打造光通信“中國(guó)芯”：烽火P-OTS芯片煉成史

　　芯片曾被形象地比喻為國(guó)家的“工業(yè)糧食”，是信息產(chǎn)業(yè)的核心，是所有整機(jī)設(shè)備的心臟。在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車(chē)電子等幾大領(lǐng)域，芯片幾乎起著生死攸關(guān)的作用。然而，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚，許多核心技術(shù)受制于人，關(guān)鍵設(shè)備、原材料等長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。

　　2013年，一則消息震驚了國(guó)人：來(lái)自海關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2013年我國(guó)集成電路進(jìn)口高達(dá)2313億美元，超過(guò)石油進(jìn)口排名高居首位。事實(shí)上，中國(guó)有十余年集成電路進(jìn)口額超過(guò)石油，長(zhǎng)期居各類進(jìn)口產(chǎn)品之首。

　　國(guó)際貨幣基金組織曾測(cè)算過(guò)，芯片1元的產(chǎn)值可帶動(dòng)相關(guān)電子信息產(chǎn)業(yè)10元的增長(zhǎng)，帶來(lái)100元的GDP增長(zhǎng)。我國(guó)每年2000多億美元的消耗量，帶動(dòng)全球20多萬(wàn)億美元的GDP。然而，中國(guó)巨大的市場(chǎng)卻并未給自己帶來(lái)多少利潤(rùn)。我國(guó)每年生產(chǎn)占全球77%的手機(jī)，自主芯片卻不到3%，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)3000億美元，而國(guó)內(nèi)制造的芯片只占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的不到10%。

　　“只生產(chǎn)而不掌握核心技術(shù)，我國(guó)芯片業(yè)今后將面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。未來(lái)5年是我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)‘生死存亡’的關(guān)鍵時(shí)期，這絕不是危言聳聽(tīng)。”國(guó)內(nèi)某權(quán)威集成電路企業(yè)專家表示。

　　嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)表明，在信息通信領(lǐng)域，打造“中國(guó)芯”已成為產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)的緊迫任務(wù)。芯片雖小，但其核心技術(shù)事關(guān)國(guó)家安全、網(wǎng)絡(luò)安全和產(chǎn)業(yè)安全。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，芯片的研發(fā)更是關(guān)系到企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)與發(fā)展。國(guó)內(nèi)有遠(yuǎn)見(jiàn)的系統(tǒng)設(shè)備商都建立了自己的芯片研發(fā)和生產(chǎn)體系，包括華為的“海思”、中興微電子、大唐電信的聯(lián)芯科技等。正如華為總裁任正非所言：沒(méi)有芯片核心技術(shù)，總有一天會(huì)被國(guó)外供應(yīng)商“斷糧”，到那時(shí)我們必將不戰(zhàn)自敗。作為我國(guó)光通信發(fā)源地和核心技術(shù)的創(chuàng)造者，烽火通信對(duì)打造光通信“中國(guó)芯”多年來(lái)不遺余力，成果豐碩。“芯片是我們極其重要的核心競(jìng)爭(zhēng)力，它關(guān)系到烽火未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此對(duì)芯片的研發(fā)投入只會(huì)不斷增加而不會(huì)減少。”烽火通信總裁何書(shū)平對(duì)記者說(shuō)。

　　自主創(chuàng)新開(kāi)啟SDH黃金十年

　　芯片又叫集成電路，它是通過(guò)微細(xì)加工技術(shù)，把半導(dǎo)體器件制造在硅晶圓表面上獲得的一種電子產(chǎn)品。實(shí)際上，它是將多達(dá)幾億個(gè)微小的晶體管連在一起，以類似用底片洗照片的方式翻印到硅片上的“集成電路”。晶體管極其微小，小到一根頭發(fā)絲直徑里能放下1000個(gè)，而制造出來(lái)的芯片只有指甲蓋大小。

　　設(shè)計(jì)一款芯片，科研人員首先要明確需求，確定芯片的“規(guī)范”，定義諸如指令集功能等關(guān)鍵信息，再設(shè)計(jì)出芯片電路“版圖”，并將數(shù)以億計(jì)的電路按其連接關(guān)系有規(guī)律地翻印到一個(gè)硅片上，至此，芯片設(shè)計(jì)才算完成。

　　設(shè)計(jì)復(fù)雜，制造更難?，F(xiàn)代集成電路芯片是采用硅材料來(lái)制造的，硅經(jīng)過(guò)熔煉得到純凈的“單晶硅錠”，再橫向切割拋光做成一個(gè)個(gè)晶圓，其制造過(guò)程就是把一個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)版圖，通過(guò)光刻、注入等程序和一道道復(fù)雜工序，最終賦予其各種功能而生產(chǎn)出來(lái)。

　　事實(shí)上，芯片的設(shè)計(jì)與制造遠(yuǎn)比上面的描述要復(fù)雜得多，正因?yàn)槿绱?，目前世界上只有極少數(shù)國(guó)家能夠設(shè)計(jì)和制造，并作為核心技術(shù)來(lái)掌控。芯片自誕生以來(lái)，便成為信息產(chǎn)業(yè)的核心。

