“相较于电子芯片，光子芯片和量子科技，可能是中国争取弯道超车的机会。”
上海交大无锡光子芯片研究院(CHIPX)院长金贤敏在10月中旬举办的2024“网眼看无锡”主题采访活动中对澎湃新闻记者表示，光子芯片作为信息新载体，是大算力能源消耗可控下，真正推动AGI的一种可能的办法。
上海交大无锡光子芯片研究院。受访者供图
作为顶级研发机构中试线，上海交大无锡光子芯片研究院签约落地无锡滨湖区以来就备受关注。今年9月25日，由其建设的国内首条光子芯片中试线正式启用。这标志着光子芯片正式步入产业化快车道，将突破原有的计算范式限制，为大规模智算带来新的想象空间。
无锡，这座温婉如水的江南城市，在产业发展上，有点“硬”。
2023年，无锡“465”现代产业集群实现规上营收1.99万亿元，同比增长7.7%，增速高于全市规上工业6个百分点；超2000亿元规模的集群达6个，比上年增加4个，国家级专精特新“小巨人”累计达到232家，位居全省第二。“中国企业500强”等四张榜单入围企业数，无锡连续多年保持全省第一。科技进步贡献率实现全省“十一连冠”，人均GDP连续四年保持全国大中城市首位。在4个地标产业集群和6个优势产业集群之外，低空、人形机器人等“5+X”个未来产业成为万亿之城无锡续写未来的新支点。
无锡，还在蓬勃生长。此次主题活动邀请了10余家全国全省网络媒体、10余家全国财经类自媒体，走进上海交大无锡光子芯片研究院、芯动半导体、日联科技、巨蟹智能等无锡产业发展前沿阵地，了解无锡的产业发展情况。
作为网上传播的品牌项目，近年来，“网眼看无锡”活动内涵不断丰富，无锡市委网信办通过组织网络媒体看无锡、网络名人看无锡、网络达人看无锡等系列子活动，记录无锡的发展变迁，描绘无锡图景。
芯片由“电”到“光”的转换
“作为国内第一条光子芯片中试线，不仅要能够驱动科研，更要驱动从科研到产品，实现量产。这是这条线的使命。”
金贤敏介绍，未来大模型的基础是能源，电芯片的能耗算力目前来看不足。“如果人类的AGI发展到后期，可能需要6倍的地球资源。靠电芯片推动人工智能的发展或第四次工业革命智能化，恐怕是困难的。这也是光子芯片发展的背景。”与电子芯片要求极限制程不同，光子芯片本身对制程要求不那么高，因此能源消耗较小，但对工艺参数、设计机理提出了很高的要求。
上世纪70年代，台积电的前身——台湾工研院创立之后，从美国引进半导体产业。1987年，台积电成立，开风气之先，启动了台湾半导体产业的代工模式。围绕电子芯片上下游，走出了台积电及系列相关企业。
借鉴台湾工研院的经验，金贤敏团队围绕光子芯片领域，打造中试线平台，支持教授研发、创业。
光子芯片中试线-薄膜沉积间。受访者供图
2010年，金贤敏从时任中国科技大学物理学教授潘建伟门下博士毕业，加入英国牛津大学团队攻读博士后，导师为牛津大学副校长、量子光学和超快光物理专家Ian Walmsley。当时，量子计算芯片化、集成化的发展趋势才刚开始，金贤敏所在的团队是国际上最早开展光量子芯片研究的两个团队之一。
2014年11月，金贤敏回国进入上海交通大学，组建了光子集成与量子信息实验室。在校方的支持下，用了4年时间把技术进一步推向极限。2018年，金贤敏制备出世界最大规模三维集成光量子计算集成芯片，并演示了真正空间二维量子行走，此项成果发表在《科学-进展》上，并被评为2018年十大光学产业技术。同年，金贤敏制备出了首个轨道角动量波导光子芯片。2021年2月，国内光量子芯片及光量子计算的先行者图灵量子宣告成立，创始人即为金贤敏。
2021年12月，在无锡市与上海交大深化全面合作的框架下，光子芯片研究院正式成立。今年1月，光子芯片中试线首批设备入场。目前，中试线已完成百级超洁净空间、抗干扰独立地基、小试线等配套的建设。未来以研究院为创新策源地，建设核心技术和产业形态聚焦的“光子芯谷”，打造以光子芯片底层技术为驱动，面向量子计算、人工智能、光通信、激光雷达、成像与显示、智能传感的新一代光子科技产业集群。
