集成芯片的分类

电脑市场上很多主板都集成了很多其他组件:显卡、声卡、网卡等等。在选购集成主板产品时，主要考虑用户自身的需求。同时也要注意，这些集成控制芯片在性能上略逊于同类中高端板卡产品。如果有特殊需求，要购买相应的板卡来提升性能。另外，在主板插槽数量的选择上也是如此，主要是考虑自己的需求。如果要使用大量的扩展卡来实现一些附加功能，就要选择扩展槽多的产品；如果要配置大容量内存，选择DIMM内存插槽较多的产品来实现功能。光子集成技术是光纤通信最前沿、最有前景的领域，是满足未来网络带宽需求的最佳途径。当大家还在执着于“全光通信”的想法时，网络已经在悄然发生变化。节点设备需要光电转换，信号可以通过“O-E-O”整形放大后传输到计算机。光子集成技术顺应了时代的发展。与传统的离散“O-E-O”处理相比，光子集成降低了成本和复杂度，带来了以更低的成本构建更多节点的全新网络结构的好处。更多的节点意味着更灵活的访问和更有效的维护和故障处理。然而，光子集成芯片的制造并不是一件容易的事情。光子器件具有三维结构，这比具有二维结构的半导体集成复杂得多。激光器、探测器、调制器等器件都集成在芯片中，需要在不同材料(包括铟镓砷、磷化铟等材料)的多个薄膜介质层上反复沉积和刻蚀。磷化铟晶片在生产线上被一种叫做光刻胶的糊状化学物质包裹。紫外光透过镂空的模板照射在光刻胶上，产生复杂的反应。一些半导体材料粘在晶片上，一些被蚀刻掉。2004年，一种大规模光子集成芯片——集成了50个光子器件的一对芯片出现在人们面前。此前，一些光学芯片制造商只集成了少数几个器件。光子集成技术成功开发了400GB/s和1.6TB/s芯片，实现了多达240个光器件的集成。光子集成领域的巨头Infinera在2008年2月公布了其光子集成产品的下一步发展路线。据预测，光子集成的密度将每三年翻一番。

光集成芯片领域的技术发展

正如电路已经集成开发成集成电路芯片一样，光路也将集成开发成集成光路芯片(OIC)。光波导技术是集成光学的基础。随着新技术产品完全取代传统产品，集成光路芯片正逐步走向更广泛的市场应用。然后集成电路逐渐发展成大规模集成电路，从而大规模取代传统电路板。产品的高科技含量极大地改变了生产模式，采用了高度自动化和大批量生产的半导体加工模式进行生产，通常称为晶圆加工生产模式。同理，我们的光集成芯片也是采用半导体加工方式(工艺不同)制造高性能的光集成芯片来替代传统的光学器件。与大规模集成电路芯片一样，也实现了大规模生产和高效率，具有成本更低、尺寸更小、性能更稳定、生产过程能耗低、生产过程无污染、劳动力减少、科技含量高、性能指标高、产品附加值高的特点。鉴于光学芯片设计和加工技术的复杂性，前期科研投入巨大，往往数百亿美元。到目前为止，只有欧美、日本等少数发达国家实现了这种芯片的量产，并在高端通信领域得到了实际应用。包括中国的主干路网、环网、光纤到户网，光纤到户网所需的光芯片都是从他们那里采购的。国内光电器件的生产规模和市场份额仍然不足，只能局限于低端市场。光芯片作为高端核心技术产品，目前仍处于发达国家的加工水平，缺乏自己的R&D设计。由于光学芯片加工技术的快速发展，西方发达国家占据了光学芯片大部分高端产品的市场份额。到目前为止，国内只能生产传统熔锥设备制造的光纤分路器和两路波分复用器。这与我国光电子研究和通信技术市场的巨大需求非常不符。

光学芯片是用半导体加工的(也就是晶圆加工)，但是这个行业不同于普通行业。过去由于国内芯片设计技术，晶圆(硅)材料和加工工艺相对落后。甚至到目前为止，国内还没有一条晶圆加工生产线可以生产我们的光学芯片，达到6英寸(或以上)的量产水平。因此，基于平面光波导技术，以晶圆加工为制造工艺的光集成芯片的研发、设计和制造在国内一直是空白。因为国内没有生产线做实验，掌握该领域高端核心技术的人才极其匮乏。国内晶圆加工(集成电路芯片“电”芯片)产业发展迅速。仅在上海浦东的张江高科技园区，就集中了数家知名芯片加工企业，其中“SMIC”投资654.38+0.2亿美元，建设了中国第一条全球最大的654.38+0.2英寸晶圆加工生产线。但以上企业都是加工传统的“电”芯片，电芯片的性能和速度已经到了技术瓶颈。例如，个人电脑芯片的速度不再每两年翻一番，而且很难做得更小。事实上，著名的摩尔定律已经被推翻了。在未来的芯片加工行业中，加工光学芯片的OEM生产线是一个更加新兴的行业，它已经成为专业人士的知识，将为我国平面波导集成光学芯片的研发和生产创造有利条件。如果首条生产线能够尽快建立，将会给在这一核心技术领域从事自主研发和设计的企业，以及拥有自主知识产权的“中国光芯”带来巨大的机遇。

