河北篇章 奋斗故事丨粗糙度直降10倍！国产第一台光通信芯片测试机里的“圣昊标准”

长城网·冀云客户端记者 李代姣 王守一 实习生 李东阳

“芯片载台有一项指标叫Ra，

通俗来讲就是粗糙度。

目前行业一般标准是0.2，

但我们要把这个数字控制在0.02以内。”

杨勇峰说，

以前，这种高精度的部件只能依靠进口，

现在，圣昊产品的精度就是行业标杆。

从0到1，

从0.2到0.02，

每一点微小的前进，

背后都是成百上千倍的努力。

进入电子信息行业7年来，

杨勇峰比任何人都清楚

自主创新对企业发展的意义。

河北圣昊光电的工程师正调试新生产的芯片测试机。长城网·冀云客户端记者 袁立朋 摄

杨勇峰是河北圣昊光电科技有限公司董事长，

2017年涉足光电子通信芯片生产，

那时，

我国还没有自己的芯片测试机。

“中国的第一台光通信芯片检测设备，

就是圣昊自主研发成功的。”

但这段令他骄傲的奋斗故事背后，

还有一段“卡脖子”的艰辛往事。

河北圣昊光电的技术人员在调试设备。长城网·冀云客户端记者 袁立朋 摄

芯片检测是芯片研发和制造的重要环节，

每一个芯片都需要经过检测，

才能走向市场。

2017年，

杨勇峰要为圣昊生产的芯片买一台测试机，

接洽的两家外国企业，

一家现场提价，无理毁约，

另一家，历时8个月也没能完成设备调试。

一边是始终无法正常运转的设备，

一边是迟迟不能兑现的客户订单，

实实在在被“卡”住了脖子，

杨勇峰进退两难。

核心技术握在别人手里，

发展就处处受限。

杨勇峰把心一横，

“既然别人能做，我们肯定也能做。

没有测试机，那就自己造一台！”