无锡北倚长江、南滨太湖，悠久而璀璨的人文历史构成了这座城市的诗意。在中国近代民族工商业发展史上，无锡也曾书写下浓墨重彩的一笔。19世纪末至20世纪上半叶，棉纺织业、面粉业、缫丝业等工商业的蓬勃发展，使一大批闻名历史的锡商在这片土地上相继崛起。
如今，无锡以占全国万分之五的土地、千分之五的人口，创造了1.22%的经济总量。规上工业总产值继2016年、2021年分别突破1.5万亿和2万亿后，2023年迈上2.5万亿元台阶。
目前，无锡是全国唯一拥有集成电路全产业链的地级市，从原材料到设计、制造、封测，环环相扣，封测环节优势尤为突出。集聚的企业近千家，拥有以卓胜微、中科芯、长电科技、盛合晶微等为代表的一批“航母级”企业。2023年，无锡集成电路规上产业产值达2400亿元，全国城市排名第2。设计、制造、封测“核心三业”规模约占全省一半、全国八分之一，分居全国城市第5位、第3位、第1位。
肥沃的创新创业土壤，丰厚的集成电路产业基础，为光子芯片研究院的落地及发展提供了条件。
发力第三代半导体
近年来，“两圈两链”成为无锡集成电路产业的布局重点，即围绕信创芯片生态圈、车规级芯片创新圈、高端功率半导体产业链、第三代半导体芯片产业链重点发力。
“作为第三代半导体材料，碳化硅相较于硅基材料，具有大禁带宽度、高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率、高抗辐射等特点，适合制造高温、高压、高频、大功率的器件，性能优于第一第二代。”芯动半导体总经理姜佳佳告诉澎湃新闻记者，功率器件是新能源汽车的核心零部件，占电机控制器价值量约30%—50%。
2022年11月，作为长城汽车森林生态体系的一员，芯动半导体成立于无锡，旨在开发碳化硅 (SiC)功率半导体模块和应用解决方案。
过去几年，碳化硅已成为一种颇具吸引力的半导体基础材料。随着电动汽车和新能源需求的持续增长，碳化硅下游市场需求旺盛。国产碳化硅正在从产业化向商业化加速迈进。从产业链来看，SiC产业链条较长，涉及衬底、外延、器件设计、器件制造和封测等一系列环节，各个环节的复杂程度高，专业性要求强，同时对技术和资本投入的要求也很高。
从工艺流程来看，以高纯度碳粉和硅粉混合，高温及高压下生长成碳化硅晶锭，再通过打磨、切割、抛光等步骤，制作成薄薄的衬底。过程会产生200余种晶体，从中提取所需的一种，需要对温度、压力及时间的精准控制。“晶锭的生长速度也比较慢，7天才能长2厘米。”
衬底的基础上，覆一层薄膜，通常使用化学气相沉积法，成为外延。将设计好的芯片结构，通过光刻、减薄、退火等工艺，加工成晶圆，切割后一片片芯片就制作完成了。目前，碳化硅MOS主要有平面和沟槽两种结构，国内应用主要以平面型为主，国际上已经发展到了沟槽型。
姜佳佳介绍，相较于传统硅基，碳化硅主要在光刻、减薄、激光退火等关键工艺上有更高的要求，并且需要在500摄氏度高温下进行离子注入。汽车里有上千个芯片，每款芯片都有其作用。新能源汽车电池的直流电输出后，通过功率芯片实现交流转换，直流变交流，带动电机运转。芯动半导体聚焦在封装和应用环节。“原材料很便宜，但工艺比较难。我们做车规级大功率模块封装，一个模块里有48个或36个芯片。”考虑到无锡半导体产业集聚，人才丰富，长城汽车将功率半导体环节布局无锡。
目前，无锡各区域板块正积极布局第三代半导体。
今年1月，总投资10.5亿元的连科第三代半导体设备研发制造及总部基地项目正式签约落户锡山。8月底，无锡高新区第三代半导体产业入选江苏省未来产业先行集聚发展试点，成为集成电路产业新赛道上的有力竞争者。拥有集成电路设计及制造产业资源的江阴市和滨湖区也积极向第三代半导体产业“升级”。
让制造更自动更智能
