光器件：加大芯片研發(fā)投入 提高核心器件國產化率

  ICCSZ訊 作為光電子技術的核心和關鍵，光電子器件隨著光電子產業(yè)的迅猛發(fā)展，其市場規(guī)模逐年攀升。未來五年是實現《中國制造2025》發(fā)展目標的關鍵時期，也是光電子器件產業(yè)加速發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期。為此，工信部電子信息司指導中國電子元件行業(yè)協(xié)會并組織來自國內光電子器件重點企業(yè)、研究機構、大專院校、行業(yè)專家等，共同編制了《中國光電子器件產業(yè)技術發(fā)展路線圖（2018-2022）》，分析光電子器件產業(yè)發(fā)展現狀，研判行業(yè)發(fā)展重點和難點，制定光電子器件行業(yè)未來五年發(fā)展目標。

  產業(yè)發(fā)展現狀

  1.產業(yè)現狀

  根據咨詢機構Ovum數據，2015—2021年，全球光通信器件市場規(guī)?？傮w呈增長趨勢。預計2020年收入規(guī)模將達到166億美元。其中，電信市場和數據通信市場對光通信器件的需求保持穩(wěn)定的增長，而接入網市場需求趨穩(wěn)。與設備、光纖光纜市場相比，光通信器件領域還處在充分競爭時代，由于很多光通信器件企業(yè)都是在某一細分領域精耕細作，造成了廠商眾多、集中度低的市場格局，市場份額也相對分散。

  從產品技術看，全球主要光器件廠家均積極布局有源光芯片、器件與光模塊產品，并達到100Gb/s速率及以上的水平。國內企業(yè)在無源器件、低速光收發(fā)模塊等中低端細分市場占有率較高，但在高端有源器件、光模塊方面的提升空間還很大。此外，數據中心市場拓展成為眾多光器件廠商的共同選擇。

  從盈利能力看，光通信器件行業(yè)本身在整個產業(yè)鏈中的盈利能力是最低的，再加上國內企業(yè)集中在中低端產品，盈利水平更是不樂觀。這使得國內大部分廠家無法投入更多資金用于高端產品的技術研發(fā)，難以實現健康可持續(xù)發(fā)展。

  我國光通信器件市場規(guī)模在近幾年與全球保持相同的增長趨勢，中國光通信器件市場約占全球25%～30%左右的市場份額。然而，盡管我國擁有全球最大的光通信市場、優(yōu)質的系統(tǒng)設備商，但是我國光通信器件行業(yè)在全球所占份額與現有資源并不相匹配。

  我國光通信器件廠商以民營中小企業(yè)為主，大多沒有其他業(yè)務支撐，規(guī)模普遍較小，企業(yè)群體不夠強壯，在自主技術研發(fā)和投入實力方面相對較弱，主要集中在中低端產品的研發(fā)、制造上，核心基礎光通信器件研發(fā)生產能力薄弱。

  從市場占比分析，中國企業(yè)實力偏弱，全球光通信器件市場占有率前十名企業(yè)中僅有一家中國企業(yè)。

  根據咨詢機構以及行業(yè)供給情況給出的光收發(fā)模塊、光芯片、電芯片國產化率測算數據，10Gb/s速率的光芯片國產化率接近50%，25Gb/s及以上速率的國產化率遠遠低于10Gb/s速率的產品，國內供應商除了可以提供少量的25Gb/sPIN器件和APD器件外，25Gb/sDFB激光器芯片則剛剛完成研發(fā)。25Gb/s速率模塊使用電芯片基本依賴進口。

  從產品技術分析，當前全球光通信行業(yè)的高端器件產品幾乎全部由美日廠商主導，且出現供不應求的局面，而國內基本屬于空白，或處于研發(fā)階段。

  從核心芯片能力分析，國內企業(yè)目前只掌握了10Gb/s速率及以下的激光器、探測器、調制器芯片，以及PLC/AWG芯片的制造工藝以及配套IC的設計、封測能力，整體水平與國際標桿企業(yè)還有較大差距，尤其是高端芯片能力比美日發(fā)達國家落后1～2代以上。而且，我國光電子芯片流片加工嚴重依賴美國、新加坡、加拿大、德國、荷蘭等國家和我國臺灣地區(qū)，使得關鍵技術大量流失。由于缺乏完整、穩(wěn)定的光電子芯片、器件加工工藝平臺以及工藝人才隊伍，國內還難以形成完備的標準化光通信器件研發(fā)體系，導致芯片研發(fā)周期長、效率低。

