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    2. 全球光電子生態(tài)尚未完全形成,院士專家熱議:我國(guó)有很大機(jī)會(huì)率先實(shí)現(xiàn)突破
      2022-08-23 09:54:00 來(lái)源: 長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)
        60%、50%、25%……
        這組數(shù)據(jù),分別是湖北光電器件在全國(guó)市場(chǎng)、激光設(shè)備在全國(guó)市場(chǎng)、光谷的光纖光纜在全球市場(chǎng)的占比。
        “湖北武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)在光電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域獨(dú)樹一幟”。從中國(guó)第一根光纖、第一個(gè)光通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),到首個(gè)400G硅光模塊、首臺(tái)10萬(wàn)瓦光纖激光器、首條柔性折疊顯示屏生產(chǎn)線……如今,光谷“光芯屏端網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)規(guī)模加速向萬(wàn)億級(jí)規(guī)模沖刺,成為我國(guó)參與全球光電子產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主力軍。
        光電子信息產(chǎn)業(yè)為何有望率先實(shí)現(xiàn)突破?作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),光電子信息產(chǎn)業(yè)還可以開辟哪些新領(lǐng)域、新賽道?近日,長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)云端會(huì)客廳圍繞相關(guān)問(wèn)題,邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士、武漢大學(xué)物理學(xué)院教授徐紅星,華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心特聘教授謝長(zhǎng)生兩位嘉賓做客直播間。
        中國(guó)科學(xué)院院士、武漢大學(xué)物理學(xué)院教授徐紅星(左一)和華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心特聘教授謝長(zhǎng)生(右一),聚焦光電子信息產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和前景,做客云端會(huì)客廳。
        上網(wǎng)速度“快不快”
        關(guān)鍵就是光纖通信
        華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心特聘教授、中國(guó)計(jì)算機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)信息存儲(chǔ)與安全專委會(huì)會(huì)長(zhǎng)謝長(zhǎng)生。
        長(zhǎng)江日?qǐng)?bào):如何理解光電子信息產(chǎn)業(yè)?這一產(chǎn)業(yè)是如何發(fā)展起來(lái)的?
        謝長(zhǎng)生:光電子信息產(chǎn)業(yè),在廣義上,就是一種既包括光子也包括電子的光電融合的產(chǎn)業(yè)。
        什么是光?光是一種普遍存在的物質(zhì)。對(duì)光的研究在2000多年前就開始了,墨子就曾研究過(guò)小孔成像的原理。因而光科學(xué)既是非常古老的學(xué)科,又是非常前沿的學(xué)科。從科學(xué)概念上,光具有波粒二象性,它既是電磁波的一個(gè)波段,又是一種可直線傳播的粒子,我們稱為光子,能夠承載能量和信息。所以光信息產(chǎn)業(yè),就是以光子為載體的信息產(chǎn)業(yè)。
        “光電子信息產(chǎn)業(yè)”里的“電”,是以電子為核心的產(chǎn)業(yè),例如集成電路產(chǎn)業(yè)。這一產(chǎn)業(yè),在當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位,以美國(guó)硅谷為發(fā)端,從基礎(chǔ)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到制造,整條產(chǎn)業(yè)鏈基本由美國(guó)所控制。我國(guó)現(xiàn)在的很多“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題,也都卡在“電”這一塊。我國(guó)的整個(gè)電子產(chǎn)業(yè),從最上游的EDA設(shè)計(jì)軟件,到集成電路的設(shè)計(jì)生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié),再到以集成電路為基礎(chǔ)的系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng)),乃至整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)都存在“卡脖子”問(wèn)題。
        光電子信息產(chǎn)業(yè),就是原有的集成電路產(chǎn)業(yè)加入了光的元素。在光這一塊,我國(guó)的研究及產(chǎn)業(yè),與國(guó)際上的差距是比較小的。國(guó)內(nèi)外都還處于蓬勃發(fā)展的階段,產(chǎn)業(yè)生態(tài)遠(yuǎn)沒(méi)有成熟和成型,有巨大的發(fā)展空間。這是一個(gè)新機(jī)會(huì),尤其是對(duì)作為中國(guó)光電子重鎮(zhèn)、正在打造“世界光谷”的武漢來(lái)說(shuō),更要抓住機(jī)遇加快發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè)。
