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晶片在資訊通訊產業中扮演著“心臟”的角色,雖然我國資訊通訊產業尤其是光通訊產業規模巨大、發展迅猛,但國內產業鏈在自主晶片方面仍然相對薄弱,近幾年被“卡脖子”的事件屢屢上演,“缺芯”、“芯痛”成為我國光通訊產業亟待解決的問題。

那麼,為何自研晶片之路如此艱難?國內產業鏈應該如何改變在晶片方面受制於人的窘境?哪些創新的技術領域是我們逆襲的機會?對此,在“第23屆中國國際光電博覽會”期間,北京大學教授周治平在接受C114專訪時為我們進行了解讀。

不想受制於人,就不能急功近利

晶片佔據了產業技術與價值的制高點。但骨感的現實卻是,我國高階光/電晶片基本依賴進口;雖然國內光模組封裝技術走到前列,但上游晶片及整合技術仍有瓶頸需要突破。一旦晶片供應鏈出現問題,產業將面臨被“卡脖子”的危險境地。

面對缺少自主自研晶片的窘境,少數國內企業踏上了晶片自研之路,但自主創新之路註定沒那麼簡單,更不會一片坦途。

“我國在晶片方面確實是受限於人。”周治平分析了做自研晶片艱難的主要原因,“晶片做起來比較複雜,而且賺錢比較慢,不會很快產生效益,因此過去做晶片的人比較少,大家沒有投資太多,這就是被‘卡脖子’現狀最主要的原因。”


如何改變這種受制於人、被“卡脖子”的現狀呢?周治平認為要從根本解決問題:首先,產業鏈所有領域都應該認認真真的關注晶片領域,做晶片是非常複雜的過程,需要能潛得住心,做晶片和賣晶片的人、特別是投資晶片的人不能急功近利,不能希望一兩年改變現狀;與此同時,人才培養方面也要大量投入,而大量投入僅僅依靠企業也不行,還要國家、政府機構在這方面的高度重視,特別是光通訊行業的晶片。只有在這些方面做得比較好,才可能更早擺脫“卡脖子”的現狀。

今年3月,工業和資訊化部印發的《“雙千兆”網路協同發展行動計劃(2021-2023年)》指出,要進行產業鏈強鏈補鏈行動,著力提升核心晶片、網路裝置、模組、器件等的研發製造水平,推進實現我國通訊產業鏈自立自強,培育壯大產業生態。

與此同時,新基建戰略和相關政策的推出,也對光通訊產業尤其是晶片帶來新的發展機遇。周治平表示:新基建戰略的推進,對光通訊行業是全方位的促進,對運營商、裝置商、儀器、器件、晶片等都是全方位推進,更加重要的是在晶片和光電器件方面的巨大推進作用。今年的光博會,我們已經看到晶片、器件方面的展商越來越多,產品質量越來越高。


不再跟隨,換道超車

不可否認的是,在光通訊晶片等核心元器件上,其主導權長期以來掌握在他國企業手中,尤其是高速率光通訊晶片國產化率較低,主要依賴於美日等國外廠商。那麼,作為後來者還能否居上呢?

在周治平看來,矽基光電子技術將是我們實現“換道超車”的核心技術。

簡單來說,矽基光電子技術的原理是:在指導微電子發展的“摩爾定律”基本失效、積體電路晶片的發展趨於飽和的情況下,為了應對人們對資料流量需求的持續爆發式增長,而電子晶片無能為力的情況下,使用與矽基積體電路技術相容的技術和方法,將微奈米級的光子、電子、光電子器件整合在同一矽襯底上,形成一個既快速又便宜的新型大規模光電整合晶片——矽基光電子晶片。

“矽基光電子集合了微電子、光電子和光通訊的所有優勢,具備高頻寬、高速度、低能耗、低成本、整合度高、功能性強的特點,不僅可以支撐大資料時代的通訊裝置、資料中心、超級計算、雷達、物聯感測、人工智慧等產業,更有可能在不久的將來進入消費市場,發展前景非常大。”周治平認為,“只有在矽基光電子方面做得比較好,我們就可以把微電子、純粹的光電子方面的缺點相輔相成的補回來。”

在此之前,周治平早已提出這樣的觀點:傳統微電子技術的開發,從45奈米到22奈米再到更窄線寬12奈米、7奈米、5奈米的開發,是一個厚積薄發的過程。如果再去重複半導體技術先進國家走過的路是非常艱難的;而且傳統微電子技術在不斷擴大規模和降低成本上越來越難以協調,而基於矽基光電子技術完全可以不用花那麼多錢。矽基光電子技術,恰恰提供了另外一個選擇。

可以說,矽基光電子技術是光電融合技術的“金字塔”,矽基光電子晶片也是目前半導體晶片發展的最高階階段。周治平建議:“不要跟著微電子領域22奈米、12奈米、7奈米、5奈米這樣跟下去,沒有必要。因為晶片的計算、處理功能用矽基光電子晶片中的光學功能可以在很大程度上使晶片的功能增加,真正實現換道超車。”


亟需真正投入,有望短時間內趕上國外技術

從產業化來看,IBM、英特爾、臺積電、格羅方德、思科、Acacia等多家巨頭已經對矽基光電子晶片進行了商業化的批量生產,而且以矽基光電子晶片為核心的光模組也在資料中心和通訊系統中獲得了大量應用,矽基光電子產業鏈已經形成。

在國內,我國產業鏈已經在矽基光電子晶片方面有所進展。據周治平介紹,例如,重慶高新區聯合微電子中心已經宣佈向全球提供矽光晶片流片服務,目前聯合微電子中心已與國內外100多家企業簽約流片服務。

“在矽基光電子晶片方面我們迎來了很大的希望。”周治平展望道:如果我們國家能夠在矽基光電子晶片的設計、製造、測試、封裝等方面真正投入,並且按照自然產業規律做,矽基光電子晶片是能夠在非常短的時間內至少能趕上國外的現狀技術,實現“換道超車”。C114通訊網 李明



原文連結:https://inewsdb.com/數碼/談如何擺脫晶片“卡脖子”:矽基光電子技術有望

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