打造光通信“中國芯”:烽火P-OTS芯片煉成史
芯片曾被形象地比喻為國家的“工業(yè)糧食”,是信息產(chǎn)業(yè)的核心,是所有整機設(shè)備的心臟。在計算機、消費類電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子等幾大領(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、原材料等長期依賴進(jìn)口。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/267511.htm2013年,一則消息震驚了國人:來自海關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,2013年我國集成電路進(jìn)口高達(dá)2313億美元,超過石油進(jìn)口排名高居首位。事實上,中國有十余年集成電路進(jìn)口額超過石油,長期居各類進(jìn)口產(chǎn)品之首。
國際貨幣基金組織曾測算過,芯片1元的產(chǎn)值可帶動相關(guān)電子信息產(chǎn)業(yè)10元的增長,帶來100元的GDP增長。我國每年2000多億美元的消耗量,帶動全球20多萬億美元的GDP。然而,中國巨大的市場卻并未給自己帶來多少利潤。我國每年生產(chǎn)占全球77%的手機,自主芯片卻不到3%,全球半導(dǎo)體市場規(guī)模超過3000億美元,而國內(nèi)制造的芯片只占國內(nèi)市場份額的不到10%。
“只生產(chǎn)而不掌握核心技術(shù),我國芯片業(yè)今后將面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。未來5年是我國芯片產(chǎn)業(yè)‘生死存亡’的關(guān)鍵時期,這絕不是危言聳聽。”國內(nèi)某權(quán)威集成電路企業(yè)專家表示。
嚴(yán)峻的現(xiàn)實表明,在信息通信領(lǐng)域,打造“中國芯”已成為產(chǎn)業(yè)由大變強的緊迫任務(wù)。芯片雖小,但其核心技術(shù)事關(guān)國家安全、網(wǎng)絡(luò)安全和產(chǎn)業(yè)安全。對企業(yè)來說,芯片的研發(fā)更是關(guān)系到企業(yè)競爭與發(fā)展。國內(nèi)有遠(yuǎn)見的系統(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:沒有芯片核心技術(shù),總有一天會被國外供應(yīng)商“斷糧”,到那時我們必將不戰(zhàn)自敗。作為我國光通信發(fā)源地和核心技術(shù)的創(chuàng)造者,烽火通信對打造光通信“中國芯”多年來不遺余力,成果豐碩。“芯片是我們極其重要的核心競爭力,它關(guān)系到烽火未來的長遠(yuǎn)發(fā)展,因此對芯片的研發(fā)投入只會不斷增加而不會減少。”烽火通信總裁何書平對記者說。
自主創(chuàng)新開啟SDH黃金十年
芯片又叫集成電路,它是通過微細(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。實際上,它是將多達(dá)幾億個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,而制造出來的芯片只有指甲蓋大小。
設(shè)計一款芯片,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)計出芯片電路“版圖”,并將數(shù)以億計的電路按其連接關(guān)系有規(guī)律地翻印到一個硅片上,至此,芯片設(shè)計才算完成。
設(shè)計復(fù)雜,制造更難?,F(xiàn)代集成電路芯片是采用硅材料來制造的,硅經(jīng)過熔煉得到純凈的“單晶硅錠”,再橫向切割拋光做成一個個晶圓,其制造過程就是把一個集成電路的設(shè)計版圖,通過光刻、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。
事實上,芯片的設(shè)計與制造遠(yuǎn)比上面的描述要復(fù)雜得多,正因為如此,目前世界上只有極少數(shù)國家能夠設(shè)計和制造,并作為核心技術(shù)來掌控。芯片自誕生以來,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個月就會翻一番。人們雖不確定未來是否會繼續(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,功耗和體積則會進(jìn)一步下降。
據(jù)烽火通信微電子部總經(jīng)理楊志勇介紹,在上世紀(jì)90年代,傳輸技術(shù)已徹底完成了PDH時代向SDH時代的轉(zhuǎn)型,SDH技術(shù)已經(jīng)基本定型,其產(chǎn)品成為國家通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)重點。經(jīng)過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年以來積累的相關(guān)技術(shù),烽火相繼開發(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)模布局各大運營商的黃金十年里,烽火研制的光系統(tǒng)芯片為降低整機設(shè)備成本、提升產(chǎn)品特別是低端產(chǎn)品核心競爭能力作出了巨大貢獻(xiàn),為這一次技術(shù)轉(zhuǎn)型畫上了一個圓滿的句號。
領(lǐng)航光網(wǎng)“芯”動力
隨著技術(shù)的演進(jìn)和發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)融合之勢不斷增強,以高速率、大帶寬、智能化為特點的OTN/P-OTS技術(shù)逐漸成為主流,使芯片的集成度越來越高、規(guī)模越來越大、主頻越來越快、推向市場的周期越來越短。
