当前,伴随着5G、大数据、云计算、人工智能与工业领域的融合创新不断深化,光电子芯片的市场竞争日趋激烈。
据河南广播电视台报道,为了实现芯片技术自主可控自立自强,全国人大代表、中科院半导体研究所研究员吴远大和20多位中科院半导体所专家攻克了一道道技术难关,成功研发出了PLC光分路器芯片,现在一个芯片只需要10块钱左右,大大节省了宽带网络建设费用。
报道称,目前PLC光分路器芯片、AWG芯片已经实现国内批量化生产,打破了国外厂商的垄断局面。现在国产的PLC光分路器芯片已经销往国外,份额占全球第一!
不过,虽然我国的光电子芯片技术取得了重大突破,但芯片和器件的研发仍是薄弱环节,与国外还有较大差距,相当一部分高端光电子芯片还依赖进口。吴远大表示,未来将紧盯下一代信息技术主要需求,加快促进新产品研发成果转化,开发更多的高端芯片,实现芯片技术自主可控和自立自强。
美芯片断供失算了
近两年,美方一直在加码芯片断供措施,其目的主要是为了阻挠我们发展高端芯片制造,以此来扼制我们的高科技发展,以便能够继续依托领先的技术优势,继续攫取大量利润。
事实上,中美这场没有硝烟的“芯片战争”中,对于中国企业或者芯片半导体行业发展来说,只会是百利而无一害。
毕竟压力越大,动力越大,美国打压华为之后,也让国内科技企业意识到,掌握核心技术才是硬道理。
因此,很多国内科技企业都开始“去美化”,加速自主研发和技术创新,进而提升国产芯片的自给率,降低芯片进口,实现真正的内循环发展。
就以PLC光分路器芯片来说,在2012年以前我国的PLC光分路器芯片全部依赖进口,对方一个芯片卖五六百块钱。如今,20多位中科院半导体所的专家成功研发出PLC光分路器芯片,致使国内的一个芯片只需要10块钱左右,可以说是大大节省了芯片进口的费用支出。
并且,让美国始料未及的是,中国去年的芯片专利申请量超越了美国。
根据公开数据显示,2022年来自中国的半导体专利申请数量为37865 项,占比全球总申请量的55%,位居世界第一。其次是美国的18223,占比为26%。
从这些数据可以看出,中国对芯片半导体行业的基础研究已经有了质的飞跃,而专利就是一个企业在某个特定领域的研究成果的代表,专利越多意味着积累越深厚。
不只是这些,近年来,国内科技企业在芯片自研,芯片创新等方面,也有不小的积累。
比如华为,自研芯片十几年,带来麒麟、鲲鹏、凌霄、鸿鹄、巴龙等系列芯片,满足庞大的业务所需。并且,华为靠着技术的“去美化”,打破美方封锁芯片和禁用系统的桎梏,持续推进5G核心网的创新解决方案发展及商用实践成果,继续成为5G核心网的全球领导者。
还有阿里巴巴基于RISC-V架构自研多款玄铁系列处理器,腾讯、百度等国内科技企业也自研芯片的成果都是有目共睹,且还在持续扩大自研芯片的范围,类别。
国内科技企业烧钱搞科研
不只是芯片领域,在AI、人工智能等领域上,中国也已经迎头赶上,甚至是超越了美国的水平。而这背后,离不开的是巨大的科研投入。
根据我国创新调查制度监测评价显示,2022年我国全社会研发(R&D)经费投入达到3.09万亿元,是2012年的3倍,稳居世界第二大研发投入国。
具体到企业身上,华为一直都是一家持续重金投入研发的公司,据华为去年第三季度财报显示,前三季度, 华为研发费用达1105.81亿元,相比上年同期的1023.40亿元,增加82.41亿元。
值得一提的是, 华为近10年累计研发已投入8450亿元,每年在基础研究上的投入超过200亿元。
华为的研发投入也在手机上得以体现,在多方面实现了对其他厂商的超越、碾压,如替代徕卡的XMAGE影像、鸿蒙OS、鸿蒙生态等。
腾讯近几年也一直在持续加码自研投入,据腾讯2022年第三季度财报数据显示,2022年前三季度,腾讯累计研发投入达455亿元,同比增长20.1%。并且2019年至今,腾讯研发投入累计达1667亿元,逐步建立起包括服务器、操作系统、芯片、SaaS等在内的完整自研体系。
无独有偶,阿里这几年也没有放下科研,据《浙江企业研发经费投入百强榜单》中数据显示,阿里凭借578亿元登顶第一,预计2022年科技板块总投入达到惊人的1200亿元。
凭借多年的投入积累,阿里在云计算、AI技术以及半导体等领域,累计在战略性新兴产业获得全球发明专利授权超1万件。
