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强工业“基” 造中国“芯”

  • 时间:2018-08-06
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信息时代,是芯片的时代。不掌握芯片的核心研发和制造技术,我国的信息化发展将永远受制于人,中国工业的产业升级更无从谈起。2017年,KD系列网络交换芯片和Intewell工业互联网操作系统的诞生,让我们重新认识了北京东土科技这家本土化企业,他们所提倡的芯片级自主可控、操作系统级自主可控、协议自主可控以及产品级的自主可控,让陷入转型困境的中国制造眼前一亮。自此,中国企业在工业信息领域有了话语权,中国的工业和军事信息安全将摆脱以往“裸奔”的尴尬局面,东土科技开启的新一轮自主创新浪潮,必将为更多的中国民族品牌找到新的出路。

过去几十年,中国工业发展迅速,但大而不强也是一个不争的事实,并且成为了牵绊中国获得可持续发展的难题。究其原因,并非是因为设备不先进、软件不智能,而是没有意识到工业发展的立足之本——关键基础材料、关键基础工艺、核心基础元器件等等这些最基础部分的重要性。九层之台,起于垒土,根基稳,才是发展之本。

提升工业基础能力,是促进产业结构调整和转型升级,加快中国制造向高端发展的必然要求,更是实现中国制造2025的必经之路。而基础能力提升的关键,是创新,是自主研发。现如今我们已经进入了信息化时代,从前几年提倡的两化融合,到现如今提倡的工业互联网、大数据、互联网+,在信息化领域始终是国外品牌占据主导,尤其是传感器、芯片这种最核心、最基础的产品,自主品牌几乎没有发言权,“这种市场现状所带来的主要问题有两个:一是产品价格居高不下,二是信息安全危在旦夕。”北京东土科技股份有限公司(以下简称“东土科技”)高级总经理兼总工程师薛百华先生针对行业现状明确指出。

化解信息时代的尴尬

信息时代,其实就是芯片时代。芯片,集成电路的载体,是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,广泛应用于消费、信息通讯、军事等领域。芯片被称为电子产品的心脏,承担着运算和存储的功能,更被誉为国家的“工业粮食”。一个国家制造芯片的技术水平,在某种程度上代表了该国的信息技术水平。

我国是芯片需求第一大国,拉动全球1/3的芯片市场需求。而与此同时,有数据显示,我国国产芯片的自给率不足30%,集成电路产值也不足全球的7%,市场份额还不到10%。也就是说中国“芯”90%以上依赖进口,过去5年中,我国每年的芯片进口费用都保持在超过2000亿美元的水平。但未来随着我国信息产业的高速发展,国内相关行业对于芯片的需求量还会增多,这也意味着,中国芯片研发生产的缺口会不断变大。

2018年4月17日,美国商务部突然宣布,将在7年内全面禁止美国公司向中兴销售零部件、商品、软件和技术。这位全球第四大、中国第二大的通信设备制造商一下从云端跌落,能造出全球首款5G手机的中兴,却不具备其中关键技术以及核心部件尤其是芯片的研发制造能力,长期依赖于美国企业,这种严重的发展滞后现状为我们敲响了警钟。薛总回忆说,其实从2011年开始,东土科技就意识到了这种潜在的危机。“2011年,由于日本发生了地震,全球半导体业受到重创,那些年我们都是依赖进口,所以导致购买的芯片一度断货。后来我们被告知,芯片的供货期要达到16周,并且提价20%,最后没办法,也只能被迫接受。”

在经历了这一次沉痛的教训之后,东土科技从2013年开始,着手研发自主可控芯片。薛总表示:“唯有自主创新才能打破这种长期垄断、受制于人的尴尬局面。以前我们不会做电话机,但是当中国第一套万门程控电话交换机诞生,再到自主品牌覆盖了中国电信市场之后,国外交换机品牌在中国迅速失去了议价权。”我们现在所面临的局面似曾相识,只要下决心去攻克芯片这个难关,未来的信息化市场,我们就可以成为自己的主人。

与人们熟知的做芯片的中国企业不同,东土科技自主可控芯片研发的初衷是针对工业和军事领域。“很多知名的芯片研发企业面向的是民用市场,而我们的客户应用领域完全不同,都是工业和军事装备,所以设计的出发点有很大差异。”薛总介绍说,“比如电力领域追求的脉冲、防雷击,再比如军事领域在意的电磁辐射、频率特性等等。我们研发的芯片与民用芯片有着天然的区别。”

直到2017年,东土科技研发的国内首颗A级自主可控网络交换芯片KD系列诞生,它的出现让中国工业和军事芯片应用市场看到了希望,长期受制于人的窘境终于被打破。薛总介绍说,拿KD5660来说,这是中国唯一实现芯片设计、验证、流片、封装、测试在大陆完成的芯片,是完全自主可控、安全可信的全国产化工业通信芯片。KD5660集成高可靠缓存与大容量MAC表,并独特地集成了以太网时钟同步特性,每一款东土芯片系列产品都支持二层交换、三层路由、IPv4/IPv6单播与多播、防攻击、ACL与QoS特性。KD5660系列支持24个10/100/1000Mbps千兆端口(GE),最多支持 4个10-GbE万兆端口作为上联,以及1个GE千兆端口作为系统管理接口。