        徐紅星:“光信息”的概念自古就有了,像我國(guó)西周時(shí)期“烽火戲諸侯”的著名典故,本質(zhì)就是通過(guò)光來(lái)傳遞信息。后來(lái)傳遞信息的方式越來(lái)越多,例如電報(bào)、電話。實(shí)際上,電話的發(fā)明者貝爾也發(fā)明過(guò)一種“光電話”,雖然在當(dāng)時(shí)受到實(shí)際條件的限制,信息實(shí)際傳播的距離比較短,但是已經(jīng)有了“光信息”的概念。
        后來(lái)就有了光纖通信?!肮饫w”這個(gè)概念很早就有了,但由于光纖的損耗很大,通信距離受限,隨著光纖質(zhì)量的提高,實(shí)現(xiàn)用光纖來(lái)通信成為信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展到本世紀(jì)被廣泛應(yīng)用,光纖通信從研發(fā)到應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程是一脈相承的。
        光纖通信成為可能之前,必須有激光。激光和光纖通信構(gòu)成了現(xiàn)在信息社會(huì)的基本架構(gòu)。大家可能對(duì)這些沒(méi)有直觀的感受,但光纖通信可以做到高容量、快速地傳遞信息,例如現(xiàn)在大家要追劇、打游戲,要追求速度、容量和清晰度,依靠的就是光纖通信。
        接著,就是光電集成技術(shù)的廣泛應(yīng)用和普及,就是說(shuō),有了光纖通信還不夠,我們還需要各種通信的應(yīng)用場(chǎng)景,需要進(jìn)一步提高通信的速度和效率,需要有大型的數(shù)據(jù)中心做支撐。
        光計(jì)算、光傳感是最近發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),是適應(yīng)數(shù)字社會(huì)發(fā)展的需要。光計(jì)算對(duì)應(yīng)的是此前的電子計(jì)算。因?yàn)殡娮佑?jì)算的能耗、速度已經(jīng)遇到了發(fā)展瓶頸,而光計(jì)算(光電芯片)的運(yùn)算能力、運(yùn)算速度,會(huì)比電子計(jì)算有實(shí)質(zhì)性的提高,所以光計(jì)算這一領(lǐng)域發(fā)展是非??斓摹A硗?,信息社會(huì)對(duì)智能傳感的需求也是非常旺盛的,光傳感是萬(wàn)物互聯(lián)和智能社會(huì)的高效感知手段。
        從產(chǎn)業(yè)的角度看,光電子產(chǎn)業(yè)無(wú)疑是非常重要的,不僅賦能通信,還賦能眾多產(chǎn)業(yè),是這些產(chǎn)業(yè)能夠快速發(fā)展的重要條件和要素。例如激光雷達(dá)的普遍使用,就是無(wú)人駕駛的先決條件;在新能源、激光制造、智能建造等領(lǐng)域,都對(duì)光電子產(chǎn)業(yè)提出了很高的要求。
        總而言之,光電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)家的科技創(chuàng)新、對(duì)城市發(fā)展起到基礎(chǔ)性、奠基性、支撐性的作用。光電領(lǐng)域的發(fā)展也在不斷地改變我們的生活,一直都是推動(dòng)人類社會(huì)和科學(xué)進(jìn)步的重要力量。
        集成電路發(fā)展已接近“天花板”,光電子市場(chǎng)潛力巨大
        中國(guó)科學(xué)院院士、武漢大學(xué)物理學(xué)院教授徐紅星(左一)和華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心特聘教授謝長(zhǎng)生(右一),聚焦光電子信息產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和前景,做客云端會(huì)客廳。
        長(zhǎng)江日?qǐng)?bào):為什么說(shuō)光電子信息產(chǎn)業(yè)是我們有望突破“卡脖子”技術(shù)難題的新領(lǐng)域?
        謝長(zhǎng)生:從集成電路純粹的產(chǎn)值來(lái)說(shuō),全世界大概有4700多億美元的市場(chǎng)規(guī)?!,F(xiàn)在集成電路的發(fā)展已經(jīng)遇到了瓶頸,摩爾定律接近天花板,從幾十納米到7納米、5納米,現(xiàn)在甚至到了2納米,再往下走,實(shí)現(xiàn)小于1納米的工藝非常困難。
        相比集成電路,目前光電子的產(chǎn)值小一些,光電子器件大概有400多億美元規(guī)模,但是它的市場(chǎng)潛力非常大。在信息的獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)和表達(dá)5個(gè)環(huán)節(jié)上,光能夠解決很多電解決不了的問(wèn)題,這里面有巨大的成長(zhǎng)空間。
        在光電子信息產(chǎn)業(yè),我國(guó)有部分領(lǐng)域領(lǐng)先國(guó)外,同樣也有處于落后的部分。比如信息的獲取環(huán)節(jié),全球排名前十的激光雷達(dá)企業(yè)中,有5家來(lái)自中國(guó);在信息的傳輸方面,中國(guó)信科、華為都有領(lǐng)先世界的產(chǎn)品;在存儲(chǔ)、光計(jì)算、光顯示方面,我們也保持著一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
        應(yīng)該說(shuō),現(xiàn)在我們和國(guó)際上基本處于相互競(jìng)爭(zhēng)、相互追趕的態(tài)勢(shì),差距并不大。趁著目前全球的光電子生態(tài)還沒(méi)有完全形成,我國(guó)有很大的機(jī)會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)突破。
        長(zhǎng)江日?qǐng)?bào):目前,我國(guó)光電子信息產(chǎn)業(yè)的區(qū)域布局是怎樣的?各自有哪些優(yōu)勢(shì)和側(cè)重?
