以ADC芯片為例,在核技術研究等領域,為獲得充分的物理信息,對儀器中ADC芯片采樣率和垂直分辨率指標都有極高的要求。目前,相關規格的高速高精度ADC芯片,基本被ADI和TI這兩家美企壟斷,而其頂級產品,也均被列為兩用物品受到出口管制,國內很難獲取。
而更為外界熟悉的FPGA芯片,瓦森納協議等機制也按其管腳數、傳輸速率進行了限制。作為邏輯器件,FPGA芯片的性能不僅由設計決定,更與生產工藝相關,更先進的制程帶來更低的閾值電壓和功耗、更快的運行速度,目前AMD(賽靈思)UltraScale等高端FPGA制程已演進至16乃至7納米水平,而國內由于眾所周知的限制,國產FPGA在相當長時間內恐怕將很難獲得相關先進制程支持。
(優利德與迅芯微達成戰略合作,共筑國產高端測試測量產業生態)
高端ADC、FPGA芯片受限,反過來對半導體領域也有直接影響。例如不少“專家”大談特談所謂Chiplet技術可“彎道超車”,繞開美國對先進制程技術封鎖,殊不知2.5D/3D堆疊往往涉及裸片間超高速互連通信,相關接口IP由于瓦森納協議對高性能示波器及分析軟件的禁運,國內同樣很難進行開發,而示波器的核心元件,正是高速高精度ADC芯片和高傳輸速率的FPGA芯片。
FPGA這條賽道在國內已堪稱“顯學”,相比之下,高端ADC芯片則仍顯冷清,不少院??此艫DC芯片研究論文不斷,細加辨析往往是用“師兄留下的方案”修修補補,仿真跑出個別不錯的指標交差,方案再傳承給下一屆師弟,成果的“成色”可想而知。772所等機構的產品則面向航天軍工等小批量科研生產的特殊領域,難以進入公開市場。
目前,盡管也有一些海外人才歸國創辦企業,從事高性能ADC芯片開發,但作為模擬芯片中極為考校手藝積累的“硬骨頭”,現有產品性能與ADI等大廠還有不小的距離。除了設計能力,在產品流片環節,雖然不需要先進制程支持,但臺積電等海外廠商對此類敏感產品審核極其嚴苛,而國內55-28納米代工產能盡管漸具規模,適應高性能模數混合芯片需求的工藝庫仍然尚待完善。
有鑒于當前迫切的應用需求,高端ADC或可成為半導體產業助力儀器設備自立自強的關鍵切入點,而在實踐模式上,借鑒核高基專項突破高端DSP的寶貴經驗,鼓勵科研機構、高校同企業開展聯合攻關無疑是一條極具可行性的道路。
而著眼更長期的基礎能力保障,在相關領域打造跨越學術、工業界壁壘的新型科研平臺也有待破題,建立一個能真正聚攏人才,保障其專注研究心無旁騖的平臺,或許比具體的一兩個項目成功更具意義。
結語
著眼當前與長遠需要,我國儀器設備領域進一步強化自主可控已刻不容緩,正如我國儀器界泰斗王大珩院士所言:“儀器儀表往往被看做科研和工業生產的‘配角’,然而它早已成為我國科技發展和提升工業產品質量的核心組成部分,作用舉足輕重。事實證明,中國科技實力與經濟發展的‘咽喉’,部分地被卡在儀器儀表這一關上。”
(同惠電子:多項電子測量儀器新品達領先水平,積極進行國產替代)
對儀器設備而言,半導體在一眾支撐性能力中具有非同尋常的關鍵性意義,我國半導體產業,也必將在儀器設備自立自強的進程中獲得廣闊的發揮舞臺。