以ADC芯片为例,在核技术研究等领域,为获得充分的物理信息,对仪器中ADC芯片采样率和垂直分辨率指标都有极高的要求。目前,相关规格的高速高精度ADC芯片,基本被ADI和TI这两家美企垄断,而其顶级产品,也均被列为两用物品受到出口管制,国内很难获取。
而更为外界熟悉的FPGA芯片,瓦森纳协议等机制也按其管脚数、传输速率进行了限制。作为逻辑器件,FPGA芯片的性能不仅由设计决定,更与生产工艺相关,更先进的制程带来更低的阈值电压和功耗、更快的运行速度,目前AMD(赛灵思)UltraScale等高端FPGA制程已演进至16乃至7纳米水平,而国内由于众所周知的限制,国产FPGA在相当长时间内恐怕将很难获得相关先进制程支持。
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高端ADC、FPGA芯片受限,反过来对半导体领域也有直接影响。例如不少“专家”大谈特谈所谓Chiplet技术可“弯道超车”,绕开美国对先进制程技术封锁,殊不知2.5D/3D堆叠往往涉及裸片间超高速互连通信,相关接口IP由于瓦森纳协议对高性能示波器及分析软件的禁运,国内同样很难进行开发,而示波器的核心元件,正是高速高精度ADC芯片和高传输速率的FPGA芯片。
FPGA这条赛道在国内已堪称“显学”,相比之下,高端ADC芯片则仍显冷清,不少院校看似ADC芯片研究论文不断,细加辨析往往是用“师兄留下的方案”修修补补,仿真跑出个别不错的指标交差,方案再传承给下一届师弟,成果的“成色”可想而知。772所等机构的产品则面向航天军工等小批量科研生产的特殊领域,难以进入公开市场。
目前,尽管也有一些海外人才归国创办企业,从事高性能ADC芯片开发,但作为模拟芯片中极为考校手艺积累的“硬骨头”,现有产品性能与ADI等大厂还有不小的距离。除了设计能力,在产品流片环节,虽然不需要先进制程支持,但台积电等海外厂商对此类敏感产品审核极其严苛,而国内55-28纳米代工产能尽管渐具规模,适应高性能模数混合芯片需求的工艺库仍然尚待完善。
有鉴于当前迫切的应用需求,高端ADC或可成为半导体产业助力仪器设备自立自强的关键切入点,而在实践模式上,借鉴核高基专项突破高端DSP的宝贵经验,鼓励科研机构、高校同企业开展联合攻关无疑是一条极具可行性的道路。
而着眼更长期的基础能力保障,在相关领域打造跨越学术、工业界壁垒的新型科研平台也有待破题,建立一个能真正聚拢人才,保障其专注研究心无旁骛的平台,或许比具体的一两个项目成功更具意义。
结语
着眼当前与长远需要,我国仪器设备领域进一步强化自主可控已刻不容缓,正如我国仪器界泰斗王大珩院士所言:“仪器仪表往往被看做科研和工业生产的‘配角’,然而它早已成为我国科技发展和提升工业产品质量的核心组成部分,作用举足轻重。事实证明,中国科技实力与经济发展的‘咽喉’,部分地被卡在仪器仪表这一关上。”
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对仪器设备而言,半导体在一众支撑性能力中具有非同寻常的关键性意义,我国半导体产业,也必将在仪器设备自立自强的进程中获得广阔的发挥舞台。