作者| 张顺
1999年，伟大20世纪的最后一年。
那一年，中国第一次有了国庆7天长假。
那一年，马云一门心思地力邀18罗汉在西湖旁破败的小楼里创立了阿里巴巴。
那一年，上网还是窄带拨号上网，一根再普通不过的电话线似乎连接了一部分的世界。
那一年，年仅8岁的顺哥在国庆7天长假第一次接触因特网，也没想到往后的20年里，自己的生活会被网络一点点颠覆。
在90年代，顺哥触及因特网的前奏甚是漫长，电话线插电脑→电脑上拨号→拨号上网，最终是否上线成功，还得见“人品”。
而在这一顿猛如虎的操作下，顺哥当时的网速也不过56Kbps。56Kbps网速仅能支持我刷个网页看看新闻。QQ也仅限于文字交流，至于语音与视频功能，也只能想想而已。
更头疼的是，顺哥的因特网漫游一不小心还会导致“妈见打”。只要顺哥一上网，家里的电话就一直处于“占线”状态，妈妈再也没有办法煲电话粥了。为了保证电话“业务”运转，顺哥只能起早摸黑，悄咪咪揭开互联网的面纱。
在2000年初，ADSL技术登入历史舞台。我们可以将电话线插入ADSL猫上，电脑通过网线与ADSL猫相连，登入互联网。ADSL技术解决了上网时电话处于“占线”的问题，并将网速提到了1Mbps。后来，在ADSL基础上，又推出了ADSL2，ADSL2+，速率也一度达到20Mbps，大幅改善了我们的上网体验。
早期，我们的电话线与网线采用铜作为传输介质，铜线的传输速率是有上限的。在互联网高速发展的背景下，电商、移动支付、高清视频等新应用层出不穷，而以铜为传输介质的铜缆网络不能很好满足我们的上网需求，于是一种全新的传输介质——光纤，诞生了。
大家可能听说过一个词，叫“光进铜退”。所谓“光进铜退”，通俗来说，就是逐步用光纤替换铜线（电话线、同轴电缆、双绞线），实现窄带铜缆网络向光网络的转变。
如今，顺哥能在手机上流畅地跟着李佳琦“买它、买它、买它”，在饭桌上津津有味地欣赏《乘风破浪的姐姐》，所有的这些因超高清直播与视频带来的享受与完美体验，都与光网络息息相关。
光网络中最为人熟知的就是“光纤入户“的光纤，但光通信网络其实是一个大的网络系统，覆盖各种传输设备与器件，今天顺哥要讲到的就是同样影响我们平时上网速率，但鲜有人知的器件——光模块。
■ 光模块是做什么的?
与同轴电缆与双绞线传输的电信号不同，光纤传输只能传输光信号，这也是它传输速率快的本质原因。但我们的通信网络设备仅能接收电信号，因此在整个光网络系统中需要一个器件将光纤中的光信号转换为电信号。光模块则是接入光纤两端，实现光电信号转换的器件。光模块光电信号转换的速率是决定网络中数据传输速度的关键因素。
■ 光模块如何实现光电信号转换？
一个光模块，通常由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成。
在设备发射电信号时，光模块中的驱动芯片处理电信号，驱动激光器发射出相应速率的光信号。光信号经过光纤传输至对端设备的光模块。对端设备光模块内部的光探测器将光信号转回电信号。
不难看出，光模块是发射与接收电信号的一个中转站。传输设备发射与接收的信息都需要先进入中转站，进行“电光信号转换”与“光电信号转换”。
■ 光模块家族
光模块可依据封装光模块的技术划分，分为SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等等。除封装技术以外，光模块还可以按照速率、调制格式、是否支持波分复用（WDM）应用、光接口工作模式等进行分类。
目前，光模块正在向传输速率更高、体积更小的方向发展。为迎合市场需求，每隔几年，光模块厂商会推出新的封装技术，推动行业的发展。
随着中国光纤覆盖率不断增加，如何节省光纤资源也成为企业新的思考方向。在光模块层面，单纤双向（BiDi）与彩光模块都在一定程度上提升了光纤利用率。
彩光模块为可支持波分复用技术的光模块。波分复用技术允许中心波长不同的光信号在同一根光纤中传输且互不干涉，实现同时在一根光纤上传输多路信号，且每一路信号都由某种特定波长的光传送。
BiDi光模块可被认为是彩光模块的一种，通过波分复用技术在一根光纤上进行信号的发射与接收。双纤双向（Deplux）光模块需配置两个光端口（一发一收），而BiDi光模块仅需一个光端口，节省了光端口与光纤的消耗。
■ 光模块看似简单但内藏乾坤