全球光芯片市场格局来看,海外光芯片厂商具备先发优势,中高端光芯片国产替代空间巨大。
光芯片国产 高端芯片亟需替代
我国光芯片企业已基本掌握2.5G及以下速率光芯片的核心技术。
根据ICC的数据,2.5G及以下速率光芯片国产化率超过90%;10G光芯片国产化率约60%,部分性能要求较高、难度较大 10G光芯片仍需进口。
2.5G及以下速率光芯片:国内厂商主导
2.5G光芯片主要应用于光纤接入市场,产品技术成熟,如PON(GPON)数据上传光模块使用的2.5G 1310nm DFB激光器芯片。
2.5光芯片领域本土化程度较高,我国已经基本实现国产化,本土企业占据主要市场份额,且国内厂商主导全球市场。国外光芯片厂商由于成本竞争等因素,已基本退出相关市场。
ICC数据显示,2021年全球2.5G及以下DFB/FP激光器芯片市场中,国内光芯片企业已经占据主要份额,其中武汉敏芯、中科光芯、光隆科技、光安伦、仕佳光子、源杰科技、中电13所等国产厂商全球市占率(按发货量)分别为17%、17%、13%、11%、9%、7%、4%。
10G光芯片:国产渗透率提升
我国光芯片企业已基本掌握10G光芯片的核心技术,但部分型号产品仍存在较高技术门槛,仍依赖进口。
国内部分光芯片厂商已具备相关产品出货能力,但下游光模块厂商综合考虑替换成本、可靠性、批量出货能力等因素,国产化占比提升仍需要一个过程。
ICC统计,2021年全球10G DFB激光器芯片市场(按发货量)中,源杰科技市占率为20%,已超过住友电工(市占率15%)等海外厂商,位居全球首位。
云岭光电、中电13所、中科光芯、武汉敏芯等国产厂商市占率分别为6%、6%、6%、2%,三菱电机也有4%的市场份额。
全球10G DFB激光器芯片市场份额:
下游来看,10G光芯片在光纤接入市场、移动通信网络市场和数据中心市场均有应用。
光纤接入市场相关芯片设计与工艺开发复杂,国产化率低,仅博通、住友电工、三菱电机等少数国际头部厂商能够批量供货。
目前国内光芯片厂商中,华为、海信宽带可以部分实现自产自用。
10G光芯片供应商格局稳定,主要为三菱电机、朗美通(Lumentum)、海信宽带、光迅科技等。源杰科技应用于4G移动通信网络的10G激光器芯片已实现批量供货,应用于5G基站升级的10G光芯片已通过客户验证阶段并逐步拓展相关市场。
数据中心市场方面,海外互联网公司主要使用100G及以上速率光模块,国内互联网公司目前主要使用40G/100G光模块并开始向更高速率模块过渡,其中40G光模块使用4颗10G DFB激光器芯片的方案。
25G及以上光芯片:国内厂商成长空间大
25G及以上光芯片包括25G、50G、100G激光器及探测器芯片,主要应用于移动通信网络市场和数据中心市场。
随着5G建设推进,我国光芯片厂商在应用于5G基站前传光模块的25G DFB激光器芯片有所突破,数据中心市场光模块企业开始逐步使用国产厂商的25G DFB激光器芯片。
2021年25G光芯片的国产化率约20%,但25G以上光芯片的国产化率仍较低约5%,目前仍以海外光芯片厂商为主。
源杰科技经过多年发展,2.5G、10G产品市场竞争力提升,25G速率芯片面向数据中心的产品蓄势待发,10G、50G、100G等速率新品研发加速布局。
长光华芯依托于IDM模式构建激光芯片生产体系,核心技术涵盖器件设计和外延生长,FAB晶圆工艺、腔面钝化处理、高亮度合束及光纤耦合技术等。
敏芯股份主营业务为2.5G/10G/25G/50G全系列激光器和探测器光芯片及封装类产品,在MEMS压力传感器领域公司积极探索新产品研发和应用,持续推进MEMS加速度传感器新产品新工艺的开发。
中科光芯是目前国内唯一一家能全生产链自主生产光芯片的生产商。
整体来看,国内的光芯片生产商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力,而光芯片核心的外延技术并不成熟,高端的外延片需向国际外延厂进行采购,限制了高端光芯片的发展。
经过多年的发展,我国光芯片企业已基本掌握2.5G和10G光芯片的核心技术,但仍有部分型号产品性能要求高、难度大,实现批量供货的国内厂商数量较少,产业链国产替代空间广阔。