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，是所有整機設備的心臟。在計算機、消費類(lèi)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(zhù)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)鍵設備、原材料等長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口。

　　2013年，一則消息震驚了國人：來(lái)自海關(guān)的統計數據表明，2013年我國集成電路進(jìn)口高達2313億美元，超過(guò)石油進(jìn)口排名高居首位。事實(shí)上，中國有十余年集成電路進(jìn)口額超過(guò)石油，長(cháng)期居各類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品之首。

　　國際貨幣基金組織曾測算過(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(cháng)，帶來(lái)100元的GDP增長(cháng)。我國每年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，中國巨大的市場(chǎng)卻并未給自己帶來(lái)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%，全球半導體市場(chǎng)規模超過(guò)3000億美元，而國內制造的芯片只占國內市場(chǎng)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)今后將面臨更為嚴峻的挑戰。未來(lái)5年是我國芯片產(chǎn)業(yè)‘生死存亡’的關(guān)鍵時(shí)期，這絕不是危言聳聽(tīng)。”國內某權威集成電路企業(yè)專(zhuān)家表示。

　　嚴峻的現實(shí)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(lái)說(shuō)，芯片的研發(fā)更是關(guān)系到企業(yè)競爭與發(fā)展。國內有遠見(jiàn)的系統設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 )被國外供應商“斷糧”，到那時(shí)我們必將不戰自敗。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(lái)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(lái)的長(cháng)遠發(fā)展，因此對芯片的研發(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)微細加工技術(shù)，把半導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，它是將多達幾億個(gè)微小的晶體管連在一起，以類(lèi)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。

　　設計一款芯片，科研人員首先要明確需求，確定芯片的“規范”，定義諸如指令集功能等關(guān)鍵信息，再設計出芯片電路“版圖”，并將數以?xún)|計的電路按其連接關(guān)系有規律地翻印到一個(gè)硅片上，至此，芯片設計才算完成。

　　設計復雜，制造更難?，F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)集成電路的設計版圖，通過(guò)光刻、注入等程序和一道道復雜工序，最終賦予其各種功能而生產(chǎn)出來(lái)。

　　事實(shí)上，芯片的設計與制造遠比上面的描述要復雜得多，正因為如此，目前世界上只有極少數國家能夠設計和制造，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(guān)芯片的發(fā)展，基本遵循著(zhù)摩爾定律的發(fā)展速度，即芯片上可容納的晶體管數量每隔18個(gè)月就會(huì )翻一番。人們雖不確定未來(lái)是否會(huì )繼續遵循這一規律發(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。

　　據烽火通信微電子部總經(jīng)理楊志勇介紹，在上世紀90年代，傳輸技術(shù)已徹底完成了PDH時(shí)代向SDH時(shí)代的轉型，SDH技術(shù)已經(jīng)基本定型，其產(chǎn)品成為國家通信基礎設施的建設重點(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、高低階指針調整以及STM1/4/16幀處理器。從2000年到2009年，在SDH產(chǎn)品大規模布局各大運營(yíng)商的黃金十年里，烽火研制的光系統芯片為降低整機設備成本、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，為這一次技術(shù)轉型畫(huà)上了一個(gè)圓滿(mǎn)的句號。

　　領(lǐng)航光網(wǎng)“芯”動(dòng)力

　　隨著(zhù)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(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)界主流芯片規格定制的話(huà)語(yǔ)權集中在寥寥可數的幾家大公司手中，這對烽火系統設備的研發(fā)進(jìn)度、工程質(zhì)量、設備成本以及產(chǎn)品的持續發(fā)展產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，同時(shí)也帶來(lái)不可控的危機和風(fēng)險。業(yè)內某國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，更是一份責任與使命。2012年年初，面對嚴峻的市場(chǎng)競爭形勢和接入網(wǎng)市場(chǎng)的巨大需求，P-OTS低速業(yè)務(wù)處理芯片項目成功通過(guò)立項。

