專訪元芯光電：全國產薄膜鈮酸鋰調制器 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網和現代通訊網絡發(fā)展的全光底座。目前，基于全光底座的下一代光網絡迫切需要更高速率、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。

  在過去三十年里，中國光通信產業(yè)取得了巨大的成就，在光通信系統設備、光通信器件、光纖光纜等細分領域皆成為全球最大的單一市場。但是在高端光通信產業(yè)鏈上游的芯片半導體領域，我國仍然存在短板。根據2017年中國電子元件行業(yè)協會發(fā)布《中國光電子器件產業(yè)技術發(fā)展路線圖(2018-2022)》預測，我國在2017年25G及以上的光芯片國產化率上僅為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業(yè)重點發(fā)展事項。

  鈮酸鋰（LiNbO3）調制器芯片及器件被列為重點發(fā)展技術

  隨著電信、數據中心、接入網等市場向高速互聯持續(xù)演進，同時中國加大半導體投資；重點推動半導體芯片產業(yè)鏈成長，中國光通信器件芯片也進入快速發(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)、生產和銷售的光通信、光傳感半導體企業(yè)。其主要產品包括：薄膜鈮酸鋰調制器、大范圍可調諧激光器、25G高速DML等國內迫切需要進口替代的芯片產品。

  在光通信領域，電光調制器是光通信系統實現高速電信號轉向光信號的重要環(huán)節(jié)；其核心材料是被業(yè)內稱為“光學硅“的鈮酸鋰材料。目前鈮酸鋰基光調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、高密度成為應用市場的明確需求，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(wěn)定性，較傳統鈮酸鋰調制器可減小約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域的技術積累，順勢推出了全國產的薄膜鈮酸鋰強度調制器，因此成為我國光通信實現進口替代的代表性產品之一，緊隨新一代光通信發(fā)展步伐。

  訊石光通訊網近期采訪了元芯光電聯合創(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)，公目前的主要產品是哪些，以及產品目前處在哪個階段？

  陸博士：目前公司的主要產品有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。確實各款產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產品可以量產出貨，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、鈮酸鋰等多種技術材料，這些材料領域的光芯片國產化發(fā)展情況如何？以及公司是如何定位產品市場和選擇技術路線？

  陸博士： 近些年III-V族、鍺硅、鈮酸鋰等材料領域的光芯片國產化有了較大進步，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有解決國產替代問題，比如主干網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，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諧激光器芯片填補國內空白、薄膜鈮酸鋰調制器領先國內外同行、25G DFB解決工溫難題等等。

  可以說，我們的技術路線是吸收和融匯國內外先進經驗基礎上再進行創(chuàng)新設計和工藝上的打磨精進，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利。在工藝環(huán)節(jié)上，光刻、鍍膜、刻蝕等關鍵制造步驟上摸索和積累了較多經驗，且有我們獨到之處。

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

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

  （2）硅光在下一代的數據中心N *200G的產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品的解決方案、同時現有N*100G產品又存在進入市場較晚的尷尬局面；

  （3）對于八通道的產品，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域的原因。

超小型的薄膜鈮酸鋰調制器

  問題三：2021年，公司重點發(fā)布了全國產的薄膜鈮酸鋰強度調制器產品，請介紹該產品的技術優(yōu)勢和性能水平？

  陸博士：薄膜鈮酸鋰調制器產品是元芯自主研發(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家。該款產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也開始漸漸接納這一新型調制器技術產品。

  問題四：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品，主要針對哪些光通信細分應用，其產品意義和市場前景如何？

  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現超過48納米的波長準連續(xù)調諧，支持靈活柵格（flex-grid）。該產品設計具有獨立的IP，擁有美國（US9853418B2）和中國專利（ZL201410704739.0），應用于相干通信、激光傳感、車載雷達光源、測試儀表等。該產品的成功研發(fā)意義重大，在主干網通信上保障信息安全，市場前景廣闊。

  其次，薄膜鈮酸鋰調制器在數據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期的。較低的插損將節(jié)省激光器的功耗，而較低的驅動電壓使其可能不再需要獨立的驅動芯片。

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

公司半導體設備

  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，匯聚了國內外光芯片領域的優(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、千級超凈生產車間，購置了完整的InP和薄膜鈮酸鋰研發(fā)和生產設備。

  問題七：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領域的技術。這是我們區(qū)分于其他初創(chuàng)企業(yè)的一個很關鍵的地方。具有任何一項技術，其實都會面臨上限。如果能夠為我們調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)調制器，這樣的話產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，給客戶帶來更優(yōu)質的產品。

  總 結

  訊石認為，正是中國光通信產業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展和持續(xù)升級發(fā)展，推動了國產InP、硅光、鍺硅、薄膜鈮酸鋰等各類光芯片/器件響應100G/200G/400G乃至800G和更高速傳輸的發(fā)展趨勢，塵出不窮的國產芯片樣品正在加速導入量產。下一代光纖互聯網絡將部署長距離、相干傳輸、靈活調諧光通信技術，對超高速、長距離、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業(yè)共性瓶頸，通過創(chuàng)新響應下一代的光通信發(fā)展趨勢。