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宽带中国:光通信产业需由大变强 技术创新是关键

2015-05-28 10:52
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  随着云计算、物联网、移动互联网等应用的发展,急剧增长的数据流量对带宽提出越来越高的要求。近两年,“宽带中国”战略和加快建设网络强国战略相继提出,光通信作为最为重要的信息通信基础设施之一,在支撑我国社会信息化、宽带化建设和网络强国方面的作用日益凸显。我国光通信产业经过数十年的发展,产业链布局比较完整,产业规模和产品种类不断扩大,竞争力持续提升,国内企业尤其是华为、中兴、烽火等设备商已充当起全球光通信产业的中坚力量。然而不容忽视的是,我国光通信产业“大”而不“强”,产业链发展不均衡,特别是位于产业链源头的光器件及芯片,与发达国家相比存在较大差距,已成为制约我国光通信长足发展的关键瓶颈。

  产业发展现状

  企业群体薄弱,核心技术缺失,产品结构不合理

  光器件及芯片以技术创新为主导,企业和产品的技术实力是衡量产业竞争力的重要指标。从全球范围来看,美国、日本是主要的研发基地,位于产业发展最前端,在技术水平、研发投入、知识产权方面均处于领先地位,拥有规模优势。我国光器件及芯片企业近年来已取得一定进步,占全球20%~25%的市场份额,光迅、海信已跻身全球光器件市场份额排名前十强。

  然而,我国光器件及芯片企业整体实力仍然偏弱,产品结构不够合理,大部分企业徘徊在中低端领域,同质化严重,主要依靠价格优势维持生存。在技术含量和附加值较高的如10G以上速率的有源光器件、100G光模块等高速产品方面,核心技术缺失,商用化进程缓慢,真正具备材料外延生长、管芯制作等全套工艺线,以及从芯片到器件到模块垂直集成能力的企业屈指可数。上游材料和芯片的薄弱导致相应的光器件、组件及模块发展受到制约,不仅高端产品依赖进口,甚至部分中低端产品亦无法实现完全国产化,采购渠道受日、美等控制。此外,一些国外知名光器件及芯片企业为了降低成本和把握中国快速增长的市场需求,纷纷将研发、生产、封装测试以及销售环节向中国转移,进一步挤压了国内企业的市场空间。

  产业落后原因

  技术、人才、政策、资金、环境

  光器件及芯片技术含量较高,具有研发投入大、回报周期长等特征。领先国家中,日本起步较早,知识产权保护意识较强,基础研究超前,技术储备雄厚;美国在光器件方面发展相对较晚,但拥有人才、资金、环境优势,企业善于通过并购重组实现阶跃式发展,并借助资本市场做大做强,发展异常迅速。

  我国光器件及芯片企业在技术、人才、政策、资金、环境等多个方面与国外领先企业存在较大差距。第一,技术落后是根本原因。我国在有源器件和高端产品方面长期缺乏积累,如今面对系统速率、器件集成度日益提高,工艺越来越复杂,技术产品升级换代加快,更显赶超乏力。另外,对于光器件长期发展战略规划重视不足,通常在市场成熟后才进入,这就不得不面对国外产品已实现低价规模化发展的残酷竞争。第二,人才缺口尚待填补。高层次创新型人才整体水平与发达国家有较大差距,海外人才引进与本土人才培养均有待加强。第三,融资渠道有限。国家对光器件领域的扶持政策较多集中在规划层面,资金投入有限且投入形式分散;国内的风险投资尚不成熟,新兴光器件芯片企业较难获得青睐;上市融资方面,国内仅有少数几家上市企业。而高端产品研发需要高投入、长周期,国内企业以中小民营企业为主,无力筹措巨额资金,主要依靠控制成本、提高良率和扩大产能生存,低利润水平使其自我供血不足,逐渐失去尖端技术研发能力。第四,产业环境整体不佳。我国光器件芯片企业群体薄弱,在技术研发、信息获取等方面存在不足。另外,设备商对高端国产器件的认可尚待时日,上下游公司间的高端合作有限,同时运营商采购政策导致价格战不断,低价薄利使光器件芯片企业的生存空间被不断挤压。

  技术发展趋势

  光子集成大势所趋,硅光子将承担重要角色

  光子集成(PIC)技术相对于目前广泛采用的分立元器件,在尺寸、功耗、成本、可靠性方面优势明显,是未来光器件的主流发展方向。

  近年来,随着技术的逐步积累以及产业需求的升温,PIC进入较快发展时期,中小规模PIC已经成熟并取得广泛商用,大规模PIC集成度已达到数百个元器件。PIC技术和产业的参与企业涵盖系统设备商、光器件芯片制造商、综合服务提供商、半导体Foundry等多个领域,面向电信和数据两大应用市场。

  在材料方面,三五族半导体在高速有源器件中广泛采用,磷化铟是目前唯一能够实现通信波长大规模单片集成的材料,未来仍具有一定发展潜力,代表性产品是Infinera的高速光发射、接收芯片。然而,磷化铟属于稀有材料,外延片尺寸较小,在低成本和大规模生产能力方面受到一定限制。另外,硅光子可将CMOS集成电路上的投资和技术经验应用到PIC领域,有效降低成本,提高生产效率,已成为未来PIC重要技术方向之一。硅光子的代表性技术产品如Luxtera的AOC芯片、Cisco的CPAK光模块、Acacia的相干CFP光模块,以及Intel致力研发的混合集成激光器和芯片级光互联技术等,国内也有少数企业涉足,但规模有限。硅光子技术在光源方面尚无可行的技术路线,目前以混合集成和短距应用为主,正不断发展成熟,未来将承担重要角色。

  产业发展趋势

  挑战冲击不断,产业链整合加剧,竞争格局将持续演化

  在光通信全产业链中,光器件及芯片面临多重挑战。

  一方面,华为、思科等系统设备商不断介入芯片、模块领域,对上游厂商形成巨大冲击,催生着产业新格局。另一方面,板上集成(BOSA On Board)等新技术的涌现也对光模块构成重要威胁。

  面对上游企业的分分合合,没有核心芯片技术的器件、模块商将备受挤压,可能面临因供应商被收购导致元器件断货的重大风险。在光器件及芯片细分领域,全球范围内厂商众多、集中度低,市场份额相对比较分散。近年来并购潮迭起,大型企业加速向上游芯片渗透的一体化垂直整合模式演进;产业链整合亦不断加剧,逐渐向研发、制造高度集中化方向发展。

  并购是国外光器件企业运用最频繁、效果最明显的扩张方式,目前并购重组的主角多为美国厂商,集中度及竞争能力的提升进一步增强了规模优势。以光迅、海信、华为为代表的国内企业近年来也开启了全球化并购篇章。未来,提高横向及纵向整合能力是全球龙头光器件企业的长期战略,产业竞争格局将持续演化。

  光器件及芯片具有产业群体性强、技术垄断性强、研发投入大、回报周期长等特征,其发展不仅仅是几家企业的突破,更需要良好的产业基础做支撑。我国虽拥有全球最大的光通信市场,优质的系统设备商,但仅靠市场力量难以有效解决光器件及芯片落后的本质问题。国家、社会、产学研各方应形成合力,将光器件及芯片发展作为战略部署的优先行动领域和抢占光通信产业竞争制高点的重要举措,突破我国光通信产业的本质薄弱环节,助力我国光通信产业由大变强。

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