北京大学周治平谈如何摆脱芯片“卡脖子”:硅基光电子技术有望实现“换道超车”

C114讯 9月18日特稿(李明)芯片在信息通信产业中扮演着“心脏”的角色,虽然我国信息通信产业尤其是光通信产业规模巨大、发展迅猛,但国内产业链在自主芯片方面仍然相对薄弱,近几年被“卡脖子”的事件屡屡上演,“缺芯”、“芯痛”成为我国光通信产业亟待解决的问题。

那么,为何自研芯片之路如此艰难?国内产业链应该如何改变在芯片方面受制于人的窘境?哪些创新的技术领域是我们逆袭的机会?对此,在“第23届中国国际光电博览会”期间,北京大学教授周治平在接受C114专访时为我们进行了解读。

不想受制于人,就不能急功近利

芯片占据了产业技术与价值的制高点。但骨感的现实却是,我国高端光/电芯片基本依赖进口;虽然国内光模块封装技术走到前列,但上游芯片及集成技术仍有瓶颈需要突破。一旦芯片供应链出现问题,产业将面临被“卡脖子”的危险境地。

面对缺少自主自研芯片的窘境,少数国内企业踏上了芯片自研之路,但自主创新之路注定没那么简单,更不会一片坦途。

“我国在芯片方面确实是受限于人。”周治平分析了做自研芯片艰难的主要原因,“芯片做起来比较复杂,而且赚钱比较慢,不会很快产生效益,因此过去做芯片的人比较少,大家没有投资太多,这就是被‘卡脖子’现状最主要的原因。”

北京大学周治平谈如何摆脱芯片“卡脖子”:硅基光电子技术有望实现“换道超车”

如何改变这种受制于人、被“卡脖子”的现状呢?周治平认为要从根本解决问题:首先,产业链所有领域都应该认认真真的关注芯片领域,做芯片是非常复杂的过程,需要能潜得住心,做芯片和卖芯片的人、特别是投资芯片的人不能急功近利,不能希望一两年改变现状;与此同时,人才培养方面也要大量投入,而大量投入仅仅依靠企业也不行,还要国家、政府机构在这方面的高度重视,特别是光通信行业的芯片。只有在这些方面做得比较好,才可能更早摆脱“卡脖子”的现状。

今年3月,工业和信息化部印发的《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》指出,要进行产业链强链补链行动,着力提升核心芯片、网络设备、模块、器件等的研发制造水平,推进实现我国通信产业链自立自强,培育壮大产业生态。

与此同时,新基建战略和相关政策的推出,也对光通信产业尤其是芯片带来新的发展机遇。周治平表示:新基建战略的推进,对光通信行业是全方位的促进,对运营商、设备商、仪器、器件、芯片等都是全方位推进,更加重要的是在芯片和光电器件方面的巨大推进作用。今年的光博会,我们已经看到芯片、器件方面的展商越来越多,产品质量越来越高。

不再跟随,换道超车

不可否认的是,在光通信芯片等核心元器件上,其主导权长期以来掌握在他国企业手中,尤其是高速率光通信芯片国产化率较低,主要依赖于美日等国外厂商。那么,作为后来者还能否居上呢?

在周治平看来,硅基光电子技术将是我们实现“换道超车”的核心技术。

简单来说,硅基光电子技术的原理是:在指导微电子发展的“摩尔定律”基本失效、集成电路芯片的发展趋于饱和的情况下,为了应对人们对数据流量需求的持续爆发式增长,而电子芯片无能为力的情况下,使用与硅基集成电路技术兼容的技术和方法,将微纳米级的光子、电子、光电子器件集成在同一硅衬底上,形成一个既快速又便宜的新型大规模光电集成芯片——硅基光电子芯片。

“硅基光电子集合了微电子、光电子和光通信的所有优势,具备高带宽、高速度、低能耗、低成本、集成度高、功能性强的特点,不仅可以支撑大数据时代的通信设备、数据中心、超级计算、雷达、物联传感、人工智能等产业,更有可能在不久的将来进入消费市场,发展前景非常大。”周治平认为,“只有在硅基光电子方面做得比较好,我们就可以把微电子、纯粹的光电子方面的缺点相辅相成的补回来。”

在此之前,周治平早已提出这样的观点:传统微电子技术的开发,从45纳米到22纳米再到更窄线宽12纳米、7纳米、5纳米的开发,是一个厚积薄发的过程。如果再去重复半导体技术先进国家走过的路是非常艰难的;而且传统微电子技术在不断扩大规模和降低成本上越来越难以协调,而基于硅基光电子技术完全可以不用花那么多钱。硅基光电子技术,恰恰提供了另外一个选择。

可以说,硅基光电子技术是光电融合技术的“金字塔”,硅基光电子芯片也是目前半导体芯片发展的最高级阶段。周治平建议:“不要跟着微电子领域22纳米、12纳米、7纳米、5纳米这样跟下去,没有必要。因为芯片的计算、处理功能用硅基光电子芯片中的光学功能可以在很大程度上使芯片的功能增加,真正实现换道超车。”

亟需真正投入,有望短时间内赶上国外技术

从产业化来看,IBM、英特尔、台积电、格罗方德、思科、Acacia等多家巨头已经对硅基光电子芯片进行了商业化的批量生产,而且以硅基光电子芯片为核心的光模块也在数据中心和通信系统中获得了大量应用,硅基光电子产业链已经形成。

在国内,我国产业链已经在硅基光电子芯片方面有所进展。据周治平介绍,例如,重庆高新区联合微电子中心已经宣布向全球提供硅光芯片流片服务,目前联合微电子中心已与国内外100多家企业签约流片服务。

“在硅基光电子芯片方面我们迎来了很大的希望。”周治平展望道:如果我们国家能够在硅基光电子芯片的设计、制造、测试、封装等方面真正投入,并且按照自然产业规律做,硅基光电子芯片是能够在非常短的时间内至少能赶上国外的现状技术,实现“换道超车”。

相关内容