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

　　一顆成功芯片的誕生，意味著(zhù)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)節的任何一個(gè)小疏漏，都會(huì )使高達上千萬(wàn)元的投片費用付諸東流。而且，芯片一旦完成設計將無(wú)法更改，有些問(wèn)題在后期不能通過(guò)軟件方式修補，所以對芯片開(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芯片標準才剛剛成熟，因此，一項業(yè)界全新的、關(guān)系烽火未來(lái)生存的核心芯片項目成為微電子部面臨的巨大挑戰。經(jīng)過(guò)科研人員數月的刻苦攻關(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)的規模最大、工藝最先進(jìn)、時(shí)鐘最為復雜的核心專(zhuān)用芯片，實(shí)現了烽火在OTN/P-OTS方向的核心芯片自主化上零的突破，為高端OTN設備的持續發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。該芯片的成功，不僅使單片價(jià)格只相當于外部采購價(jià)的十分之一，顯著(zhù)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)現單盤(pán)歸一，解決了目前為不同目的需要采用不同廠(chǎng)家的芯片的現狀，既體現了烽火設備自身的功能特色，提高了設備的核心競爭力，又避免了設備上因多套解決方案而采購不同廠(chǎng)家的芯片，大幅降低了供應鏈風(fēng)險。

　　順應需求變化實(shí)現研發(fā)轉型

　　2006年開(kāi)始，新的傳送網(wǎng)技術(shù)暗流涌動(dòng)，IP化趨勢不可逆轉，SDH、MSTP、ASON面臨著(zhù)向交換效率更高的PTN演進(jìn)。同時(shí)，對于光傳輸節點(diǎn)設備究竟是在路由器設備基礎上增加傳輸特性，還是在傳輸設備的平臺上增加路由特性，路由器廠(chǎng)家與傳輸廠(chǎng)家爭論不斷，PTN設備形態(tài)的走勢存在著(zhù)不確定性;FTTX的興起源于用戶(hù)對寬帶的需求，為烽火帶來(lái)了新的增長(cháng)點(diǎn)，但由于“門(mén)檻”相對較低，競爭更是慘烈，設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(lèi)集成電路開(kāi)發(fā)。該領(lǐng)域設備形態(tài)多樣、成本極其敏感，需要設計團隊具有數?；旌显O計的能力，全然不同于早期的全數字邏輯設計。

　　用戶(hù)的需求永遠是第一位的，在標準不確定、設備形態(tài)不明朗的背景下，運營(yíng)商開(kāi)始了大規模的網(wǎng)絡(luò )建設，傳輸網(wǎng)市場(chǎng)進(jìn)入了一個(gè)“先應用后標準”的時(shí)期。標準的不完善、設備形態(tài)的不確定，導致芯片開(kāi)發(fā)進(jìn)入轉型陣痛期。特別是對于芯片開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，不僅僅局限于從應用層面理解芯片功能、搭建系統，更需要用數、模電路去實(shí)現芯片功能，這需要芯片開(kāi)發(fā)者的轉型來(lái)得更為透徹。

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

　　此外，標準爭論及運營(yíng)商需求的不確定性，導致芯片開(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、設備互通等標準需要完善，背后是兩大標準組織、數據與傳輸兩類(lèi)設備廠(chǎng)家之間的交鋒;在FTTX領(lǐng)域，GPON、EPON路線(xiàn)之爭已超越了技術(shù)范疇，更多的是強勢設備制造商對運營(yíng)商的一種市場(chǎng)策略，需求不確定性直接傳導到芯片開(kāi)發(fā)，按照以往的開(kāi)發(fā)模式難以適應動(dòng)態(tài)變化的客戶(hù)需求。

　　市場(chǎng)不斷變化，只有適應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)驗室走向市場(chǎng)一線(xiàn)的步伐。他們與網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)出線(xiàn)密切配合，主動(dòng)參與設備安裝、調測，現場(chǎng)聽(tīng)取和收集運營(yíng)商的需求，及時(shí)將需求反饋到芯片開(kāi)發(fā)項目組，使得研發(fā)對市場(chǎng)需求的響應速度更快、更有針對性。目前，烽火微電子部已將目光瞄準了新一代高速業(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的開(kāi)發(fā)提供一顆顆強大的“中國芯”。

　　“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)團隊。今天，我們將繼續用技術(shù)轉型的成功，保障烽火通信的市場(chǎng)成功和財務(wù)成功。”烽火微電子部總經(jīng)理楊志勇的話(huà)道出了他們的心聲。