前文，我们提到光模块是由激光器与探测器等封装而成。激光器与探测器分别包含激光器芯片与探测器芯片（统称光芯片），负责光信号的发射与接收。与传统的硅材料芯片不同，光芯片采用第二代化合物半导体（GaAs与InP）作为衬底。从设备与材料在到设计和制造，第二代化合物半导体产业远不如硅半导体产业成熟，很多关键环节的工艺均掌握在欧美日韩与中国台湾的先进企业手中，导致高端光芯片（25Gb/s及以上）国产化率极低。
中国化合物半导体材料行业目前正处于起步阶段，大尺寸的GaAs与InP衬底需向日本住友电工、美国AXT等企业进口。而在设备领域，我们经常提到的半导体核心设备光刻机，更是严重依赖进口。荷兰ASML占据全球光刻机市场份额的90%以上，其中最先进的EUV光刻机售价接近10亿人民币仍供不应求。ASML的光刻机中90%的零件都是向外采购，其中包括美国的光源Cymer。对，你没看错，这里又双叒叕出现了美国的身影。
光芯片的工艺流程包括芯片设计、基板制造、外延生长与晶粒制造与封装多个环节。中国多数芯片企业采用Fabless模式，如华为海思与飞昂光电等，专注于芯片的设计，将外延、制造等环节外包至对应的专业企业。这种专门从事于外延生长与晶粒制造的企业统称为Foundry。中国的华为海思、光迅科技等企业都已具备丰富的光芯片设计的经验，但中国Foundry产能严重不足且工艺落后，尤其在外延环节，中国鲜有企业可以独立完成，导致中国光芯片的流片进度严重受制于国外。
■ 芯片引发的思考
对于中国的光模块企业来说，除了可生产高速、多元化的光模块产品外，拥有自主研芯的实力同样极为重要。当前，华为海思已带头突破25G系列的光芯片，填补了国内高速光芯片领域的空白。光模块头部企业中，光迅科技为光模块龙头企业，通过收购法国Alame获取高速芯片自主研发的实力；华工科技通过参股云岭光电（获取华工正源原有的芯片生产线）掌握光芯片稳定的供货渠道；中际旭创成立宁波创泽云投资合伙企业，投资中国先进的芯片企业，从而获取芯片的稳定供应。不难看出，中国光模块企业均开始向上游行业布局。具备自主研芯的实力及稳定的芯片供应渠道是光模块企业的竞争方向之一。
我国光芯片产业从材料到设备，从设计到制造多个环节都需要依赖进口，更不幸的是其中多项基础产品与底层技术来自于美国，比如芯片设计的核心工业软件EDA，半导体材料以及光源技术等。大家知道，美国最擅长使用“长臂管辖”获取其他国家的经济利益。简单的来说，“长臂管辖”政策就是只要案件有任何与美国相关的关联因素，美国都可以采取法律制裁。这个关联因素定义非常宽泛。比如，非美国企业采用了美国本土的技术与产品，以美元为交易货币，甚至包括企业的邮件来往经过了美国的服务器等等。这些都可能成为美国通过“长臂管辖”调查它国企业的理由。
2020年5月，美国商务部公布的对华为限制新规，全球采用美国技术、零部件、设备比例超过10%的公司，在向华为进行供货时，需得到美国政府的允许，该条新规将于9月15日正式生效。中国台湾台积电是全球第一大半导体代工厂，但许多设备与材料同样需要向美国进口。在受到美方施压后，台积电停止了为华为麒麟芯片的代工，极大限制了华为的智能手机业务。
华为在芯片领域已获得极大的突破，华为海思的芯片设计能力国际领先，然而我国半导体材料与设备以及制造工艺相对落后，成为美国限制华为的着手点。芯片技术壁垒极高，涉及的行业众多，任何一个环节落后都可能成为美国打压我国芯片行业的突破口。
■ 顺哥的看法
中国光模块龙头企业在全球极具竞争力。400G光模块领域，中国多家企业市场份额进入全球前10。2019年，中际旭创首次打败美国光模块龙头企业Finisar，400G光模块市场份额占据全球第一。美国是否会通过长臂管辖制裁中国光模块企业虽不确定，但光模块作为5G与数据中心的重要一环，相关企业不能抱有侥幸心理。加速研发材料、设备与芯片等底层产品和技术是中国光模块行业走向真正自主可控的基础。值得注意的是，中国半导体全产业链的升级绝不能仅依靠政策的扶植与资金的投入（当然这些非常重要），更重要的是人才的引进与培养。华为的崛起正是证明尖端人才重要性的最好例子。
在企业层面，光模块企业的产业链资源整合能力是核心竞争要素，除上游芯片的布局，下游客户资源的把控同样极为重要。光模块企业下游客户的供应商管理一般采取认证制，即经过客户的测试认证后，光模块企业才具备参与招标的资格。光模块企业下游客户具有较强的粘性。为保证供应链的安全可控，下游客户不会轻易大规模更换成熟的供应商，因此客户资源逐渐向头部光模块企业集中，呈现“强者恒强”的局面。