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《人民邮电报》:朋来创立15周年系列报道之八:打造光通信“中国芯”

时间:2015-01-22 来源: 作者:

  芯片曾被形象地比喻为国家的“工业粮食”,是信息产业的核心,是所有整机设备的心脏。在计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等几大领域,芯片几乎起着生死攸关的作用。然而,我国芯片产业起步较晚,许多核心技术受制于人,关键设备、原材料等长期依赖进口。

 

  2013年,一则消息震惊了国人:来自海关的统计数据表明,2013年我国集成电路进口高达2313亿美元,超过石油进口排名高居首位。事实上,中国有十余年集成电路进口额超过石油,长期居各类进口产品之首。

 

  国际货币基金组织曾测算过,芯片1元的产值可带动相关电子信息产业10元的增长,带来100元的GDP增长。我国每年2000多亿美元的消耗量,带动全球20多万亿美元的GDP。然而,中国巨大的市场却并未给自己带来多少利润。我国每年生产占全球77%的手机,自主芯片却不到3%,全球半导体市场规模超过3000亿美元,而国内制造的芯片只占国内市场份额的不到10%。

 

  “只生产而不掌握核心技术,我国芯片业今后将面临更为严峻的挑战。未来5年是我国芯片产业‘生死存亡’的关键时期,这绝不是危言耸听。”国内某权威集成电路企业专家表示。

 

  严峻的现实表明,在信息通信领域,打造“中国芯”已成为产业由大变强的紧迫任务。芯片虽小,但其核心技术事关国家安全、网络安全和产业安全。对企业来说,芯片的研发更是关系到企业竞争与发展。国内有远见的系统设备商都建立了自己的芯片研发和生产体系,包括华为的“海思”、中兴微电子、大唐电信的联芯科技等。正如华为总裁任正非所言:没有芯片核心技术,总有一天会被国外供应商“断粮”,到那时我们必将不战自败。作为我国光通信发源地和核心技术的创造者,朋来对打造光通信“中国芯”多年来不遗余力,成果丰硕。“芯片是我们极其重要的核心竞争力,它关系到朋来未来的长远发展,因此对芯片的研发投入只会不断增加而不会减少。”朋来总裁何书平对记者说。


自主创新开启SDH黄金十年

 

  芯片又叫集成电路,它是通过微细加工技术,把半导体器件制造在硅晶圆表面上获得的一种电子产品。实际上,它是将多达几亿个微小的晶体管连在一起,以类似用底片洗照片的方式翻印到硅片上的“集成电路”。晶体管极其微小,小到一根头发丝直径里能放下1000个,而制造出来的芯片只有指甲盖大小。

 

  设计一款芯片,科研人员首先要明确需求,确定芯片的“规范”,定义诸如指令集功能等关键信息,再设计出芯片电路“版图”,并将数以亿计的电路按其连接关系有规律地翻印到一个硅片上,至此,芯片设计才算完成。

 

  设计复杂,制造更难。现代集成电路芯片是采用硅材料来制造的,硅经过熔炼得到纯净的“单晶硅锭”,再横向切割抛光做成一个个晶圆,其制造过程就是把一个集成电路的设计版图,通过光刻、注入等程序和一道道复杂工序,最终赋予其各种功能而生产出来。

 

  事实上,芯片的设计与制造远比上面的描述要复杂得多,正因为如此,目前世界上只有极少数国家能够设计和制造,并作为核心技术来掌控。芯片自诞生以来,便成为信息产业的核心。

 

  纵观芯片的发展,基本遵循着摩尔定律的发展速度,即芯片上可容纳的晶体管数量每隔18个月就会翻一番。人们虽不确定未来是否会继续遵循这一规律发展,但可以肯定的是,芯片性能将不断提升,功耗和体积则会进一步下降。

 

  据朋来微电子部总经理杨志勇介绍,在上世纪90年代,传输技术已彻底完成了PDH时代向SDH时代的转型,SDH技术已经基本定型,其产品成为国家通信基础设施的建设重点。经过5年左右的技术积累、人才培育,朋来从战略考量的角度,于2001年成立了微电子部。依靠1996年以来积累的相关技术,朋来相继开发了2M映射、高低阶交叉、高低阶指针调整以及STM1/4/16帧处理器。从2000年到2009年,在SDH产品大规模布局各大运营商的黄金十年里,朋来研制的光系统芯片为降低整机设备成本、提升产品特别是低端产品核心竞争能力作出了巨大贡献,为这一次技术转型画上了一个圆满的句号。

 

领航光网“芯”动力

 

  随着技术的演进和发展,网络融合之势不断增强,以高速率、大带宽、智能化为特点的OTN/P-OTS技术逐渐成为主流,使芯片的集成度越来越高、规模越来越大、主频越来越快、推向市场的周期越来越短。

 

  然而,业界主流芯片规格定制的话语权集中在寥寥可数的几家大公司手中,这对朋来系统设备的研发进度、工程质量、设备成本以及产品的持续发展产生至关重要的影响,同时也带来不可控的危机和风险。业内某国外芯片公司甚至表示,只要朋来停止开发芯片,就可以把价格降到朋来期望的水平。