然而,業(yè)界主流芯片規(guī)格定制的話語權(quán)集中在寥寥可數(shù)的幾家大公司手中,這對烽火系統(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,同時也帶來不可控的危機和風(fēng)險。業(yè)內(nèi)某國外芯片公司甚至表示,只要烽火停止開發(fā)芯片,就可以把價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題,更是一份責(zé)任與使命。2012年年初,面對嚴(yán)峻的市場競爭形勢和接入網(wǎng)市場的巨大需求,P-OTS低速業(yè)務(wù)處理芯片項目成功通過立項。
微電子部副總經(jīng)理馮峻峰說:“當(dāng)時,微電子部面臨著巨大的挑戰(zhàn),一方面,由于先進(jìn)工藝高昂的投片費用,讓部門經(jīng)營承受著很大壓力;另一方面,芯片的價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、驗證、后端、晶圓制造、封裝、DFT測試等所有階段的工作都必須做到100%成功,任何環(huán)節(jié)的任何一個小疏漏,都會使高達(dá)上千萬元的投片費用付諸東流。而且,芯片一旦完成設(shè)計將無法更改,有些問題在后期不能通過軟件方式修補,所以對芯片開發(fā)而言,只有0分和100分的差別,而沒有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,一項業(yè)界全新的、關(guān)系烽火未來生存的核心芯片項目成為微電子部面臨的巨大挑戰(zhàn)。經(jīng)過科研人員數(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發(fā)的規(guī)模最大、工藝最先進(jìn)、時鐘最為復(fù)雜的核心專用芯片,實現(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)展奠定了堅實基礎(chǔ)。該芯片的成功,不僅使單片價格只相當(dāng)于外部采購價的十分之一,顯著降低了產(chǎn)品成本,還可以使烽火系列OTN/P-OTS低速接口盤實現(xiàn)單盤歸一,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)備的核心競爭力,又避免了設(shè)備上因多套解決方案而采購不同廠家的芯片,大幅降低了供應(yīng)鏈風(fēng)險。
順應(yīng)需求變化實現(xiàn)研發(fā)轉(zhuǎn)型
2006年開始,新的傳送網(wǎng)技術(shù)暗流涌動,IP化趨勢不可逆轉(zhuǎn),SDH、MSTP、ASON面臨著向交換效率更高的PTN演進(jìn)。同時,對于光傳輸節(jié)點設(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)備的平臺上增加路由特性,路由器廠家與傳輸廠家爭論不斷,PTN設(shè)備形態(tài)的走勢存在著不確定性;FTTX的興起源于用戶對寬帶的需求,為烽火帶來了新的增長點,但由于“門檻”相對較低,競爭更是慘烈,設(shè)備成本壓力迫使芯片開發(fā)進(jìn)入到另一個新的領(lǐng)域——終端類集成電路開發(fā)。該領(lǐng)域設(shè)備形態(tài)多樣、成本極其敏感,需要設(shè)計團(tuán)隊具有數(shù)模混合設(shè)計的能力,全然不同于早期的全數(shù)字邏輯設(shè)計。
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,運營商開始了大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè),傳輸網(wǎng)市場進(jìn)入了一個“先應(yīng)用后標(biāo)準(zhǔn)”的時期。標(biāo)準(zhǔn)的不完善、設(shè)備形態(tài)的不確定,導(dǎo)致芯片開發(fā)進(jìn)入轉(zhuǎn)型陣痛期。特別是對于芯片開發(fā)者來說,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)、模電路去實現(xiàn)芯片功能,這需要芯片開發(fā)者的轉(zhuǎn)型來得更為透徹。
設(shè)備轉(zhuǎn)型速度加快,芯片應(yīng)用的時間窗口縮短。早期的2.5G設(shè)備,經(jīng)歷了接近八年的主流銷售時期。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。芯片開發(fā)的特點是高投入、長周期,如何抓住短暫的應(yīng)用窗口、規(guī)避風(fēng)險,是芯片開發(fā)者面臨的新挑戰(zhàn)。
此外,標(biāo)準(zhǔn)爭論及運營商需求的不確定性,導(dǎo)致芯片開發(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路線之爭已超越了技術(shù)范疇,更多的是強勢設(shè)備制造商對運營商的一種市場策略,需求不確定性直接傳導(dǎo)到芯片開發(fā),按照以往的開發(fā)模式難以適應(yīng)動態(tài)變化的客戶需求。
市場不斷變化,只有適應(yīng)變化的公司才能生存。在烽火管理變革的推動下,芯片開發(fā)部門加快了從實驗室走向市場一線的步伐。他們與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)出線密切配合,主動參與設(shè)備安裝、調(diào)測,現(xiàn)場聽取和收集運營商的需求,及時將需求反饋到芯片開發(fā)項目組,使得研發(fā)對市場需求的響應(yīng)速度更快、更有針對性。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),力爭為烽火大容量高速傳輸系統(tǒng)的開發(fā)提供一顆顆強大的“中國芯”。
“烽火微電子過去10多年的成功,造就了我們一支特殊的芯片開發(fā)團(tuán)隊。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成功和財務(wù)成功。”烽火微電子部總經(jīng)理楊志勇的話道出了他們的心聲。
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