光集成芯片的市场应用

1与FTTH接入网的应用。众所周知，中国是全球最大、发展最快的电信市场之一，建立了世界一流的光传输网络，包括10Gbps光同步数字系统(SDH)、密集波分复用系统(DWDM)和有线电视网(CATV)。“三网合一”的FTTH网络系统也开始试点和推广。光纤到户网络具有无源网络、高带宽、多种承载业务和灵活的支持协议四大技术优势，将彻底淘汰ADSL。光纤到户融合了IP、光通信、数字和接入网等先进技术，其高带宽的接入方式可以为IPTV、VOD、数字电视等新业务的普及提供高质量的保障。到目前为止，互联网信息的传输是基于主干网沿线城市之间和城市内部的光纤，从主干网到社区和家庭的“最后一公里”和“最后一百米”是通过铜线而不是光纤传输的。铜线的带宽只有1兆到2兆左右，而光纤的带宽可以达到100兆以上。一旦实现光纤到户和三网融合，人类的工作和生活将会发生难以想象的变化。上网速度是现在的几百倍，上网、看电影、上课、开会、下载都可以实现高清高速即时传输。电话通信可以实现视频通话、声音和画面高清、零干扰等。有线电视网络还可以实现高清图片、视频点播等互动功能。截至目前，在省市政府的大力支持下，FTTH在中国的试点应用已经启动。比如，武汉市有紫苑小区、昌飞小区、南湖都市桃源、德润大厦、王宓花园等十余个FTTH项目，用户超过1万。上海的浦东电信局第九城市小区和SMIC别墅小区，北京的毕昇花园和昆仑公寓，成都的泰隆小区，以及浙江、广东、江苏等地也已经启动了FTTH的规划和试点工作。

全球FTTH技术和市场日趋成熟，业务增长迅速，在发达国家尤为看重。相关统计显示，到2007年底，美国有500多万户，日本有300万户。而中国光纤接入用户已经开始在部分地区试点。有人说，中国已经远离了FTTH时代。但在今天的信息产业中，往往会有意想不到的发展:谁能想到手机和互联网能有如此的普及？作为2008年北京奥运会的固定通信合作伙伴，中国网通对FTTH进行了试验。将在北京部署多张优质奥运光纤网络，采用光纤直达桌面的技术，实现2.5GB的“用户桌面”带宽，目前中国宽带用户数已达654.38+0.22亿，居世界第一。最终，它将被光纤到户技术彻底淘汰。市场研究机构Heavy Reading发布的《全球FTTH(光纤到户)技术与市场发展》报告预测，到2012年，全球将有5%的家庭实现FTTH，GPON(全光网络)技术有望在未来几年成为FTTH的主导技术，FTTH用户总数有望从2000万增加到9000万。另一家名为Ovum-RHK的公司预测，亚太地区的宽带用户数量将从2005年的7500万增加到2009年底的6543.8+290亿，其中2300万用户将选择FTTH技术实现宽带接入。亚太将成为全球发展最快的FTTH地区，宽带服务市场主要集中在中国、日本、新加坡和韩国。所以这是一个巨大的市场，我们国家也将形成约6543.8+0000亿元的光缆和光接入设备市场规模，不包括海外市场。通信运营业务年营收将超过6543.8+08亿元，这对于电信企业和光纤设备厂商来说无疑具有巨大的发展潜力。

2.干线公路在超长距离城际网中的应用。长距离干线传输的全光通信广域网正逐步向超长距离、高速率、大容量、模块化、灵活、便捷、可靠的方向发展。结合波分复用(WDM)和远程泵浦(ROPA)技术，可以在没有电的情况下传输5000公里的10G信号。我公司为新一代全光通信网络开发的40路阵列波导(AWG)密集波分复用器(DWDM)和20路可重构光分插复用器(ROADM)是波分复用系统的核心部件，能够满足新一代长途干线传输的发展要求。300-500 km长的单跨传输提高了系统的长距离传输能力，可以最大限度地节省中继站，降低网络成本，提高网络可靠性。密集波分复用器是模块化设计的基础，不仅可以实现400g >:800g >；1200G >1600G系统逐步扩展，也可以根据波长平滑升级。采用分期投资、按需建网的思路，有利于干线传输网的建设。可重构光分插复用器(ROADM)可以实现远程自动配置，任意波长可以在任意节点上下。设备在线升级扩容，不中断业务。ROADM可同时实现自动功率调谐和通道监控。采用ROADM系统可以在不重新设计网络的情况下快速提供新业务，减轻网络规划负担，降低运维成本。光学芯片级平面阵列波导密集波分复用器和光学芯片级多通道可调光衰减器是两种主要的光学芯片。目前国内还没有我们自己生产的这种光学芯片，几乎都是进口的。