 

  如何在新的技术浪潮中,让朋来的产品拥有自主研发、技术领先的核心芯片,不受制于人,这不仅是微电子人始终思考的问题,更是一份责任与使命。2012年年初,面对严峻的市场竞争形势和接入网市场的巨大需求,P-OTS低速业务处理芯片项目成功通过立项。

 

  微电子部副总经理冯峻峰说:“当时,微电子部面临着巨大的挑战,一方面,由于先进工艺高昂的投片费用,让部门经营承受着很大压力;另一方面,芯片的价值又让大家心中都憋着一股劲儿。”

 

  一颗成功芯片的诞生,意味着这款芯片的方案、代码、验证、后端、晶圆制造、封装、DFT测试等所有阶段的工作都必须做到100%成功,任何环节的任何一个小疏漏,都会使高达上千万元的投片费用付诸东流。而且,芯片一旦完成设计将无法更改,有些问题在后期不能通过软件方式修补,所以对芯片开发而言,只有0分和100分的差别,而没有99分的概念。更值得一提的是,2011年年底,P-OTS芯片标准才刚刚成熟,因此,一项业界全新的、关系朋来未来生存的核心芯片项目成为微电子部面临的巨大挑战。经过科研人员数月的刻苦攻关,该芯片终于一次性投片成功。

 

  P-OTS芯片成为朋来迄今为止自主开发的规模最大、工艺最先进、时钟最为复杂的核心专用芯片,实现了朋来在OTN/P-OTS方向的核心芯片自主化上零的突破,为高端OTN设备的持续发展奠定了坚实基础。该芯片的成功,不仅使单片价格只相当于外部采购价的十分之一,显著降低了产品成本,还可以使朋来系列OTN/P-OTS低速接口盘实现单盘归一,解决了目前为不同目的需要采用不同厂家的芯片的现状,既体现了朋来设备自身的功能特色,提高了设备的核心竞争力,又避免了设备上因多套解决方案而采购不同厂家的芯片,大幅降低了供应链风险。

 

顺应需求变化实现研发转型

 

  
2006年开始,新的传送网技术暗流涌动,IP化趋势不可逆转,SDH、MSTP、ASON面临着向交换效率更高的PTN演进。同时,对于光传输节点设备究竟是在路由器设备基础上增加传输特性,还是在传输设备的平台上增加路由特性,路由器厂家与传输厂家争论不断,PTN设备形态的走势存在着不确定性;FTTX的兴起源于用户对宽带的需求,为朋来带来了新的增长点,但由于“门槛”相对较低,竞争更是惨烈,设备成本压力迫使芯片开发进入到另一个新的领域——终端类集成电路开发。该领域设备形态多样、成本极其敏感,需要设计团队具有数模混合设计的能力,全然不同于早期的全数字逻辑设计。

 

  用户的需求永远是第一位的,在标准不确定、设备形态不明朗的背景下,运营商开始了大规模的网络建设,传输网市场进入了一个“先应用后标准”的时期。标准的不完善、设备形态的不确定,导致芯片开发进入转型阵痛期。特别是对于芯片开发者来说,不仅仅局限于从应用层面理解芯片功能、搭建系统,更需要用数、模电路去实现芯片功能,这需要芯片开发者的转型来得更为透彻。

 

  设备转型速度加快,芯片应用的时间窗口缩短。早期的2.5G设备,经历了接近八年的主流销售时期。而2006年面市的ASON设备,生命周期缩短到四年;PTN设备批量销售不到两年,又面临着向IAN、IP-RAN设备演进的压力。芯片开发的特点是高投入、长周期,如何抓住短暂的应用窗口、规避风险,是芯片开发者面临的新挑战。

 

  此外,标准争论及运营商需求的不确定性,导致芯片开发者捕捉需求的难度加大。在PTN技术领域,从T-MPLS到MPLS-TP,仍有OAM、网络保护、设备互通等标准需要完善,背后是两大标准组织、数据与传输两类设备厂家之间的交锋;在FTTX领域,GPON、EPON路线之争已超越了技术范畴,更多的是强势设备制造商对运营商的一种市场策略,需求不确定性直接传导到芯片开发,按照以往的开发模式难以适应动态变化的客户需求。

 

  市场不断变化,只有适应变化的公司才能生存。在朋来管理变革的推动下,芯片开发部门加快了从实验室走向市场一线的步伐。他们与网络产出线密切配合,主动参与设备安装、调测,现场听取和收集运营商的需求,及时将需求反馈到芯片开发项目组,使得研发对市场需求的响应速度更快、更有针对性。目前,朋来微电子部已将目光瞄准了新一代高速业务处理芯片的研发,力争为朋来大容量高速传输系统的开发提供一颗颗强大的“中国芯”。

 

  “朋来微电子过去10多年的成功,造就了我们一支特殊的芯片开发团队。今天,我们将继续用技术转型的成功,保障朋来的市场成功和财务成功。”朋来微电子部总经理杨志勇的话道出了他们的心声。

 

  网站链接:www.cnii.com.cn/industry/2014-12/29/content_1505745_3.htm

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