硅基二氧化硅阵列波导光栅（AWG）芯片产业化项目团队 “中国芯”有望领跑5G时代

　　安俊明

　　安俊明课题组和仕佳光子技术团队已与运营商标准研究院和国际互联网领军企业开展深入密切合作，在网络系统方案制定阶段，就切入核心AWG芯片的需求对接及产品研发，使高端AWG芯片产品可以在5G网络、超级数据中心中得到应用，有望从并跑向领跑迈进。

　　“一个快速反应、可靠保证的光网络，将对信息化应用起到强大的支撑作用，为我国制造业转型升级，向数字化、向智能化提升起到积极的促进作用。”近日，中国科学院半导体研究所研究员安俊明在接受《中国科学报》采访时表示。

　　目前，全球已进入5G规模商用的重要发展时期。安俊明正带领课题组对自主研发的5G前传循环型阵列波导光栅(AWG)芯片及模块进行优化和升级，安俊明透露：“我们的新产品已设计定型，进入产业化转移阶段。”

　　国产AWG芯片技术崛起

　　安俊明首先对AWG做了通俗易懂的解释，AWG可以将多路不同颜色(即不同波长)的光信号合成一路，或者将一路不同波长信息分开，通过每种颜色光加载不同的信息，实现单根光纤同时传输多路信号，最终在不增加光纤铺设的情况下大幅提升光纤网络的传输速率。

　　AWG主要应用于高速骨干网、城域网、高速数据中心及下一代无线网络信息传输领域。一直以来，全球AWG芯片市场主要被欧美、日韩企业占领，当记者问及“为什么国产AWG芯片发展缓慢，是什么原因造成的”，安俊明的回答是：“AWG产业化需要大量资金、高素质专业人才队伍和比较长的周期。”

　　前期，国家在AWG芯片相关的研发上投入了较多的经费，相关科研单位在技术上有一定的积累。但安俊明指出：“AWG芯片产业化需要上亿元的资金投入、国家对于产业化资金投入较少，科研单位也没有能力筹集产业化资金，而一般中小型企业盈利能力有限，无法承担相应的投资风险，只能从事下游封装业务，购买国外芯片。另外，专业人才队伍大多集中在科研单位，投资者对AWG芯片漫长的投资回收周期缺乏耐心，从而导致国产AWG芯片发展缓慢。”

　　20世纪90年代末，安俊明课题组便开始从事硅基光波导AWG材料及器件的研究工作，先后承担并完成了国家“863”“973”重点研发计划，以及国家自然科学基金等多项重大科研项目的研究工作，团队积累了大量芯片设计与加工的经验与数据。

　　在研发过程中，安俊明课题组面临着材料生长、波导结构设计、应力消除等难点问题，团队通过分工合作，深入开展了硅基二氧化硅光波导器件产业化技术的研究与开发，系统解决了大规模复杂集成波导模式平滑转换，低应力波导掺杂生长机制等问题，实现硅基二氧化硅阵列波导光栅的设计、制造等关键技术突破。

　　当前，安俊明课题组研发的AWG芯片已完成设计及关键技术研发，并进入产业化批量生产、销售阶段。

　　选择产业化合作对象

　　2010年起，一家来自河南鹤壁的企业——河南仕佳光子科技有限公司(以下简称仕佳光子，现已变更为河南仕佳光子科技股份有限公司)频频找到安俊明课题组，希望寻求合作。安俊明回忆道，“当时仕佳光子负责人的诚意打动了我们。自从跟我们课题组对接上后，这家企业的负责人每月至少专门跑两趟北京，同时每个月接我们的团队到郑州或鹤壁参观洽谈，前前后后坚持了整整一年。”

　　最终双方达成一致，安俊明课题组的技术成果正式落户鹤壁。“最初合作的是国家宽带战略、光纤到户PLC(平面光波回路)光分路器芯片。”安俊明告诉记者，“该系列芯片已广泛应用于我国光纤到户的建设，实现了我国宽带接入网核心PLC光分路器芯片的国产化。”

　　芯片是个长周期、大投入的产品，三五年之内想实现盈利，基本不可能。在从实验室到市场的推广过程中，安俊明团队遇到了各种各样的困难，比如，半导体器件研发、生产需要大量资金投入;从实验室出来的科研成果到大批量生产之间尚有很大距离，科研人员更善于做样品，对生产线上的事情不在行;企业产业化需要低成本、高可靠性、高成品率;等我们芯片做出来，属于市场后入者，推广难度很大，等等。

　　为此，安俊明课题组与合作企业共同努力磨合，深刻理解作为芯片产品所具有的基本要素后，最终实现了AWG芯片的研发及产业化。“我们双方不仅实现了产品性能优异，也实现了产业化所要求的高良率、低成本，使得自主研发的AWG芯片在与国外芯片激烈竞争中占有一席之地。”安俊明说。

　　各方支持加速替代进口

　　合作以来，仕佳光子PLC光分路器两大系列已有20余个种类由安俊明主持设计，这些产品累计实现销售收入达数亿元人民币，促进了我国光纤到户国家宽带战略核心芯片的国产化，为国家宽带建设节约了上亿美元外汇。

　　2018年7月，安俊明课题组的AWG芯片产业化项目入选中科院弘光专项，在研究所和中科院的支持下，加快了AWG芯片产业化进程。

　　由于中科院和半导体所的支持，以及研究团队和仕佳光子技术团队的共同努力，我国AWG芯片实现了从设计到工艺及产业化自主可控。安俊明对发展现状基本满意，谈及未来他表示，行业内和产业界关注得比较多的是下一代无线网络，千兆入户技术，因此需要进一步加快国产芯片替代进口芯片的进度，加快在下一代无线网络、千兆入户等高端AWG芯片的研发和产业化。

　　安俊明课题组和仕佳光子技术团队已与运营商标准研究院和国际互联网领军企业开展深入密切合作，在网络系统方案制定阶段，就切入核心AWG芯片的需求对接及产品研发，使高端AWG芯片产品可以在5G网络、超级数据中心中得到应用，有望从并跑向领跑迈进。

（文/科学网）