中科院出手！这款芯片从100%进口到自主可控、全球第一
2023-03-02
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来源 | 数智锐角
2月28日，“20多位中科院专家把芯片价格打到10块”冲上微博热搜。为了实现芯片技术自主可控自立自强，20多位中科院半导体所的专家扎根鹤壁，攻克道道技术难关，成功研发出了PLC光分路器芯片，在实现产业化、国产化的基础上还拿下了全球第一的市场份额。
把光芯片价格打下来
中科院半导体研究所研究员、河南仕佳光子科技股份有限公司副总经理吴远大表示，在2012年以前，我国的PLC光分路器芯片全部依赖进口，该类进口芯片一个要卖五六百块钱左右。而现在一个自研PLC光分路器芯片只需要10块钱左右，大大节省了宽带网络建设费用。
2011年，吴研究员与所里的6个年轻人一起，来到鹤壁担任仕佳光子常务副总裁，开展校企合作。2012年，仕佳光子即正式对外发布PLC光分路器芯片，成为中国第一家，也是当时国内唯一一家能够量产该芯片的企业，成功打破该市场被国外厂商长期垄断的局面。
如今，以仕佳光子为龙头，鹤壁市经济技术开发区吸引了40多家光电子上下游企业聚集发展，光电子产业规模以年均40%以上增速加速扩张。
技术转化遇上业务转型，
中科院和仕佳光子一拍即合
面对芯片产业化问题，吴远大表示，在国家863计划、973计划项目资助下，中科院半导体所对这些芯片已经开展了十多年的基础研究，但由于三方面原因，此前一直没有产业化。
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。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；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。
二是芯片工艺水平达不到芯片产业化要求，特别是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；
而最为致命的是第三点，在产业和市场导向上，过去偏重于买，拿市场换技术。
彼时，手握十几年光电子芯片研究技术的中科院半导体研究所到了技术转化的关口，正在寻找合作的平台，地处鹤壁的仕佳通信也正在谋求业务转型，并将目光瞄向了当时核心技术都掌握在国外企业手中的光电子芯片，两者一拍即合，光电子芯片的校企合作就此开启，并很快就取得了产业化成果。
其实，吴研究员所讲的三点问题也是整个中国半导体产业面临的通病，缺乏基础研究、生产工艺达不到产业化标准以及买来主义风气。并且，大家都明白与其他产业相比，半导体产业的创业周期更长、资金需求更大，整体来讲就是不确定性与风险更大。
同时，我们也应该看到光电子芯片的能够顺利实现国产化与相关专项规划的研究积累密不可分。但，如何把握基础研究、理论积累转化为产业化商品的过程又非常微妙。左手政策、右手市场，根据以往经验，偏左偏右都会出现问题。
面对还未转化的研究成果需要根据科技创新专项规划等政策进行筛选、孵化，制定合理的评价标准，在继续支持已完成产业转化的领域持续发展的同时，还应该关注依然存在的差距。
趁热打铁，
中国光芯片产业需再进一步
从光芯片的角度来看，我们的研发环节较为薄弱，这就导致相当一部分高端光芯片还需要依赖进口。
技术方面。光芯片处于光通信产业链的核心位置，技术要求高，工艺流程复杂，研发生产过程涉及半导体材料、半导体物理、量子力学、固体物理学、材料学、激光原理与技术等诸多学科，需要综合掌握外延、微纳加工、封装、可靠性等多领域技术工艺，并加以整合集成，属于技术密集型行业。
海外头部厂商的高速率光芯片市场参与度更高，国内头部厂商源杰科技、光迅科技、仕佳光子、云岭光电、武汉敏芯等已具备25G及以上部分光芯片产品生产能力。
市场竞争方面。我们的光芯片研发能力与国外企业还存在较大差距，特别是在高速率光芯片（25G及以上）。根据ICC统计，2021年2.5G及以下速率光芯片国产化率超过90%，10G光芯片国产化率约60% ，25G光芯片国产化率约为20%，25G以上光芯片国产化率则低至5%，中低速率光芯片（10G及以下）国内厂商占有较高市场份额。
未来趋势方面。在移动通信网络市场，随着4G向5G的过渡，中回传将更加广泛采用长距离10km－80km的10G、25G、50G、100G、200G光模块，无线前传光模块将从10G逐渐升级到25G、50G，电信模块将进入高速率时代。
在数据中心市场，随着数据流量的不断增多，交换机互联速率逐步由100G向400G升级，且未来将逐渐出现800G需求。根据LightCounting的统计，预计至2025年，全球数据中心光模块市场规模将增长至73.33亿美元，400G光模块市场规模将快速增长达到18.67亿美元，这将带动25G及以上速率光芯片需求快速增长。
对移动通信而言，工信部最新数据显示，截至2022年底，中国累计建设开通了5G基站231万个，未来几年基站建设还会继续推进，考虑到5G室外宏站数至少是4G的1.2-2倍，并且若室内覆盖主要依靠数千万个小基站，预计5G会带来数千万量级25/50/100G光模块用量，从自主可控的角度来看，高速率光芯片的国产化是必然。
对数据中心同样如此，今后政府、企业、消费端的数据都会上云，海量的数据存储和传输，新建数据中心和升级改造等都会成为光芯片需求的增长动力。
不论是从市场需求的角度来看，还是考虑到自主可控等因素，高速率已经成为光芯片的发展趋势，参与其中的中国厂商需要明白中国的光芯片产业需再进一步。
小结
我们的半导体产业经历了顺利开局、造不如买、被卡脖子、被迫自强等过程，这期间出现过诸多污点，但我们不应该因为这些污点而抹平已有的基础研究成果和产业化产出，中美之间的竞争也制约了中国的半导体产业，同样，我们也不能因为围堵而躺平。我们要做的依然是再进一步，再进更多步。
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