　　縱觀芯片的發(fā)展，基本遵循著摩爾定律的發(fā)展速度，即芯片上可容納的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月就會(huì)翻一番。人們雖不確定未來(lái)是否會(huì)繼續(xù)遵循這一規(guī)律發(fā)展，但可以肯定的是，芯片性能將不斷提升，功耗和體積則會(huì)進(jìn)一步下降。

　　據(jù)烽火通信微電子部總經(jīng)理?xiàng)钪居陆榻B，在上世紀(jì)90年代，傳輸技術(shù)已徹底完成了PDH時(shí)代向SDH時(shí)代的轉(zhuǎn)型，SDH技術(shù)已經(jīng)基本定型，其產(chǎn)品成為國(guó)家通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)5年左右的技術(shù)積累、人才培育，烽火通信從戰(zhàn)略考量的角度，于2001年成立了微電子部。依靠1996年以來(lái)積累的相關(guān)技術(shù)，烽火相繼開(kāi)發(fā)了2M映射、高低階交叉、高低階指針調(diào)整以及STM1/4/16幀處理器。從2000年到2009年，在SDH產(chǎn)品大規(guī)模布局各大運(yùn)營(yíng)商的黃金十年里，烽火研制的光系統(tǒng)芯片為降低整機(jī)設(shè)備成本、提升產(chǎn)品特別是低端產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)能力作出了巨大貢獻(xiàn)，為這一次技術(shù)轉(zhuǎn)型畫(huà)上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。

　　領(lǐng)航光網(wǎng)“芯”動(dòng)力

　　隨著技術(shù)的演進(jìn)和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)融合之勢(shì)不斷增強(qiáng)，以高速率、大帶寬、智能化為特點(diǎn)的OTN/P-OTS技術(shù)逐漸成為主流，使芯片的集成度越來(lái)越高、規(guī)模越來(lái)越大、主頻越來(lái)越快、推向市場(chǎng)的周期越來(lái)越短。

　　然而，業(yè)界主流芯片規(guī)格定制的話語(yǔ)權(quán)集中在寥寥可數(shù)的幾家大公司手中，這對(duì)烽火系統(tǒng)設(shè)備的研發(fā)進(jìn)度、工程質(zhì)量、設(shè)備成本以及產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，同時(shí)也帶來(lái)不可控的危機(jī)和風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)內(nèi)某國(guó)外芯片公司甚至表示，只要烽火停止開(kāi)發(fā)芯片，就可以把價(jià)格降到烽火期望的水平。

　　如何在新的技術(shù)浪潮中，讓烽火的產(chǎn)品擁有自主研發(fā)、技術(shù)領(lǐng)先的核心芯片，不受制于人，這不僅是微電子人始終思考的問(wèn)題，更是一份責(zé)任與使命。2012年年初，面對(duì)嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)和接入網(wǎng)市場(chǎng)的巨大需求，P-OTS低速業(yè)務(wù)處理芯片項(xiàng)目成功通過(guò)立項(xiàng)。

　　微電子部副總經(jīng)理馮峻峰說(shuō)：“當(dāng)時(shí)，微電子部面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一方面，由于先進(jìn)工藝高昂的投片費(fèi)用，讓部門(mén)經(jīng)營(yíng)承受著很大壓力;另一方面，芯片的價(jià)值又讓大家心中都憋著一股勁兒。”

　　一顆成功芯片的誕生，意味著這款芯片的方案、代碼、驗(yàn)證、后端、晶圓制造、封裝、DFT測(cè)試等所有階段的工作都必須做到100%成功，任何環(huán)節(jié)的任何一個(gè)小疏漏，都會(huì)使高達(dá)上千萬(wàn)元的投片費(fèi)用付諸東流。而且，芯片一旦完成設(shè)計(jì)將無(wú)法更改，有些問(wèn)題在后期不能通過(guò)軟件方式修補(bǔ)，所以對(duì)芯片開(kāi)發(fā)而言，只有0分和100分的差別，而沒(méi)有99分的概念。更值得一提的是，2011年年底，P-OTS芯片標(biāo)準(zhǔn)才剛剛成熟，因此，一項(xiàng)業(yè)界全新的、關(guān)系烽火未來(lái)生存的核心芯片項(xiàng)目成為微電子部面臨的巨大挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)科研人員數(shù)月的刻苦攻關(guān)，該芯片終于一次性投片成功。

　　P-OTS芯片成為烽火迄今為止自主開(kāi)發(fā)的規(guī)模最大、工藝最先進(jìn)、時(shí)鐘最為復(fù)雜的核心專用芯片，實(shí)現(xiàn)了烽火在OTN/P-OTS方向的核心芯片自主化上零的突破，為高端OTN設(shè)備的持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該芯片的成功，不僅使單片價(jià)格只相當(dāng)于外部采購(gòu)價(jià)的十分之一，顯著降低了產(chǎn)品成本，還可以使烽火系列OTN/P-OTS低速接口盤(pán)實(shí)現(xiàn)單盤(pán)歸一，解決了目前為不同目的需要采用不同廠家的芯片的現(xiàn)狀，既體現(xiàn)了烽火設(shè)備自身的功能特色，提高了設(shè)備的核心競(jìng)爭(zhēng)力，又避免了設(shè)備上因多套解決方案而采購(gòu)不同廠家的芯片，大幅降低了供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