制造业高质量发展离不开检测。在集成电路等工业领域诸多的检测手段中，X射线影像检测是最直接、最直观、最精确的技术手段之一，是工业生产的安全“守护员”。X射线是一种波长很短的电磁波，人们利用其高穿透能力，洞察物品的内部结构，判断质量和可靠性。
在无锡，就有这样一家中国工业X射线领域的龙头企业——日联科技。
20世纪90年代，辞去教职下海的刘骏，在外资电子企业从工程师做到技术总监，其间经常与外国厂商打交道，购买X射线检测等设备。一路走来，他见证了中国制造业的发展，也发现检测设备清一色都来自进口。刘骏决定创业，制造“中国人自己的工业X射线机”。
2007年，日联科技首台X射线检测机被制造出来，但那时的日联科技，还只能算是系统集成商，核心的X射线源等还得外购。“一源难求”，国外厂商产能受限，产品价格高、交货期长。自2009年将总部迁到无锡起，日联科技埋头研发射线源。2020年，日联科技自研的微焦点X射线源实现量产，经国际知名检测机构比对测试，性能达到或优于进口产品水平。
如今，日联科技已跃居行业头部，多款X射线源实现100%国产化，成为全球为数不多的X射线源核心技术拥有者。
“微焦点X射线源相当于心脏，软件和算法相当于大脑。看似简单，生产一整套流程步骤分成一百多道工序。”日联科技相关技术负责人告诉澎湃新闻记者，与人们熟悉的二维X光片不同，日联科技的三维检测要从不同角度穿透被检测物体，后进行三维重建，生成三维模型和内部结构图像，再进行切层分析，识别缺陷、杂质和结构的异常程度。
日联科技的电子制造检测装备生产车间。受访者供图
“比如新能源电池中如果有褶皱出现，会增加电池发生内短路的风险，经过‘工业医生’检测后能大大提升良品率”。如今，日联科技的微焦点X射线源技术广泛应用在集成电路、新能源电池、航空航天等领域。
无锡正在焕新传统产业，壮大新兴产业，培育未来产业。
“海澜之家、红豆、阳光，做了很多创新，纺织业也可以把经济产值做得非常高，可以做到无人工厂。传统产业只要不断迭代焕新，同样可以生产出与时俱进的好产品。”无锡市工信局投资与技术改造处相关负责人介绍，无锡正鼓励轻工、纺织、化工、冶金、建材和机械等传统产业积极转型升级。
这一过程中，工业机器人等自动化生产、智能制造的“先遣军”发挥重要作用。
早年，巨蟹智能创始人赵伟读研究生时，跟随导师到工厂做自动化项目，发现当时的环境非常恶劣。那时人工智能也处于早期阶段，赵伟决定专注于机器人事业领域，致力于让人类生产生活更安全舒适。
从2006年开始创业，已积累近20年的行业经验。“之前做机器人整机，后来发现如果零部件不能自己做的话，受到很大的约束，所以开始转型做零部件。”赵伟表示，从面向高校的科研型机器人到减速机、驱动器等关键零部件，巨蟹智能形成了以谐波减速机为核心的工业场景解决方案。与此同时，也自主研发生产更为灵活、轻量小型化的人形机器人减速机。
“关节模组在行业里的应用，还算早期新兴阶段，头部格局还未形成，各家大显身手，每家都有机会。”赵伟告诉记者，未来2-3年人形机器人的普适性应用或产业的规模化爆发性应用，会在上肢双臂的协同作业上。工业领域大载荷搬运及商用领域送餐收纳等典型场景，以及高温高危生化医疗等特种行业，都可能应用双臂加视觉的协作。
产业发展，也是各方资源要素协作下的成果。无锡，小而美，小而精，“无锡方案”是做精细文章，在自己的产业基础之上，焕新传统产业，壮大新兴产业，培育未来产业。
各地都在抢抓机遇抢抓赛道，无锡因地制宜，在产业链上找适合自己的点位。通过专业园区、创新平台、高等级的人才团队、场景驱动、金融提升，发力自己擅长的领域。“产业发展，不是企业自己单打独斗，也不是政府大包大揽，要政产学研用全链条，协同管理，科学施策，最终才能够实现无锡产业的提档升级，保证产业的质量和竞争力。”上述负责人表示。
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