打造“中国芯”,PLC已占全球50%份额

浏览次数:收录时间:2019-10-23 03:46
【内容提要】打造“中国芯”,PLC已占全球50%份额

中国科技网·科技日报记者  乔地

说起芯片,是国人的痛。去年“中兴事件”带来的“卡脖子”屈辱,一点不亚于当年的石油。

但很少有人想到,我国在光电子领域,已经在豫北小城鹤壁获得突破。其中的PLC光分路器芯片早在2012年就实现了国产化,迫使国外芯片在中国市场的价格从每晶圆2000多美元降到100多美元。目前已占居全球市场50%以上份额。

如果这还仅仅是“跟跑”的话,那么他们研发的阵列波导光栅(AWG)芯片,其技术水平已与国际并跑,在骨干网、高速数据中心及5G基站前传等领域取得重大突破,并实现主要芯片产品的产业化,进入相关领域知名国际设备商供应链,有望在国际竞争中实现领跑。

国内两类光电子芯片,基本国产化并实现出口

说到光电子芯片,不能不说吴远大。

他今年45岁,是中国科学院半导体研究所研究员、博导,河南仕佳光子科技股份有限公司常务副总裁,同时是国家重点研发计划项目“高性能无源光电子材料与器件研究”的项目负责人,主要致力于高性能无源光电子材料与器件的应用基础研究,同步开展PLC光分路器芯片及阵列波导光栅芯片的产业化技术开发。2011年,作为我国光电子事业主要开拓者王启明院士团队的一员,他与所里的6个年轻人一起,从首都北京来到河南鹤壁,在一片荒地上与一家叫作仕佳通信的民营企业一起披荆斩棘,开启了我国高端光电子芯片的产业化之路。

前不久,科技日报记者前往鹤壁采访。在仕佳光子的展厅里,吴远大介绍,目前世界上的高端光电子芯片有100多类,但国内仅有两大类的全系列化芯片基本实现国产化。一类是PLC光分路器芯片,另一类是阵列波导光栅芯片。前者主要应用于光纤到户接入网中,后者主要应用于骨干网、城域网、高速数据中心和5G领域。“这两类芯片,正好都是我们公司制造的。”吴远大说。

他说,“三大运营商往小区里铺设光纤,如果一个小区有一千户人家,不可能从基站直接拉一千根光纤到每家每户。而是拉一根光纤到小区,之后再把光信号进行功率分配,‘路由’到每家每户。这就需要光分路器芯片。”他强调:“光信号取代电信号入户,网络速度要比现在的网速快百倍。”

“但在2012年以前,我国使用的这些芯片完全依赖进口,最贵时每个晶元要2400多美元。”吴远大说,对于这些芯片,中科院半导体所在国家“863”计划、“973”计划项目资助下已经开展了十多年的基础研究,积累了一定的实验成果和宝贵的开发经验。

遗憾的是当时一直没有产业化。吴远大说,主要有三个原因:

一是高质量的高折射率差硅基SiOx集成光波导材料基础薄弱。硅基二氧化硅材料的研究曾是微电子技术中的一个重要课题,也是现代光电子技术中的热点。微电子技术中二氧化硅薄膜材料的厚度一般仅为几百纳米;而平面集成光波导芯片中则要求二氧化硅膜的厚度高达几个微米,甚至几十个微米,要求无龟裂、无缺陷,且更偏重的是二氧化硅材料的光传输性质。国外生长硅基SiOx集成光波导材料的方式主要有两种:以欧美为代表的化学气相沉积法(PECVD),以日本韩国为代表的火焰水解法(FHD)。PECVD法精度较高,操控性好;而FHD法生长速率快,产业化效率更高,二者各有优缺点。而国内缺乏相关应用基础研究工作。

二是芯片工艺水平达不到芯片产业化需求,特别在整张晶圆的均匀性、稳定性方面,如二氧化硅厚膜的高深宽比和低损耗刻蚀工艺。

三是在产业和市场导向上,过去偏重于买,拿市场换技术,能买到的就不去下功夫从事产业技术研究,吃了大亏才知道“真正的核心技术是买不来的”。

“也许是厚积薄发,我们带着这些研究成果来到鹤壁,2011年建立专用研发生产线;2012年完成产业化工艺技术开发; 2015年PLC光分路芯片全球市场份额达到50%,企业实现了扭亏为盈。那一年,我们出货芯片2000多万颗,今年前四个月,每月产量也都在200万颗以上。国际上芯片产业化十来年要走完的路,我们三四年就实现了。”吴远大说。