  2.存在問題與挑戰(zhàn)

  （1）國內光通信器件供應商以中低端產品為主，同質化競爭嚴重，產業(yè)環(huán)境有待改善。通過近些年發(fā)展，國內廠家在封裝技術上取得長足進步，但是國內光器件廠家多集中在技術成熟、進入門檻不高的中低端產品，以組裝代工為主，產品附加值不高，同質化嚴重。即使目前國內廠家能夠在中低端產品市場占據主導地位，產能滿足國內市場需求并達到出口，但是低價薄利使大部分廠家更加注重企業(yè)的短期盈利，無法投入更多資金用于研發(fā)周期長、回報慢的高端產品技術研發(fā)。

  （2）高端芯片器件自給能力有限，已成為中國系統(tǒng)設備廠商的瓶頸，國內核心技術能力亟待突破。目前高端光通信芯片基本被國外廠商壟斷，國外大廠占據了國內高端光芯片、電芯片領域市場的90%以上份額。以近年來網絡中大規(guī)模進行部署的高端100G光通信系統(tǒng)為例，其中的可調窄線寬激光器、相干光發(fā)射/接收芯片、電跨阻放大芯片、高速模數/數模轉化芯片、DSP芯片均依賴進口。

  光通信器件的核心是芯片，但芯片一直是整個中國制造的短板。目前，國內只有少數供應商涉足10Gb/s及以下速率的產品，25Gb/s產品還處在送樣階段。在高速模數/數模轉化芯片、相關通信DSP芯片以及5G移動通信前傳光模塊需要的50Gb/sPAM-4芯片上，還沒有國內廠家能夠提供解決方案。

  （3）產業(yè)鏈加速整合，國內廠商垂直整合能力較弱。光通信屬于全球化競爭異常激烈的產業(yè)，光纖光纜和系統(tǒng)設備兩個領域已進入寡頭競爭階段，光通信器件領域則還處在完全競爭時代，市場份額分散。巨大的成本壓力以及充滿挑戰(zhàn)的市場環(huán)境使光通信器件行業(yè)的廠商加速重組整合，國外廠商通過收購與兼并等方式不斷進行產業(yè)鏈拓展，成功地完成技術與業(yè)務轉型，使其產品覆蓋光器件、光模塊領域的幾乎所有環(huán)節(jié)，把握產業(yè)鏈條的每一個環(huán)節(jié)，牢牢占據產業(yè)鏈的高端。

  盡管近年來國內大型光模塊企業(yè)也有不少并購動作，但更多的中小規(guī)模廠商仍然欠缺資本運營能力與人才引進力度，導致創(chuàng)新能力不足，在產品系列的完備和高端產品的開發(fā)能力等方面尤為欠缺。要改善這種境況，一是需要企業(yè)加大創(chuàng)新投入、改善人才引進與激勵機制，二是也需要地方政府和國家相關政策的支持。

  （4）標準、專利等軟實力建設意識、能力不足，亟待提升原創(chuàng)能力與國際話語權。在光通信器件與模塊的國際標準制定中，一直以來很少見到中國企業(yè)的身影。近兩年國內企業(yè)也逐步意識到參與國際標準制定的重要性，逐漸能夠在最新標準中見到國內企業(yè)的參與，這是一個很好的開端。但從參與者到制定者，還有很長的路要走。

  （5）光通信器件產業(yè)依賴的配套行業(yè)基礎薄弱，需要國家支持。光通信器件產業(yè)發(fā)展嚴重依賴于先進測試儀表、制造裝備等基礎性行業(yè)能力。國內儀表裝備廠商基本從事低端設備的開發(fā)，精度高、自動化程度高的設備大都嚴重依賴進口，光通信器件企業(yè)固定資產投資負擔重。而且產業(yè)安全也存在問題。

