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”，是信息產業(yè)的核心，是所有整機設備的心臟。在計算機、消費類電子、網絡通信、汽車電子等幾大領域，芯片幾乎起著生死攸關的作用。然而，我國芯片產業(yè)起步較晚，許多核心技術受制于人，關鍵設備、原材料等長期依賴進口。

　　2013年，一則消息震驚了國人：來自海關的統(tǒng)計數(shù)據表明，2013年我國集成電路進口高達2313億美元，超過石油進口排名高居首位。事實上，中國有十余年集成電路進口額超過石油，長期居各類進口產品之首。

　　國際貨幣基金組織曾測算過，芯片1元的產值可帶動相關電子信息產業(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。我國每年生產占全球77%的手機，自主芯片卻不到3%，全球半導體市場規(guī)模超過3000億美元，而國內制造的芯片只占國內市場份額的不到10%。

　　“只生產而不掌握核心技術，我國芯片業(yè)今后將面臨更為嚴峻的挑戰(zhàn)。未來5年是我國芯片產業(yè)‘生死存亡’的關鍵時期，這絕不是危言聳聽。”國內某權威集成電路企業(yè)專家表示。

　　嚴峻的現(xiàn)實表明，在信息通信領域，打造“中國芯”已成為產業(yè)由大變強的緊迫任務。芯片雖小，但其核心技術事關國家安全、網絡安全和產業(yè)安全。對企業(yè)來說，芯片的研發(fā)更是關系到企業(yè)競爭與發(fā)展。國內有遠見的系統(tǒng)設備商都建立了自己的芯片研發(fā)和生產體系，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，總有一天會被國外供應商“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，它關系到烽火未來的長遠發(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，它是通過微細加工技術，把半導體器件制造在硅晶圓表面上獲得的一種電子產品。實際上，它是將多達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鍵信息，再設計出芯片電路“版圖”，并將數(shù)以億計的電路按其連接關系有規(guī)律地翻印到一個硅片上，至此，芯片設計才算完成。

　　設計復雜，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計版圖，通過光刻、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出來。

　　事實上，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(shù)國家能夠設計和制造，并作為核心技術來掌控。芯片自誕生以來，便成為信息產業(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，功耗和體積則會進一步下降。

　　據烽火通信微電子部總經理楊志勇介紹，在上世紀90年代，傳輸技術已徹底完成了PDH時代向SDH時代的轉型，SDH技術已經基本定型，其產品成為國家通信基礎設施的建設重點。經過5年左右的技術積累、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年以來積累的相關技術，烽火相繼開發(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)芯片為降低整機設備成本、提升產品特別是低端產品核心競爭能力作出了巨大貢獻，為這一次技術轉型畫上了一個圓滿的句號。

　　領航光網“芯”動力

　　隨著技術的演進和發(fā)展，網絡融合之勢不斷增強，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)格定制的話語權集中在寥寥可數(shù)的幾家大公司手中，這對烽火系統(tǒng)設備的研發(fā)進度、工程質量、設備成本以及產品的持續(xù)發(fā)展產生至關重要的影響，同時也帶來不可控的危機和風險。業(yè)內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。

　　如何在新的技術浪潮中，讓烽火的產品擁有自主研發(fā)、技術領先的核心芯片，不受制于人，這不僅是微電子人始終思考的問題，更是一份責任與使命。2012年年初，面對嚴峻的市場競爭形勢和接入網市場的巨大需求，P-OTS低速業(yè)務處理芯片項目成功通過立項。

　　微電子部副總經理馮峻峰說：“當時，微電子部面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一方面，由于先進工藝高昂的投片費用，讓部門經營承受著很大壓力;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，都會使高達上千萬元的投片費用付諸東流。而且，芯片一旦完成設計將無法更改，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芯片標準才剛剛成熟，因此，一項業(yè)界全新的、關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)。經過科研人員數(shù)月的刻苦攻關，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、時鐘最為復雜的核心專用芯片，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設備的持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎。該芯片的成功，不僅使單片價格只相當于外部采購價的十分之一，顯著降低了產品成本，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家的芯片，大幅降低了供應鏈風險。

　　順應需求變化實現(xiàn)研發(fā)轉型

　　2006年開始，新的傳送網技術暗流涌動，IP化趨勢不可逆轉，SDH、MSTP、ASON面臨著向交換效率更高的PTN演進。同時，對于光傳輸節(jié)點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，路由器廠家與傳輸廠家爭論不斷，PTN設備形態(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，設備成本壓力迫使芯片開發(fā)進入到另一個新的領域——終端類集成電路開發(fā)。該領域設備形態(tài)多樣、成本極其敏感，需要設計團隊具有數(shù)?；旌显O計的能力，全然不同于早期的全數(shù)字邏輯設計。

　　用戶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，運營商開始了大規(guī)模的網絡建設，傳輸網市場進入了一個“先應用后標準”的時期。標準的不完善、設備形態(tài)的不確定，導致芯片開發(fā)進入轉型陣痛期。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)者的轉型來得更為透徹。

　　設備轉型速度加快，芯片應用的時間窗口縮短。早期的2.5G設備，經歷了接近八年的主流銷售時期。而2006年面市的ASON設備，生命周期縮短到四年;PTN設備批量銷售不到兩年，又面臨著向IAN、IP-RAN設備演進的壓力。芯片開發(fā)的特點是高投入、長周期，如何抓住短暫的應用窗口、規(guī)避風險，是芯片開發(fā)者面臨的新挑戰(zhàn)。

　　此外，標準爭論及運營商需求的不確定性，導致芯片開發(fā)者捕捉需求的難度加大。在PTN技術領域，從T-MPLS到MPLS-TP，仍有OAM、網絡保護、設備互通等標準需要完善，背后是兩大標準組織、數(shù)據與傳輸兩類設備廠家之間的交鋒;在FTTX領域，GPON、EPON路線之爭已超越了技術范疇，更多的是強勢設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到芯片開發(fā)，按照以往的開發(fā)模式難以適應動態(tài)變化的客戶需求。

　　市場不斷變化，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。他們與網絡產出線密切配合，主動參與設備安裝、調測，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)團隊。今天，我們將繼續(xù)用技術轉型的成功，保障烽火通信的市場成功和財務成功。”烽火微電子部總經理楊志勇的話道出了他們的心聲。