3.环形城域网的应用。环网一般采用双环结构，每个节点串联在光纤环中，节点之间的信号传输是点对点中继，所以网络直径和容量可以做得很大，网络周长可以超过200km，串联的节点数达到上千个，比大多数总线网络大一个数量级，光路损耗也小。双环网络可以单环运行，也可以双环运行。单环运行时，一环正常运行，另一环处于热备状态，提高系统的可靠性。这个时候网络的容量取决于一个环，节点只需要一套设备。双环运行时，网络容量翻倍，需要两套设备同时运行。ROADM被认为是新一代城域波分网的标志，动态灵活的光层也被认为是城域网的发展方向。

4.电气控制在高频信号传输中的应用。中国正处于快速发展的过程中，工业生产的自动化程度越来越高。资源和原材料的短缺或价格的暴涨已经严重制约了发展。除了电话线、网络线和有线电视线，每年还有大量的控制设备使用以金属材料为核心的数据线、控制线和信号线。因此铜等金属资源消耗巨大，技术上完全可以用光纤和光芯片替代。简单来说，一根光纤的两端都是通过光学芯片和光电转换来实现的。仪器设备中用于控制的大量传输线和各种类型的信号线，使得一些电气控制柜和自动化控制台一旦打开都捆绑着各种传输线和信号线，甚至占据了控制柜重量的一小部分。如果用廉价的光纤进行传输，那么我们开发的配套光芯片将是海量应用。这一方面符合“铜退轻进”的国家战略和产业政策。特别是对于自动化控制领域的一些高频信号，至今还经常使用同轴电缆，原因很简单，只要所有导线都有电磁场，就会相互干扰，需要在导线上覆盖屏蔽层等技术手段，但仍然无法解决损耗高的问题。由于带宽巨大，一根光纤不仅可以代替无数的电信号线，而且放在一起的两根光纤之间没有干扰问题，不存在损耗大的问题。每年为国家节约的资源将达到1万吨。中国早就是光纤生产大国，产量早就是世界第一。一些特种光纤的制造也取得了很大的进步，300公里的距离可以接近零损耗。为“铜退光”战略创造了良好的条件，为建设全光网络奠定了技术基础。

工业发展前景

基于上述五个方面的应用，巨大的需求显示了R&D的极端重要性，中国自主知识产权的设计和制造。在长途城际网和环网中的应用也完全可以替代进口，而且数量巨大。加上工业自动化控制和高端军事应用。海量的需求让我们有理由相信，我们的产业将发展成为一个巨型产业，再加上其他一些重要的光电产业，国家的综合科技实力将得到快速提升。试想，如果没有我国自主研发的具有自主知识产权的光芯片，我国通信主干道使用的大量光芯片级光器件都是从国外购买的，这也关系到潜在的安全问题。一旦国家开始普及FTTH，大量订单将被一些国外厂商抢走。就像当年电脑和手机进入中国市场一样，“洋芯”占据了中国几乎所有的电脑和手机，也占据了附加值最高的产品。那些工业巨头之所以能迅速成为“巨无霸”，是因为包括中国在内的全球用户为他们提供了丰厚的利润。一些后来发展起来的企业会发现更难与之竞争。目前，国家需要走出越来越难以维持的粗放型经济模式。毕竟原材料、劳动力、能源总体在涨，做低技术含量的“世界工厂”成本也在涨。如果发达国家经济不景气，出口受阻，依靠低利润低技术含量的加工经济和出口导向来推动和维持长期的高增长是不可能的。众所周知，在高新技术产品出口中，我国大部分只赚取加工费，高附加值的核心零部件利润往往被发达国家在华大公司把持或直接从国外进口。所以，一旦你占领了技术的制高点，你就会获得最大的利益。为什么我们国家没有占据这样的制高点，没有拥有这样核心技术的企业？什么时候才能有中国的“英特尔”“微软”企业，让我们国家在一些重要的工业领域有我们的优势，至少有一席之地，用高科技引领一个行业？如果能自建生产线，那么如果每一个技术和加工环节，包括核心的R&D和设计，都在国内独立完成，我们不仅拥有技术优势，价格优势明显，还具有开拓海外市场的巨大潜力，让“中国芯”走出国门成为可能。那么在这个领域几十亿美元的世界市场中就会有很大的份额，由我们中国的企业自主研发制造。另一方面，有了自己的生产线，通过进一步的技术研究，在生产和营销的过程中，可以不断提高我国光芯片的设计能力和制造技术，可以带动相关产业链的发展。因为这样的产业需要巨大的投入和产业政策的引导，如果没有国家的特殊扶持和特殊支持，不尽快建立中国自己的光芯片加工生产线，那么以上都很难实现。