  發(fā)展思路及目標

  1.發(fā)展思路

  （1）改善企業(yè)生存環(huán)境，營造良性產業(yè)生態(tài)。目前，光通信器件產業(yè)在整個通信產業(yè)鏈中處于相對弱勢地位，產業(yè)生態(tài)環(huán)境欠佳，影響企業(yè)自身造血能力，不利于前沿技術研究，不利于產業(yè)可持續(xù)發(fā)展。需要繼續(xù)加強信息基礎設施建設投入，并統(tǒng)籌產業(yè)布局，優(yōu)化產品結構。

  （2）攻關高端芯片/器件，保障供應鏈安全。目前，高端光芯片、模塊、器件嚴重依賴進口，發(fā)展受到制約。國內的產學研沒有形成面對產業(yè)需求的創(chuàng)新合力，高校和研究所偏離產業(yè)的現實需求。應健全以企業(yè)為主體、市場為導向、政產學研用相結合的產業(yè)技術創(chuàng)新體系，著力突破重點領域共性關鍵技術，加速科技成果轉化為現實生產力。

  （3）加強國際市場，推動產業(yè)向國際化發(fā)展。目前，光通信器件產業(yè)對國內市場的依賴較大，國際化空間有待拓展，而且面臨貿易、安全、專利等多重挑戰(zhàn)。需借助國家“一帶一路”倡議，積極培育亞洲、非洲的光通信市場，促使其加強網絡建設投入，并且通過國外建廠實現國際化生產，通過國外建設研究中心實現國際化研發(fā)。

  （4）重視發(fā)展趨勢，著眼長遠發(fā)展，超前規(guī)劃布局。遵循科技創(chuàng)新與市場發(fā)展規(guī)律，著眼長遠發(fā)展，超前規(guī)劃布局。重視基礎研究，通過原創(chuàng)性、基礎性、先導性技術的突破，加大投資保障力度。

  2.結構調整目標

  進行產業(yè)結構調整布局，加強對創(chuàng)新技術與產品的優(yōu)化與引導，并適當引入國際化運營經驗，增強行業(yè)的綜合實力。

  （1）產品由低端走向高端——以市場為導向，優(yōu)化產品結構。我國光通信器件企業(yè)在接入網領域無論是產業(yè)規(guī)模還是技術均處于世界領先地位，但是接入網產品屬于中低端產品。在傳輸和數據通信領域，我國企業(yè)的產品技術水平仍處于較落后狀態(tài)。依據未來市場發(fā)展趨勢，我國光通信器件企業(yè)應重點加強100Gb/s光收發(fā)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(fā)投入與市場突破，并爭取盡快擴大產業(yè)規(guī)模、早日擺脫對國外供應商的依賴。并且在下一代400Gb/s光收發(fā)模塊產品、硅光集成領域加大投入、加快研發(fā)進度，爭取跟國際一流廠商處于并跑狀態(tài)。

  （2）技術由組裝走向核心芯片——補齊上游短板，夯實產業(yè)基礎。光收發(fā)模塊的核心技術在于光電子芯片。我國大多數光通信器件和模塊企業(yè)依靠中國較為低廉的人工成本和進入門檻較低的封裝技術在市場上生存。隨著中國人工費用的上升和國外智能制造技術的發(fā)展，若使國內光器件企業(yè)擁有長遠發(fā)展能力，必須建立自己的光電子芯片研發(fā)和制造能力，包括激光器芯片、光探測器芯片、集成電路芯片、光子集成芯片。

  光電子芯片產業(yè)是整個信息產業(yè)的核心部件與基石，芯片行業(yè)進入壁壘高、投入大、研發(fā)周期長，難度大，尤其是芯片的材料生長、芯片設計、芯片工藝經驗積累，迫切需要國家整合國內的產學研融資源，解決行業(yè)共性技術、關鍵技術瓶頸，確保在2022年中低端光電子芯片的國產化率超過60%，高端光電子芯片的國產化率突破20%。