网上搜出个吴远大

说起光电子芯片,还不能不说仕佳光子及其董事长葛海泉。2000年,葛海泉在郑州成立仕佳通信科技有限公司,主营室内光纤光缆的研发、生产和销售,并挣到了“第一桶金”。

但是,作为一个有抱负的光通信领域企业家,针对“宽带中国”“光纤到户”工程中,核心光分路器芯片完全依赖进口的被动局面,葛总觉得自己有责任有义务去解决长期被国外“卡脖子”的核心技术难点和痛点。他决心投入巨资,开发出中国人自主知识产权的光分路器芯片!同时让自己的企业转型升级,从一个来料加工企业变身为高科技研发企业。“哪怕把以前挣的所有钱都投进去,也要干!”他暗下决心。

资金是一个问题,技术更是一个迫在眉睫的问题!尤其是对于一个“土老板”来说,这不啻于天方夜谭。

他从深圳到江浙再到北京,只要打听到谁搞芯片研究的,他都去登门拜访。但差不多一年过去,没有找到一个“诸葛亮”。

那时,他感到少有的苦闷。他把自己关在屋里,对着电脑发呆。呆的时间长了,还忍不住去想光分路器芯片。就在网上敲出这几个字,却蹦出了一个“吴远大”。他看到了吴远大在这方面的研究成果,眼睛顿时发光,立即从椅子上跳了起来……葛海泉至今清楚地记得,这是2009年的5月。

他立即打点行装,赶赴北京。

在中科院半导体所,他没有见到吴远大。所里光电子发展研究中心的研究员胡雄伟,接待了他。

“我们先给他泼了一盆冷水。”胡雄伟告诉他,半导体研发、生产,需要大量资金投入,甚至可能倾家荡产,你能做到吗?从实验室出来的科研成果到大批量生产之间,有很大距离,甚至无法产业化,你有心理准备吗?还有,科研人员善于做样品,对生产线上的事情研究不充分;而企业搞产业化,需要低成本、高可靠性、高成品率,双方认识不一致怎么办?还有,即便产品生产出来了,市场价格却下降了,你能承受吗?

一连串的问题,个个直击要害。葛海泉“冷”得发抖,却发自内心地认为这就是他一年来踏破铁鞋要找的真正的技术!

但半导体所的专家们却仍然不放心。吴远大说,很多企业都想与他们合作,但往往因为在上述方面没有充分准备,最后都不了了之,有的甚至八字没一撇就打着与中科院合作的旗号招摇撞骗。“我们决不允许这样的情况再发生了!”

就是在这样的情况下,葛海泉带着对光电子芯片的痴恋,每个月都要往北京跑两三趟,生拉硬拽地把专家们再请到鹤壁看现场,反反复复地沟通、商量。这样的磨合,整整持续了17个月。一直到2010年10月,双方终于签订了“股权+投资”的协议,吴远大等7名科研骨干赶赴鹤壁,实施转化。

短短一年多时间,2012年底,仕佳光子正式对外发布,成为中国第一家、也是当时国内唯一一家能够量产PLC光分路器芯片的企业!国外厂商长期垄断中国光分路器芯片市场的局面从此一去不复返了!

咬紧牙关打赢价格战

先在技术上“卡脖子”,然后是价格战,这几乎是国外高科技产品抢占中国市场的套路。

2012年,仕佳光子PLC芯片一开始量产,订单就纷至沓来。“那个时候,我们有些应接不暇了。”公司研发总监安俊明回忆。

但是,就在大家历尽千辛万苦、终于迎来成功喜悦的时候,市场形势却急转直下。

为了把新生的中国芯片扼杀在摇篮中,日韩企业联手围堵,开始疯狂地大打价格战。“他们疯狂抛售,最低150美元。跌破了原材料成本,跌得人胆颤心惊!”安俊明说,仅2013年一年,公司就亏损2000多万元。

危难之际,葛海泉在董事会上把桌子擂得咚咚响:“砸锅卖铁,咬碎牙关,也要挺下去!”

鹤壁市人民政府也以入股形式,向仕佳光子注入资金3000万元,雪中送炭!

经过一年多的激烈搏杀,日韩企业非但没有把仕佳光子这个中国光电芯片的新生儿扼杀掉,反而使自身陷入困境,开始纷纷倒闭。

仕佳光子从此跃出低谷,一跃冲天,芯片产能和市场占有率急剧扩大。从2014年第一季度每月35万片,提升到第四季度的每月90万片,成为全球最大的PLC光分路器芯片供货商。

两大研发计划,攻克两座光电芯片山头

在光分路器芯片成功实现产业化的同时,葛海泉和吴远大又把目光投向了新的芯片开发——阵列波导光栅芯片(AWG)。

2013年,国家“863”计划“光电子集成芯片及其材料关键工艺技术”项目,由年轻的河南仕佳光子公司牵头承担,吴远大担任课题负责人。




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