度就會大大的增加。

  同時我們也一直秉持著獨立開發(fā)、不模仿、不趨同的基本原則，利用獨創(chuàng)的技術(shù)，給客戶帶來更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

  總 結(jié)

  訊石認(rèn)為，正是中國光通信產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展和持續(xù)升級發(fā)展，推動了國產(chǎn)InP、硅光、鍺硅、薄膜鈮酸鋰等各類光芯片/器件響應(yīng)100G/200G/400G乃至800G和更高速傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢，塵出不窮的國產(chǎn)芯片樣品正在加速導(dǎo)入量產(chǎn)。下一代光纖互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將部署長距離、相干傳輸、靈活調(diào)諧光通信技術(shù)，對超高速、長距離、可調(diào)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，通過創(chuàng)新響應(yīng)下一代的光通信發(fā)展趨勢。