  （3）市場從國內走向國際——發(fā)揮產業(yè)鏈下游優(yōu)勢，拓展新興市場。充分利用低成本和集成能力，發(fā)揮我國在產業(yè)鏈下游系統(tǒng)設備、運營商環(huán)節(jié)已有的優(yōu)勢，積極向新興市場拓展，持續(xù)擴大產業(yè)規(guī)模。積極培育亞洲、非洲的光通信市場，在“一帶一路”倡議中更重視信息基礎設施建設，促使其加強網絡建設投入，帶動光通信器件市場需求。與政府形成合力，沖破西方在貿易、安全、知識產權等多方面所設置的針對中國的競爭壁壘，促進國產系統(tǒng)設備進入發(fā)達國家市場。

  （4）培育龍頭領軍企業(yè)和新興中小企業(yè)——壯大薄弱環(huán)節(jié)產業(yè)群體。培育龍頭領軍企業(yè)，在核心技術開發(fā)、標準制定等多方面帶動產業(yè)做大做強。培育具有原創(chuàng)核心技術和自主知識產權的新興中小企業(yè)。在政策、資金等資源上予以傾斜，強調比較優(yōu)勢和差異化競爭。強化全球資源整合能力，支持企業(yè)在供應鏈、戰(zhàn)略方向與資源布局上合作，有效利用全球各地區(qū)的資源。爭取2020年有2到3家企業(yè)進入全球光通信器件前十強，并且在核心技術能力上接近、部分領域超過行業(yè)標桿企業(yè)。2022年國內企業(yè)占據全球光通信器件市場份額的30%以上，有1家企業(yè)進入全球前3名。

  （5）推動上下游產業(yè)鏈互聯(lián)互通——規(guī)范產業(yè)環(huán)境，構建產業(yè)生態(tài)。傳統(tǒng)封閉的產業(yè)生態(tài)體系限制了創(chuàng)新，融合變革形勢下，競爭日益需要綜合性資源與能力，構建開放的產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。我國光通信器件產業(yè)更應加強上下游聯(lián)動，一方面，推動國內系統(tǒng)設備廠家優(yōu)先選用國產光器件，充分發(fā)揮國內市場、優(yōu)質設備商的帶動作用；另一方面，產業(yè)鏈上下游可以共同開展技術研發(fā)，建立測試平臺，共同培育應用生態(tài)，參與國際標準制定，從而共同提升主導能力。

  3.技術創(chuàng)新目標

  （1）搭建產業(yè)技術協(xié)作與創(chuàng)新平臺，構建長效的創(chuàng)新發(fā)展機制。加快信息光電子國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設，發(fā)揮行業(yè)骨干企業(yè)主導作用，有效整合國內外各類創(chuàng)新資源，建立聯(lián)合開發(fā)、優(yōu)勢互補、成果共享、風險共擔的協(xié)同創(chuàng)新機制；開展產業(yè)前沿技術研究與共性關鍵技術研發(fā)，突破產業(yè)鏈關鍵技術與共性技術供給瓶頸；促進科技成果商業(yè)化應用，打造多層次人才隊伍；支撐新一代信息技術產業(yè)發(fā)展，帶動相關產業(yè)轉型升級。

  （2）加強核心有源激光器、硅基光電子芯片及上游關鍵材料等設計、制造工藝平臺建設與工藝人才培養(yǎng)。我國的半導體激光器產業(yè)化水平是光通信產業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)，高端激光器芯片（主要指25Gb/s以上）幾乎全部依賴進口。25Gb/s激光器芯片、硅基100Gb/s和200Gb/s相關光收發(fā)芯片、WSS芯片以及配套的半導體集成電路研發(fā)所需要的，可工程化的Ⅲ-Ⅴ族材料工藝、硅基光電子工藝平臺能力，是制約國內企業(yè)與研究機構在核心芯片上快速創(chuàng)新的瓶頸，也是制約國產芯片大規(guī)模應用的主要瓶頸。需要通過搭建共性技術研發(fā)平臺、加大人才的儲備、引進海外高端人才等方式加快補齊短板。

