“一個快速反應(yīng)、可靠保證的光網(wǎng)絡(luò)，將對信息化應(yīng)用起到強大的支撐作用，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，向數(shù)字化、向智能化提升起到積極的促進作用?！苯眨袊茖W(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員安俊明在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示。
目前，全球已進入5G規(guī)模商用的重要發(fā)展時期。安俊明正帶領(lǐng)課題組對自主研發(fā)的5G前傳循環(huán)型陣列波導(dǎo)光柵（AWG）芯片及模塊進行優(yōu)化和升級，安俊明透露：“我們的新產(chǎn)品已設(shè)計定型，進入產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移階段。”
國產(chǎn)AWG芯片技術(shù)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(xiàn)單根光纖同時傳輸多路信號，最終在不增加光纖鋪設(shè)的情況下大幅提升光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。
AWG主要應(yīng)用于高速骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)中心及下一代無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸領(lǐng)域。一直以來，全球AWG芯片市場主要被歐美、日韓企業(yè)占領(lǐng)，當(dāng)記者問及“為什么國產(chǎn)AWG芯片發(fā)展緩慢，是什么原因造成的”，安俊明的回答是：“AWG產(chǎn)業(yè)化需要大量資金、高素質(zhì)專業(yè)人才隊伍和比較長的周期。”
前期，國家在AWG芯片相關(guān)的研發(fā)上投入了較多的經(jīng)費，相關(guān)科研單位在技術(shù)上有一定的積累。但安俊明指出：“AWG芯片產(chǎn)業(yè)化需要上億元的資金投入、國家對于產(chǎn)業(yè)化資金投入較少，科研單位也沒有能力籌集產(chǎn)業(yè)化資金，而一般中小型企業(yè)盈利能力有限，無法承擔(dān)相應(yīng)的投資風(fēng)險，只能從事下游封裝業(yè)務(wù)，購買國外芯片。另外，專業(yè)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(dǎo)致國產(chǎn)AWG芯片發(fā)展緩慢?！?/p>
20世紀90年代末，安俊明課題組便開始從事硅基光波導(dǎo)AWG材料及器件的研究工作，先后承擔(dān)并完成了國家“863”“973”重點研發(fā)計劃，以及國家自然科學(xué)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(shè)計與加工的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)。
在研發(fā)過程中，安俊明課題組面臨著材料生長、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)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(dǎo)器件產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究與開發(fā)，系統(tǒng)解決了大規(guī)模復(fù)雜集成波導(dǎo)模式平滑轉(zhuǎn)換，低應(yīng)力波導(dǎo)摻雜生長機制等問題，實現(xiàn)硅基二氧化硅陣列波導(dǎo)光柵的設(shè)計、制造等關(guān)鍵技術(shù)突破。
當(dāng)前，安俊明課題組研發(fā)的AWG芯片已完成設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，并進入產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)、銷售階段。
選擇產(chǎn)業(yè)化合作對象
2010年起，一家來自河南鶴壁的企業(yè)——河南仕佳光子科技有限公司（以下簡稱仕佳光子，現(xiàn)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(dāng)時仕佳光子負責(zé)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(yè)的負責(zé)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(shù)成果正式落戶鶴壁。“最初合作的是國家寬帶戰(zhàn)略、光纖到戶PLC（平面光波回路）光分路器芯片?！卑部∶鞲嬖V記者，“該系列芯片已廣泛應(yīng)用于我國光纖到戶的建設(shè)，實現(xiàn)了我國寬帶接入網(wǎng)核心PLC光分路器芯片的國產(chǎn)化?！?/p>
芯片是個長周期、大投入的產(chǎn)品，三五年之內(nèi)想實現(xiàn)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(dǎo)體器件研發(fā)、生產(chǎn)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(chǎn)之間尚有很大距離，科研人員更善于做樣品，對生產(chǎn)線上的事情不在行；企業(yè)產(chǎn)業(yè)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(yè)共同努力磨合，深刻理解作為芯片產(chǎn)品所具有的基本要素后，最終實現(xiàn)了AWG芯片的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化?！拔覀冸p方不僅實現(xiàn)了產(chǎn)品性能優(yōu)異，也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化所要求的高良率、低成本，使得自主研發(fā)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(shè)計，這些產(chǎn)品累計實現(xiàn)銷售收入達數(shù)億元人民幣，促進了我國光纖到戶國家寬帶戰(zhàn)略核心芯片的國產(chǎn)化，為國家寬帶建設(shè)節(jié)約了上億美元外匯。
2018年7月，安俊明課題組的AWG芯片產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)化進程。
由于中科院和半導(dǎo)體所的支持，以及研究團隊和仕佳光子技術(shù)團隊的共同努力，我國AWG芯片實現(xiàn)了從設(shè)計到工藝及產(chǎn)業(yè)化自主可控。安俊明對發(fā)展現(xiàn)狀基本滿意，談及未來他表示，行業(yè)內(nèi)和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注得比較多的是下一代無線網(wǎng)絡(luò)，千兆入戶技術(shù)，因此需要進一步加快國產(chǎn)芯片替代進口芯片的進度，加快在下一代無線網(wǎng)絡(luò)、千兆入戶等高端AWG芯片的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
安俊明課題組和仕佳光子技術(shù)團隊已與運營商標準研究院和國際互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)軍企業(yè)開展深入密切合作，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案制定階段，就切入核心AWG芯片的需求對接及產(chǎn)品研發(fā)，使高端AWG芯片產(chǎn)品可以在5G網(wǎng)絡(luò)、超級數(shù)據(jù)中心中得到應(yīng)用，有望從并跑向領(lǐng)跑邁進。
摘自《中國科學(xué)報》