面向全球聘请专家，

科研团队很快组建起来。

但从无到有的创造，

每一步都困难重重。

杨勇峰展示测试载台。长城网·冀云客户端记者 王守一 摄

杨勇峰的手上拿着一个小巧的载台，

长度不足2厘米，

它是芯片测试机上的重要零件，

对精度要求非常高。

制作的时候，

要在300微米的空间打孔，

打孔直径105微米，

误差不超过2微米。

为了达到超高的精度要求，

团队进行了上万次实验，

废弃样品超过1千个，

历时1年多，

才制成了符合精度要求的芯片测试载台。

而这样的零部件，

1台测试机有上万个，

都必须一个个摸索研制出来，

那是科研团队必须翻越的，

一座又一座大山。

载台对精度要求非常高。长城网·冀云客户端记者 赵博轩 摄

就这样，

一年多的时间里，

技术人员啃下一个个“硬骨头”，

2020年，

第一台工业原型机研发成功并下线，

在中国市场上，

终于有了自主研发的国产光通信芯片测试机。

而且速度更快，价格更低，

为国内整个光通信芯片行业发展松了绑。

在生产车间，工程师们正在对芯片进行人工镜检。长城网·冀云客户端记者 袁立朋 摄

而第一个“吃螃蟹”的圣昊，

早已不满足于做国内的一枝独秀，

他们要跑到行业的最前沿。

芯片是一个精细的行业，

他们就把精度做到了极致。

以芯片载台为例，

目前行业内粗糙度的一般标准是0.2，

也就是说，

表面2个突起之间的距离不超过0.2微米，

相当于一根头发丝的三百分之一。

而圣昊要让这个标准降到0.02，

确保弯曲度最小，

从而使检测精准度更高，

无限接近芯片本身性能参数。

杨勇峰介绍企业自主研发的各类设备。长城网·冀云客户端记者 王守一 摄

从零起步，

7年攻克无数技术难关，

坚持创新打通了发展的任督二脉，

圣昊研发各类芯片检测机、划片机、裂片机，

总量已达35种，

打破光通信芯片领域关键设备技术垄断，

在行业内拥有了话语权。

利其器，善其事，

解决了设备“卡脖子”，

圣昊光电子材料和器件研发随之加快推进。

氮化镓光波导放大器、

大尺寸氮化铝单晶材料……

圣昊在半导体领域超前布局新技术，

储备未来竞争中的“撒手锏”。

杨勇峰说，

氮化镓光波导放大器将被应用在光纤传输中，

相比传统模块，

体积只有原来的十分之一，

成本则从几千元降到几十元，

热稳定性和抗辐射能力都极大增强，

目前全球没有同类产品。

大尺寸氮化铝单晶材料，

红光、蓝光、黄光全色彩方案基本成熟，

将带来LED显示方式的重大变革，

市场前景广阔。

工程师调试半导体芯片划片机。长城网·冀云客户端记者 袁立朋 摄

习近平总书记第10次视察河北时，

勉励科技工作者再接再厉、勇攀科技高峰，

不断攻克前沿技术，

杨勇峰和他的团队信心更足了。

他们明白，

核心技术握在自己手里，

未来赛道上，

才能一跃跑向最前沿。

创新，

不是一个环节的创新，

而是整个链条的创新。

杨勇峰说，

近几年，

不只圣昊，

河北整个电子信息行业都在快速发展。

技术人员打通一个个关键环节，

很多部门全力服务创新，

凝聚起推动创新的合力。

显微镜人工镜检工程师讨论技术问题。长城网·冀云客户端记者 袁立朋 摄

杨勇峰说，

从0到1，

每一次突破都凝聚了无数汗水。

从0.2到0.02，

每一小步前进，

都为电子信息产业发展，

铺稳又一级台阶。

光芯片再次突破！清华大学研制出“太极-II”光训练芯片：首创全前向智能光计算训练架构【附光芯片行业现状分析】

图片来源：摄图网

随着5G、云计算等技术的普及，对高速、高带宽通信的需求激增，推动了光芯片市场的快速增长。 国内企业在中低端光芯片领域已实现技术突破，但高端光芯片仍依赖进口。光芯片领域正加速创新，材料、工艺持续优化，以满足更复杂的通信需求。

日前，据清华大学官方消息，清华大学电子工程系方璐教授课题组、自动化系戴琼海院士课题组另辟蹊径，首创了全前向智能光计算训练架构，研制了“太极-II”光训练芯片，实现了光计算系统大规模神经网络的高效精准训练。 该研究成果以“光神经网络全前向训练”为题，于北京时间8月7日晚在线发表于《自然》期刊。

据清华大学官方介绍，近年间，具有高算力低功耗特性的智能光计算逐步登上了算力发展的舞台。通用智能光计算芯片“太极”首次将光计算从原理验证推向了大规模实验应用， 拥有160TOPS/W的系统级能效，但现有的光神经网络训练严重依赖GPU进行离线建模并且要求物理系统精准对齐。

据论文第一作者、电子系博士生薛智威介绍，在太极-II架构下，梯度下降中的反向传播化为了光学系统的前向传播，光学神经网络的训练利用数据-误差两次前向传播即可实现。两次前向传播具备天然的对齐特性，保障了物理梯度的精确计算。由于不需要进行反向传播，太极-II 架构不再依赖电计算进行离线的建模与训练，大规模神经网络的精准高效光训练终于得以实现。

太极-II的面世，继太极I芯片之后进一步揭示了智能光计算的巨大潜力。 在原理样片的基础上，研究团队正积极地向智能光芯片产业化迈进，在多种端侧智能系统上进行了应用部署。智能光计算平台将有望以更低的资源消耗和更小的边际成本，为人工智能大模型、通用人工智能、复杂智能系统的高速高能效计算开辟新路径。

回看光芯片行业发展情况：

——光芯片是光器件的核心零部件

光芯片主要用于光电信号转换，遵循“Chip-OSA-Transceiver”的封装顺序，激光器芯片(Chip)通过传统的TO封装或新兴的多模COB封装形式制成光模块(Transceiver)。在光通信系统中，常用的核心光芯片主要包括DFB、EML、VCSEL 三种类型，分别应用于不同传输距离和成本敏感度的应用场景。

光通信器件根据其物理形态的不同，一般可以分为：芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统这四大类，其中，光芯片为光器件(光有源器件和光无源器件)的重要组成部分，而光器件是光模块的重要组成部分。

光芯片的生产流程基本可以分为芯片设计、基板制造、磊晶成长和晶粒制造四个流程，可见其技术壁垒较高，其生产流程具体如下：

——光芯片成本在光器件中占比最高

光模块产品所需原材料主要为光器件、电路芯片、PCB以及结构件等。其中，光器件的成本占比最高，在73%左右。光器件主要由TOSA(以激光器为主的发射组件)、ROSA(以探测器为主的接收组件)、尾纤等组成，其中TOSA占到了光器件总成本的48%;ROSA占到了光器件总成本的32%。

光器件是光模块产品中成本最高的部分，而从芯片层面来看，光芯片又是TOSA与ROSA成本最高的部件，越高速率光模块光芯片成本越高。一般高端光模块中，光芯片的成本接近50%。

——光芯片研发情况

目前，我国高端光模块上游光芯片仍然受限于海外领先企业，以100Gb/s 10/40km光模块核心光芯片53G Baud为例，目前我国大部分头部企业仍在研发阶段，而以SEDI等为代表的国际领先厂家已经基本度过样品阶段实现了规模化量产。

前瞻产业研究院分析认为，从中国光芯片的发展趋势以及历年光芯片市场规模变化情况来看，未来五年中国光芯片产业仍将快速发展。 尽管低端光芯片市场竞争较为激烈，但行业前景较好，政策支持力度强，未来仍将有大量企业入局，随着光模块行业龙头效应愈加明显，我国高端光芯片国产替代率也将稳步提升。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国光芯片行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

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