  （3）突破高密高速等集成封裝與測試工藝，實現高端產品產業(yè)化。圍繞寬帶中國、中國制造2025以及5G移動通信項目，重點攻關高密、高速、可調等高端光電子器件產品的封裝工藝技術，解決異質材料光波導間的陣列耦合設計與工藝技術、異質材料間的高速電信號匹配與高速封裝工藝技術、Ⅲ-V族器件與硅基器件的高性能集成、光波導間低損耗、低回損耦合技術等封裝技術問題。以優(yōu)勢企業(yè)為主體，盡快推出光傳輸網絡用的100Gb/s和200Gb/s相干光收發(fā)模塊和ROADM產品，數據中心用200Gb/s和400Gb/s光收發(fā)模塊，以及5G移動通信用的工溫25Gb/s光收發(fā)模塊等，并形成規(guī)?；慨a，支持國家重大工程的實施。

  （4）完善技術標準、知識產權體系建設。建立完善的光通信系統(tǒng)及光通信器件標準體系，鼓勵科研院所、企業(yè)積極參與提交國際和國內技術標準標準草案，深入參與國際標準化工作、加強行業(yè)協(xié)會的團體標準建設，推動自主知識產權成果轉化為國際標準。加強光通信器件專利申報，確保專利申報數量與美日差距縮小，提升專利質量，建立國內專利池，在國際競爭中形成合力。

  政策建議

  1.國家加大對光電子芯片共性關鍵技術的研發(fā)資金支持，迅速提高核心器件國產化率，培育具有國際競爭力大企業(yè)

  制定并出臺具體的支持政策，并加大中央財政投入力度；設立國家信息光電子產業(yè)創(chuàng)新中心與發(fā)展基金，扶持我國光通信器件領域的若干示范企業(yè)，推進擁有核心技術的初創(chuàng)企業(yè)產業(yè)化，促進企業(yè)盡快完成轉型升級。

  爭取光電子企業(yè)享有與集成電路企業(yè)相同的產業(yè)政策、稅收政策和人才政策。

  推進企業(yè)整合，優(yōu)化企業(yè)結構，提高企業(yè)集中度，形成3到5家符合國家戰(zhàn)略的、重大技術工藝發(fā)展方向的行業(yè)龍頭企業(yè)，以適應長期發(fā)展新形勢和國際市場競爭的需要。推進政、銀、企大力協(xié)同，調動、引導、挖掘相關資源，廣泛建立銀企金融合作的項目開發(fā)平臺。

  2.優(yōu)化光電子產業(yè)生態(tài)，加強國際合作，迅速提升集成光通信器件能力

  整合產業(yè)中分散化的研發(fā)力量，完善創(chuàng)新體系與產業(yè)生態(tài)環(huán)境。重點建立光電子芯片公益性加工平臺，為高端光電子芯片研發(fā)和生產提供技術支撐和服務。建立光通信器件設計和制備技術標準化體系，增強產業(yè)群體國際話語權。

  鼓勵企業(yè)擴大國際合作，整合并購國際資源，設立海外研發(fā)中心，積極拓展國際市場。優(yōu)化環(huán)境，大力吸引國外資金、技術和人才，承接國際高端產業(yè)轉移，吸引外資企業(yè)在國內建設研發(fā)中心、生產中心和運營中心。鼓勵在華研究機構加大研究投入力度和引進高端研發(fā)項目，推動外資研發(fā)機構和本地機構的合作。充分利用歐美國家在光子集成芯片等高端光通信器件方面的技術優(yōu)勢，實現我國光通信器件跨越發(fā)展。

  3.加強產學研合作，構建長效的戰(zhàn)略創(chuàng)新、產業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)機制

  充分發(fā)揮企業(yè)在市場需求引領、提煉技術問題、產業(yè)化推廣、組織效率等方面的優(yōu)勢；充分發(fā)揮高校和研究所在前期科研積累、人才聚集、前沿探索等方面的優(yōu)勢，整體團隊做到優(yōu)勢互補。力爭探索出一條產學研協(xié)同創(chuàng)新的典范之路，不僅產生高水平的學術成果，同時也讓成果落地、形成生產力，改變過去科研成果轉化不力的局面。

  完善科技創(chuàng)新激勵機制，提高專業(yè)技術人才自主創(chuàng)新和參與科研成果產業(yè)化的積極性和主動性。建立和完善產學研合作的人才培養(yǎng)模式。提高企業(yè)教育和培訓經費提取比例，完善繼續(xù)教育和在制培訓機制，優(yōu)化教育學科配置，完善產業(yè)后備人才隊伍建設。