打造光通信“中国芯”：烽火P-OTS芯片炼成史
发布时间：2015-01-04 09:05:45 热度：2285
1/4/2015,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。同时，对于光传输节点设备究竟是在路由器设备基础上增加传输特性，还是在传输设备的平台上增加路由特性，路由器厂家与传输厂家争论不断，PTN设备形态的走势存在着不确定性；FTTX的兴起源于用户对宽带的需求，为烽火带来了新的增长点，但由于“门槛”相对较低，竞争更是惨烈，设备成本压力迫使芯片开发进入到另一个新的领域——终端类集成电路开发。该领域设备形态多样、成本极其敏感，需要设计团队具有数模混合设计的能力，全然不同于早期的全数字逻辑设计。
用户的需求永远是第一位的，在标准不确定、设备形态不明朗的背景下，运营商开始了大规模的网络建设，传输网市场进入了一个“先应用后标准”的时期。标准的不完善、设备形态的不确定，导致芯片开发进入转型阵痛期。特别是对于芯片开发者来说，不仅仅局限于从应用层面理解芯片功能、搭建系统，更需要用数、模电路去实现芯片功能，这需要芯片开发者的转型来得更为透彻。
设备转型速度加快，芯片应用的时间窗口缩短。早期的2.5G设备，经历了接近八年的主流销售时期。而2006年面市的ASON设备，生命周期缩短到四年；PTN设备批量销售不到两年，又面临着向IAN、IP-RAN设备演进的压力。芯片开发的特点是高投入、长周期，如何抓住短暂的应用窗口、规避风险，是芯片开发者面临的新挑战。
此外，标准争论及运营商需求的不确定性，导致芯片开发者捕捉需求的难度加大。在PTN技术领域，从T-MPLS到MPLS-TP，仍有OAM、网络保护、设备互通等标准需要完善，背后是两大标准组织、数据与传输两类设备厂家之间的交锋；在FTTX领域，GPON、EPON路线之争已超越了技术范畴，更多的是强势设备制造商对运营商的一种市场策略，需求不确定性直接传导到芯片开发，按照以往的开发模式难以适应动态变化的客户需求。
市场不断变化，只有适应变化的公司才能生存。在烽火管理变革的推动下，芯片开发部门加快了从实验室走向市场一线的步伐。他们与网络产出线密切配合，主动参与设备安装、调测，现场听取和收集运营商的需求，及时将需求反馈到芯片开发项目组，使得研发对市场需求的响应速度更快、更有针对性。目前，烽火微电子部已将目光瞄准了新一代高速业务处理芯片的研发，力争为烽火大容量高速传输系统的开发提供一颗颗强大的“中国芯”。
“烽火微电子过去10多年的成功，造就了我们一支特殊的芯片开发团队。今天，我们将继续用技术转型的成功，保障烽火通信的市场成功和财务成功。”烽火微电子部总经理杨志勇的话道出了他们的心声。
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。同时，对于光传输节点设备究竟是在路由器设备基础上增加传输特性，还是在传输设备的平台上增加路由特性，路由器厂家与传输厂家争论不断，PTN设备形态的走势存在着不确定性；FTTX的兴起源于用户对宽带的需求，为烽火带来了新的增长点，但由于“门槛”相对较低，竞争更是惨烈，设备成本压力迫使芯片开发进入到另一个新的领域——终端类集成电路开发。该领域设备形态多样、成本极其敏感，需要设计团队具有数模混合设计的能力，全然不同于早期的全数字逻辑设计。
用户的需求永远是第一位的，在标准不确定、设备形态不明朗的背景下，运营商开始了大规模的网络建设，传输网市场进入了一个“先应用后标准”的时期。标准的不完善、设备形态的不确定，导致芯片开发进入转型阵痛期。特别是对于芯片开发者来说，不仅仅局限于从应用层面理解芯片功能、搭建系统，更需要用数、模电路去实现芯片功能，这需要芯片开发者的转型来得更为透彻。
设备转型速度加快，芯片应用的时间窗口缩短。早期的2.5G设备，经历了接近八年的主流销售时期。而2006年面市的ASON设备，生命周期缩短到四年；PTN设备批量销售不到两年，又面临着向IAN、IP-RAN设备演进的压力。芯片开发的特点是高投入、长周期，如何抓住短暂的应用窗口、规避风险，是芯片开发者面临的新挑战。
此外，标准争论及运营商需求的不确定性，导致芯片开发者捕捉需求的难度加大。在PTN技术领域，从T-MPLS到MPLS-TP，仍有OAM、网络保护、设备互通等标准需要完善，背后是两大标准组织、数据与传输两类设备厂家之间的交锋；在FTTX领域，GPON、EPON路线之争已超越了技术范畴，更多的是强势设备制造商对运营商的一种市场策略，需求不确定性直接传导到芯片开发，按照以往的开发模式难以适应动态变化的客户需求。
市场不断变化，只有适应变化的公司才能生存。在烽火管理变革的推动下，芯片开发部门加快了从实验室走向市场一线的步伐。他们与网络产出线密切配合，主动参与设备安装、调测，现场听取和收集运营商的需求，及时将需求反馈到芯片开发项目组，使得研发对市场需求的响应速度更快、更有针对性。目前，烽火微电子部已将目光瞄准了新一代高速业务处理芯片的研发，力争为烽火大容量高速传输系统的开发提供一颗颗强大的“中国芯”。
“烽火微电子过去10多年的成功，造就了我们一支特殊的芯片开发团队。今天，我们将继续用技术转型的成功，保障烽火通信的市场成功和财务成功。”烽火微电子部总经理杨志勇的话道出了他们的心声。
