打造光通信“中国芯”：烽火P-OTS芯片炼成史 —— 文章正文2015-06-09

    【电子网】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，烽火通信对打造光通信“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，它关系到烽火未来的长远发展，因此对芯片的研发投入只会不断增加而不会减少。”烽火通信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。

    据烽火通信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，烽火通信从战略考量的角度，于2001年成立了微电子部。依靠1996年以来积累的相关技术，烽火相继开发了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，烽火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，这对烽火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，只要烽火停止开发芯片，就可以把价格降到烽火期望的水平。

    如何在新的技术浪潮中，让烽火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、关系烽火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芯片成为烽火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，实现了烽火在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，显着降低了产品成本，还可以使烽火系列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，既体现了烽火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。