全球芯片风起云涌 中国应该这么干！

目前，lntel在高端服务器处理器芯片的市场占有率已经高达99%，其X86架构加上微软的软件生态，已经处于绝对垄断的地位。但是，近年在云计算、大数据和人工智能推动下，服务器市场需求强劲。全球又掀起了一股高端服务器处理器芯片竞争热潮，这其中主要有AMD最新的Zen处理器芯片和ARM引领的精简指令集架构。

Zen架构的“突破性性能”可以匹敌英特尔速度最快的10纳米Broadwell-E处理器，其产品系列包括基于Zen架构的8核(16线程）的Summit Ridge台式机处理器芯片以及32核(64线程)的Naples服务器处理器芯片。

ARM服务器芯片生态链上的企业则主要有Marvell(收购Cavium获得的ARM服务器芯片业务)、Ampere和中国的华芯通等。其中， Ampere为了构建软件生态系统，在工具端、B0S/BMC和操作系统上积极与Java等领先厂商合作开发，旨在帮助客户解决迁移到云端的问题。

我国的贵州华芯通半导体技术有限公司也于今年正式发布其ARM架构的48核的服务器芯片-昇龙(StarDragon)。昇龙处理器嵌入了符合中国“商用密码算法”标准的自主硏发的密码模块及软件解决方案。

由于Wintel生态过于强大，考虑到运行在云端的软件无须传承于任何传统企业，我们在高端服务器芯片上的突破应该从ARM、云计算和Linux生态入手，以保证足够的设计、创新和提升空间。

三、把发展下一代光子集成芯片(PIC)作为重中之重

2010年以来，光子集成技术进入了高速发展时期，国际上围绕光子集成技术部署了许多重大的研究计划，投入了大量的人力物力进行高端光子集成芯片的研发。

欧盟在“Horizon2020”计划更是集中部署了光子集成研究项目，旨在实现基于半导体材料或二维晶体材料的光电混合集成芯片。

2014年10月美国总统奧巴马宣布光子集成技术国家战略，联邦政府结合社会资本投入6.5亿美元打造光子集成芯片研发制备平台。

2015年，美国建立了“国家光子计划”产业联盟，明确将支持发展光子基础研究与早期应用研究计划开发，支持4大研究领域及3个应用能力技术开发，并提出了每一项可开发领域的机会和目标。

除了上述的高速集成相干光发射机和接收机，光子集成芯片技术还有两个更重要的分支：

一是集成微波光子(IMWP)芯片，主要应用于军事和民用无线电系统，如意大利的 PHODIR(基于光子学的全数字雷达)、俄罗斯的基于微波光子学的有源相控阵雷达系统 ROFAR、欧洲的GAA(下一代SAR的光子前端)和 HAMLET计划等；二是数字光子芯片，如光学DSP、光子计算芯片和光子AI芯片等。

总体来讲，我国光子集成技术还处于起步阶段，制约我国光子集成技术发展的突出问题包括学科和研究碎片化，人才匮乏，缺乏系统架构研究与设计，工艺设备的研发实力薄弱，缺乏标准化和规范化的光子集成技术工艺平台，以及芯片封装和测试分析技术落后等。幸运的是，该领域尚未形成垄断和巨头，如果超前布局，精心组织和重点投入，我们仍有赶超的机会和时间窗。

(1) 集成微波光子(IMWP)芯片

无线技术平台经过数十年从数字无线电到软件无线电的演进，目前下一代无线技术平台正在呼之欲出。未来全球电信网络以及雷达、通信和航天工业中新兴的大规模应用都将需要全新的技术来解决当前电子技术对于大容量和超宽带连接的限制。鉴于集成微波光子芯片具有更高的精度、更大的带宽、更强的灵活性和抗干扰能力，因此被认为是具有竞争力的下一代无线技术平台。

俄罗斯甚至称有可能彻底放弃微波电子学，转而专攻微波光子学。目前在俄罗斯大约有850家公司参与微波光子学的研究和开发。

此外，欧盟也正联合开发新型全光子28GHz毫米波mMIMO收发信机芯片，并将于2018年底推出第一个版本。参与该研发计划的公司和研究机构有LioniX、Solvates、SATRAX、Linkra、Fraunhofer HHI和NTU的ICCS，并通过异构集成，结合了PolyBoard和TriPleX两个工艺平台的优势。

在集成微波光子芯片领域，我国仍处于基础研究阶段，不久前刚结束的国家973计划项目“面向宽带泛在接入的微波光子器件与集成系统基础研究”重点针对微波光子相互作用下的高带宽转换机理、高精细调控方法和高灵活协同机制等3个科学问题，在微波光子作用机理、关键器件与原型系统方面取得了重要突破，为未来发展提供了相应的理论与技术支撑。项目团队研制了覆盖L/S/Ku/Ka波段的灵活可变的微波光子柔性卫星转发器样机，以及构建了分布式大动态可协同的智能光载无线(I-RoF)原型系统与研究平台。

该项目所取得的“宽带集成、稳相传输和多频重构”等创新成果在嫦娥三号Ⅹ波段信标信号采集、北斗导航高轨卫星的轨道监测和微波光子柔性卫星转发器等国家重大工程中得到验证和技术应用。

集成微波光子芯片主要在光学域上实现射频信号的处理，其功能可以覆盖无线系统的整个射频信号链，包括滤波、IQ调制、UC/DC(上转换/下转换)、频率合成器、AWG(任意波形生成)和光子ADC/光子DAC等。

随着集成相干光学、集成微波光子学、超大规模光子集成电路、光学频率梳、光子ADC和光子数字信号处理技术的发展，集成微波光子芯片甚至可以发展到大规模ASPIC或PSoC(光子专用集成电路)，并可能在未来5-10年内颠覆整个RF技术生态，使真正的光子定义无线电( Photonics Defined Radio， PDR)系统成为可能。

在规划和发展路径上，我们可以首先面向国防、航天、5G/B5G和6G移动通信的需求，从单片或单功能集成开始，提升设计和工艺水平，逐步发展大规模集成微波光子芯片。

(2) 高性能光子计算芯片和光子AI芯片

光子计算被认为是突破摩尔定律的有效途径之一，且更适合线性计算。光子器件的开关速度比电子器件更快，而且光波具有不同的波长、频率、偏振态和相位信息，可以用来代表不同的数据，因而光子计算具有内禀的高维度的并行计算特性。光子计算超强的线性计算能力有望成为未来高性能计算的“圣杯”。

（编辑：威海站长网）

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