　　順應(yīng)需求變化實(shí)現(xiàn)研發(fā)轉(zhuǎn)型

　　2006年開(kāi)始，新的傳送網(wǎng)技術(shù)暗流涌動(dòng)，IP化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，SDH、MSTP、ASON面臨著向交換效率更高的PTN演進(jìn)。同時(shí)，對(duì)于光傳輸節(jié)點(diǎn)設(shè)備究竟是在路由器設(shè)備基礎(chǔ)上增加傳輸特性，還是在傳輸設(shè)備的平臺(tái)上增加路由特性，路由器廠家與傳輸廠家爭(zhēng)論不斷，PTN設(shè)備形態(tài)的走勢(shì)存在著不確定性;FTTX的興起源于用戶對(duì)寬帶的需求，為烽火帶來(lái)了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，但由于“門(mén)檻”相對(duì)較低，競(jìng)爭(zhēng)更是慘烈，設(shè)備成本壓力迫使芯片開(kāi)發(fā)進(jìn)入到另一個(gè)新的領(lǐng)域——終端類集成電路開(kāi)發(fā)。該領(lǐng)域設(shè)備形態(tài)多樣、成本極其敏感，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)具有數(shù)模混合設(shè)計(jì)的能力，全然不同于早期的全數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)。

　　用戶的需求永遠(yuǎn)是第一位的，在標(biāo)準(zhǔn)不確定、設(shè)備形態(tài)不明朗的背景下，運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始了大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，傳輸網(wǎng)市場(chǎng)進(jìn)入了一個(gè)“先應(yīng)用后標(biāo)準(zhǔn)”的時(shí)期。標(biāo)準(zhǔn)的不完善、設(shè)備形態(tài)的不確定，導(dǎo)致芯片開(kāi)發(fā)進(jìn)入轉(zhuǎn)型陣痛期。特別是對(duì)于芯片開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，不僅僅局限于從應(yīng)用層面理解芯片功能、搭建系統(tǒng)，更需要用數(shù)、模電路去實(shí)現(xiàn)芯片功能，這需要芯片開(kāi)發(fā)者的轉(zhuǎn)型來(lái)得更為透徹。

　　設(shè)備轉(zhuǎn)型速度加快，芯片應(yīng)用的時(shí)間窗口縮短。早期的2.5G設(shè)備，經(jīng)歷了接近八年的主流銷(xiāo)售時(shí)期。而2006年面市的ASON設(shè)備，生命周期縮短到四年;PTN設(shè)備批量銷(xiāo)售不到兩年，又面臨著向IAN、IP-RAN設(shè)備演進(jìn)的壓力。芯片開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)是高投入、長(zhǎng)周期，如何抓住短暫的應(yīng)用窗口、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，是芯片開(kāi)發(fā)者面臨的新挑戰(zhàn)。

　　此外，標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)論及運(yùn)營(yíng)商需求的不確定性，導(dǎo)致芯片開(kāi)發(fā)者捕捉需求的難度加大。在PTN技術(shù)領(lǐng)域，從T-MPLS到MPLS-TP，仍有OAM、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、設(shè)備互通等標(biāo)準(zhǔn)需要完善，背后是兩大標(biāo)準(zhǔn)組織、數(shù)據(jù)與傳輸兩類設(shè)備廠家之間的交鋒;在FTTX領(lǐng)域，GPON、EPON路線之爭(zhēng)已超越了技術(shù)范疇，更多的是強(qiáng)勢(shì)設(shè)備制造商對(duì)運(yùn)營(yíng)商的一種市場(chǎng)策略，需求不確定性直接傳導(dǎo)到芯片開(kāi)發(fā)，按照以往的開(kāi)發(fā)模式難以適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的客戶需求。

　　市場(chǎng)不斷變化，只有適應(yīng)變化的公司才能生存。在烽火管理變革的推動(dòng)下，芯片開(kāi)發(fā)部門(mén)加快了從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)一線的步伐。他們與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)出線密切配合，主動(dòng)參與設(shè)備安裝、調(diào)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)取和收集運(yùn)營(yíng)商的需求，及時(shí)將需求反饋到芯片開(kāi)發(fā)項(xiàng)目組，使得研發(fā)對(duì)市場(chǎng)需求的響應(yīng)速度更快、更有針對(duì)性。目前，烽火微電子部已將目光瞄準(zhǔn)了新一代高速業(yè)務(wù)處理芯片的研發(fā)，力爭(zhēng)為烽火大容量高速傳輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供一顆顆強(qiáng)大的“中國(guó)芯”。

　　“烽火微電子過(guò)去10多年的成功，造就了我們一支特殊的芯片開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。今天，我們將繼續(xù)用技術(shù)轉(zhuǎn)型的成功，保障烽火通信的市場(chǎng)成功和財(cái)務(wù)成功。”烽火微電子部總經(jīng)理?xiàng)钪居碌脑挼莱隽怂麄兊男穆暋?/p>