信息安全重于泰山

发生在2018年4月美国对中国的芯片禁售事件,其实并非是其第一次用核心技术制衡我们,早在20世纪90年代末,这种行动就已经开始了,比如禁止对华出口航天技术,以及用于航天等军事用途的元器件等等。曾经的天河2号也是因为常年霸占超算首位,在2015年4月9日被美国针对中国四家国家超级计算机中心禁售英特尔“至强”芯片。

所谓信息战争,就是芯片战争,没有芯片的国防,徒有其名。因此,现在信息化建设已经成为了我国军事建设的重中之重,而芯片作为信息技术的硬件基础,保障其自主可控是我国信息安全的必经之路,军工芯片国产化迫在眉睫。

军用芯片与民用芯片在产品特点、生产特点、侧重点、研发周期、价格方面都有很多不同,比如军用芯片的结构更复杂,需要专用定制化,且批量小;与民用芯片看重处理速度、多功能等特性不同的是,军用芯片更看重可靠性,看重是否能适应恶劣工况、是否耐用,以及是否能抗震、抗辐射、耐腐蚀,功耗低、重量小;军用芯片的研发周期较长,一般在3年以上,价格也是普通芯片的10倍左右。

检验军用芯片是否自主可控,有一条基本的标准,即信息安全不受制于人。“这一点对于军事应用来说显得尤为重要。”薛总明确表示。我军现役网络以太网交换机中的网络交换芯片很多仍采用国外产品,面对当前愈演愈烈的网络空间战,不仅存在“后门隐患”,还存在“被动升级”等问题。东土科技的交换机芯片KD5660就可以解决这些问题。KD5660整个生产过程全部在国内完成,通富微电做封装测试,中芯国际制造流片。与目前国际上最先进的、采用28nm工艺的交换机芯片不同,KD5660采用的是中芯国际40nm的工艺,具有64G的交换能力。预计2018年还将推出交换能力达到128G以上的芯片产品。打造自主可控芯片的完整产业链,将继续成为东土科技未来很长一段时间的工作重点。

将自主可控进行到底

东土科技凭借在工业通信领域向上层工业操作系统和底层交换芯片的积极拓展,近年来一直着力于打造工业互联网大格局,致力于网络化工业控制整体解决方案的研究实践,主要研究方向为工业以太网通信技术、基于IPV6的宽带实时现场总线技术、基于网络控制的现场控制器技术、基于云控制的工业服务器技术以及适应网络化控制的精密时钟技术、控制数据安全可信等技术。

“我们的发展基调不会改变,那就是要打破过去在工业互联网发展中受制于人的技术和产品,夯实我国智能制造发展的根基,打造自主可控的智能制造完整生产链。”薛总表示,制造领域是实现整个创新价值的关键,除了芯片级的自主可控,还有操作系统级的自主可控、协议自主可控以及产品级的自主可控。

为了打破国外品牌对现场总线的垄断,东土科技研发了自主可控实时Intebus宽带总线技术。在操作系统方面,东土科技布局的Intewell工业互联网操作系统/云平台已于2017年底举办的乌镇世界互联网大会期间发布。“中国工业互联网的发展是把这些缺失的部分打通,下一步构建硬件和软件的产业链,打造本土适用的、可靠性强、安全性强、效率高的智能制造产业链。”薛总表示道。

为此,东土科技走进了很多本土的制造企业,为他们量身定制自动化解决方案、智慧工厂模型。“我们用自主可控的技术和产品来支持本土企业走向智能制造。”薛总指出,东土科技解决方案的出发点有两个,一是提高产品品质、提升效率,二是降低人力成本、提升管理水平。“中国有太多的企业还处于低端制造水平,我们瞄准的就是这些典型的基础行业,帮助这些行业发展,会对社会经济和环境的整体发展大有裨益。”东土科技结合中国实际,解决本土问题,从最容易被忽视也是最关键的环节——检测开始,东土科技帮助这些低端制造企业建立标准、监控质量、采集数据,让效率和质量都得到了明显改善。

在这个过程中,薛总也深刻地体会到,中国制造要向智能化发展还有很长的路要走,观念的转变是重点。“在投入资金有限的情况下,很多企业会选择缩减设备的配置,买回来又实现不了预期。实际上,设备并不是智能制造的唯一条件,一定要想清楚自己的需求到底是什么,是设备之间的断点问题,还是工艺设置的问题,然后对症下药,不要单纯的追求智能化。”

当被问及创业时的梦想,薛总说,当初就是希望公司上市,这个梦想已经实现了。随着公司的不断发展,东土科技创业者们的目标也在不断修正,打造自主可控完整产业链是东土科技的近期规划,放眼未来,东土科技寄希望于与更多的中国本土品牌携手打造中国最强“芯”,用实力向世界证明中国制造的力量。

文/乔宇(电气时代杂志社)