觀點投書:不能小看的武漢華為研發中心

2020-12-13 05:40

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武漢華為光工廠。(作者提供)

武漢華為光工廠。(作者提供)

武漢華為光工廠是華為在中國中部地區最大的研發及生產基地,重點聚焦光能力中心及智能終端研發中心等前沿 (Front Position,泛指競爭的第一線) 科技的重鎮。總體工程由J&A杰恩設計 (亞洲規模最大的室內設計公司之一,美國Interior Design評論為 2019年全球設計巨頭綜合排行榜第25名),中建八局建造,已完成封頂工序,總建築面積20.89萬平方米 (63200坪),可容納研究人員萬人,也是華為第一個芯片 (Chip) 製造廠,包括設計、製造、封裝測試及投向消費市場完整的產業鍵。其建築群八座大樓涵蓋FAB無塵室製造廠房、CUB中央公用及動力站廠房、RMD硬體工廠及其它配套措施…,廠址位於武漢東湖高新科技研發中心的光谷走廊。

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芯片 (或譯晶片) 指的是集成電路 (Integrated circuit, 或稱積體電路),例如手機、 面板、電腦所使用的CPU (Central Processing Unit,中央處理器)、GPU (Graphics Processing Unit,顯示處理器)、數字或模擬芯片等。而光芯片則指激光器 (Laser, Light Amplification by the Simulated Emission of Radiation,或音譯為雷射) 芯片,這是光器件的核心元件,基於受激輻射原理,主要用於光電信號的轉換,雖然光芯片 (Photon Chip) 不使用於手機、面板、電腦等終端產品,但其重要性則相同,中國在光模塊 (Optical Module) 封裝企業的發展固然迅速,但對光模塊核心的光芯片,仍部分高度依賴國外供給。華為早在2017年即向英國申請設立研發和生產中心,以作為華為光電業務的全球總部,之所以選址英國劍橋 (已購地33萬平方米),即因西方國家總懷疑中國製造的芯片藏有後窗,會偷竊機密資料,歐洲光芯片技領全球,設於此接受英國監督,以利銷售各國,直到2020年6月才被核准該中心之建造,為爭取先機,華為已另提前部署於武漢光谷,華為在國內外已廣設研發中心達40~50座。  

與半導體芯片相比,光電芯片以超微透鏡取代晶體管,以光信號代替電信號進行運算,光電信號不必改變計算機二進位的原理,但更能實現極高的運算頻率,有效地彌補了電子芯片在數據處理能力和高速而穩定運行方面的短板,光通信的核心就在光芯片,以光子取代電子進行信息的處理與數據的傳送,光子雖較電子更難掌控,但對信息的處理和運送更快、更準確及更安全,其關鍵就在奈米級的高度集成芯片上實現。

武漢華為光工廠。(作者提供)
武漢華為光工廠。(作者提供)

光芯片廣泛用於光通信 (Optical Communication) 以達成電信號和光信號之間的轉換,光芯片一般採用InP (磷化銦) / GaAs (砷化鎵) / InGaAsP (磷砷化鎵銦) 等 III-V 族發光材料製作而成,其中的矽光子芯片是矽和其它III-V族發光材料 (如III-V族氮化半導體) 混和集成,其基本原理是在給磷化銦施加電壓的時候,產生持續的激光 (雷射光) 束,進而驅動其它矽光子器件,矽基芯片被認為是深具潛力的下一代芯片。光通信器件可分為光信號的產生、調製 (Modulation)、傳輸、處理、探測 (Detection) 等五大類,光收發模塊起光電轉換的作用,在信息流中對應著光信號的產生、調製與探測,光纖光纜負責光信號的傳輸,光分路器和光放大器進行信號的處理。光芯片是組成光模塊的基本關鍵元件,而光模塊是光通信系統的核心組件,故光芯片的性能主宰整個光通信系統的功能,尤其是有光源芯片更是技術中最首要的元件。光通信系統主要由光發射器 (Transmitter)、光纖光纜、中繼 (Repeater) 與光接受機器 (Receiver) 等基本構件組成,其發射端由光發射器的光源通過調製器 (Modulator) 將電信號轉變為光信號,光信號注入到光纖中傳輸;接受端由光接受器將光信號還原為電信號,此外,光通信的環節還包括一些互聯與光信號處理器件,如光連結器、隔離器、調整器、濾波器、光開關、路由器、ADM分叉復用器等。  

光通信優點在於容量大、傳輸距離遠、抗電磁干擾 (Electro Magnetic Interference)、傳輸損耗低及信號串擾 (Cross-talk) 小,是中國在高新科技領域接近世界先進水平的技術之一。從無線通信來看,6G / 10G 光模塊是4G基站和4G傳輸設備的的核心部位,隨著5G通信的進展,對高階光模塊的需求日益增加,100G以上的光模塊將成為主流,相比於貫常的電子芯片,光子芯片在性能瓶頸上可實現更大突破,隨著光芯片的成熟及其封裝測試的成本降低,光子芯片將從服務器、巨大數據中心、超級電腦等大型設備,逐步進入機器人、PC、手機等小型移動設備,應用場景將獲得極大的拓展。

以往中國在光芯片研發製備的能力受限制,以致模塊整件整體的競爭力較薄弱,占全球的分額尚不足10%,且集中在10G、2.5G 以下的低端產品,在10G以上的有光源器件和100G 光模塊的高端領域,如今逐漸有了突破,華為海思在光通信芯片的發展領先國內,已掌握了100G 光模塊芯片的技術,希望能擺脫依賴國外供給的窘迫與困境。 此外,華為上海研發中心於今年9月底於上海青浦區開工,將投入積體電路、軟體和資訊服務業、物聯網、車聯網、工業網際網路、智慧城市應用等,加強技術研發,並在示範應用、融合創新等方面合作,該中心定性為華為全球創新基地,占地24萬平方米,被視為突破美方晶片禁令的利器。

*作者為工程專業經理人

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