“一個快速反應、可靠保證的光網絡，將對信息化應用起到強大的支撐作用，為我國制造業轉型升級，向數字化、向智能化提升起到積極的促進作用。”近日，中國科學院半導體研究所研究員安俊明在接受《中國科學報》采訪時表示。
目前，全球已進入5G規模商用的重要發展時期。安俊明正帶領課題組對自主研發的5G前傳循環型陣列波導光柵（AWG）芯片及模塊進行優化和升級，安俊明透露：“我們的新產品已設計定型，進入產業化轉移階段。”
國產AWG芯片技術崛起
安俊明首先對AWG做了通俗易懂的解釋，AWG可以將多路不同顏色（即不同波長）的光信號合成一路，或者將一路不同波長信息分開，通過每種顏色光加載不同的信息，實現單根光纖同時傳輸多路信號，最終在不增加光纖鋪設的情況下大幅提升光纖網絡的傳輸速率。
AWG主要應用于高速骨干網、城域網、高速數據中心及下一代無線網絡信息傳輸領域。一直以來，全球AWG芯片市場主要被歐美、日韓企業占領，當記者問及“為什么國產AWG芯片發展緩慢，是什么原因造成的”，安俊明的回答是：“AWG產業化需要大量資金、高素質專業人才隊伍和比較長的周期。”
前期，國家在AWG芯片相關的研發上投入了較多的經費，相關科研單位在技術上有一定的積累。但安俊明指出：“AWG芯片產業化需要上億元的資金投入、國家對于產業化資金投入較少，科研單位也沒有能力籌集產業化資金，而一般中小型企業盈利能力有限，無法承擔相應的投資風險，只能從事下游封裝業務，購買國外芯片。另外，專業人才隊伍大多集中在科研單位，投資者對AWG芯片漫長的投資回收周期缺乏耐心，從而導致國產AWG芯片發展緩慢。”
20世紀90年代末，安俊明課題組便開始從事硅基光波導AWG材料及器件的研究工作，先后承擔并完成了國家“863”“973”重點研發計劃，以及國家自然科學基金等多項重大科研項目的研究工作，團隊積累了大量芯片設計與加工的經驗與數據。
在研發過程中，安俊明課題組面臨著材料生長、波導結構設計、應力消除等難點問題，團隊通過分工合作，深入開展了硅基二氧化硅光波導器件產業化技術的研究與開發，系統解決了大規模復雜集成波導模式平滑轉換，低應力波導摻雜生長機制等問題，實現硅基二氧化硅陣列波導光柵的設計、制造等關鍵技術突破。
當前，安俊明課題組研發的AWG芯片已完成設計及關鍵技術研發，并進入產業化批量生產、銷售階段。
選擇產業化合作對象
2010年起，一家來自河南鶴壁的企業——河南仕佳光子科技有限公司（以下簡稱仕佳光子，現已變更為河南仕佳光子科技股份有限公司）頻頻找到安俊明課題組，希望尋求合作。安俊明回憶道，“當時仕佳光子負責人的誠意打動了我們。自從跟我們課題組對接上后，這家企業的負責人每月至少專門跑兩趟北京，同時每個月接我們的團隊到鄭州或鶴壁參觀洽談，前前后后堅持了整整一年。”
最終雙方達成一致，安俊明課題組的技術成果正式落戶鶴壁。“最初合作的是國家寬帶戰略、光纖到戶PLC（平面光波回路）光分路器芯片。”安俊明告訴記者，“該系列芯片已廣泛應用于我國光纖到戶的建設，實現了我國寬帶接入網核心PLC光分路器芯片的國產化。”
芯片是個長周期、大投入的產品，三五年之內想實現盈利，基本不可能。在從實驗室到市場的推廣過程中，安俊明團隊遇到了各種各樣的困難，比如，半導體器件研發、生產需要大量資金投入；從實驗室出來的科研成果到大批量生產之間尚有很大距離，科研人員更善于做樣品，對生產線上的事情不在行；企業產業化需要低成本、高可靠性、高成品率；等我們芯片做出來，屬于市場后入者，推廣難度很大，等等。
為此，安俊明課題組與合作企業共同努力磨合，深刻理解作為芯片產品所具有的基本要素后，最終實現了AWG芯片的研發及產業化。“我們雙方不僅實現了產品性能優異，也實現了產業化所要求的高良率、低成本，使得自主研發的AWG芯片在與國外芯片激烈競爭中占有一席之地。”安俊明說。
各方支持加速替代進口
合作以來，仕佳光子PLC光分路器兩大系列已有20余個種類由安俊明主持設計，這些產品累計實現銷售收入達數億元人民幣，促進了我國光纖到戶國家寬帶戰略核心芯片的國產化，為國家寬帶建設節約了上億美元外匯。
2018年7月，安俊明課題組的AWG芯片產業化項目入選中科院弘光專項，在研究所和中科院的支持下，加快了AWG芯片產業化進程。
由于中科院和半導體所的支持，以及研究團隊和仕佳光子技術團隊的共同努力，我國AWG芯片實現了從設計到工藝及產業化自主可控。安俊明對發展現狀基本滿意，談及未來他表示，行業內和產業界關注得比較多的是下一代無線網絡，千兆入戶技術，因此需要進一步加快國產芯片替代進口芯片的進度，加快在下一代無線網絡、千兆入戶等高端AWG芯片的研發和產業化。
安俊明課題組和仕佳光子技術團隊已與運營商標準研究院和國際互聯網領軍企業開展深入密切合作，在網絡系統方案制定階段，就切入核心AWG芯片的需求對接及產品研發，使高端AWG芯片產品可以在5G網絡、超級數據中心中得到應用，有望從并跑向領跑邁進。
摘自《中國科學報》