        謝長(zhǎng)生:全國(guó)很多地方都在大力發(fā)展光電子信息產(chǎn)業(yè),往往都發(fā)端于比較領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)。例如長(zhǎng)春光機(jī)所、上海光機(jī)所、安徽光電所、西安光電所這幾家老牌的光電子領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu),推動(dòng)了長(zhǎng)三角、珠三角,長(zhǎng)春、西安地區(qū)的發(fā)展。
        還有深圳,雖然目前研究機(jī)構(gòu)比較少,但是產(chǎn)業(yè)環(huán)境比較好,特別是有以華為為代表的大量民營(yíng)企業(yè),在光電子信息產(chǎn)業(yè)上同樣十分領(lǐng)先。
        研究機(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新,是武漢“獨(dú)樹一幟”的密碼
        長(zhǎng)江日?qǐng)?bào):武漢光電子信息產(chǎn)業(yè)的“獨(dú)樹一幟”體現(xiàn)在哪些方面?
        中國(guó)科學(xué)院院士、武漢大學(xué)物理學(xué)院教授 徐紅星。
        徐紅星:整體來(lái)說(shuō),光谷形成了基礎(chǔ)雄厚、生態(tài)豐富、創(chuàng)新氛圍濃厚的發(fā)展態(tài)勢(shì),這是光電子信息產(chǎn)業(yè)“獨(dú)樹一幟”的具體所在。
        武漢的光電子產(chǎn)業(yè)起步較早,光谷經(jīng)過(guò)近40年建設(shè),產(chǎn)值規(guī)模邁向萬(wàn)億元級(jí)別,整體的規(guī)模體量非常大。
        光電子信息產(chǎn)業(yè)之所以能在武漢取得長(zhǎng)足發(fā)展,首先是因?yàn)榛A(chǔ)深厚。包括武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢郵電科學(xué)研究院、中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院等科研單位,以及一批已有的和在建的國(guó)家級(jí)、省級(jí)實(shí)驗(yàn)室,為武漢光電產(chǎn)業(yè)打下了深厚的基礎(chǔ)。
        其次,武漢的產(chǎn)業(yè)生態(tài)十分豐富。武漢的“光芯屏端網(wǎng)”產(chǎn)業(yè)基本涵蓋了光電子信息的各個(gè)門類。武漢的激光器、激光加工、光纖、光電模塊、光電芯片、顯示屏等產(chǎn)業(yè),在全國(guó)都具備一定的顯示度和產(chǎn)業(yè)特色。
        這種豐富的生態(tài)逐漸形成了良好的創(chuàng)新氛圍。光電技術(shù)正快速拓展到各行各業(yè)。比如,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)與武漢傳統(tǒng)的測(cè)繪專業(yè)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,把光電技術(shù)拓展到空天領(lǐng)域。
        研究機(jī)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)相互促進(jìn)創(chuàng)新,這極大增加了武漢在科研和產(chǎn)業(yè)上保持領(lǐng)先全國(guó)、部分領(lǐng)先世界的機(jī)會(huì)。
        謝長(zhǎng)生:武漢在全國(guó)產(chǎn)業(yè)布局中有特殊的優(yōu)勢(shì),在于它做到了將研究和產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,并且都保持了優(yōu)勢(shì)地位,這在全國(guó)城市里是比較少見(jiàn)的。武漢光電子領(lǐng)域科研和產(chǎn)業(yè)相互促進(jìn),共生共贏是一個(gè)非常鮮明的特色,我們要繼續(xù)發(fā)揮這個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
        武漢的光纖光纜在世界上名列前茅,在光器件、光顯示、激光器等細(xì)分領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)的中心位置。這與武漢早年的基礎(chǔ)研究和核心技術(shù)突破有著很大的關(guān)系。
        從研究機(jī)構(gòu)看,華中科技大學(xué)很早就在全國(guó)率先研制出高功率二氧化碳激光器,才逐漸孵化出武漢的激光產(chǎn)業(yè),并輻射到全國(guó),目前武漢的大功率光纖激光器、飛秒激光器在全國(guó)都是領(lǐng)先的。還有武漢郵科院,趙梓森院士領(lǐng)銜拉出國(guó)內(nèi)第一根光纖,才有了長(zhǎng)飛光纖等國(guó)際領(lǐng)先的光纖光纜企業(yè)和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的光傳輸系統(tǒng)企業(yè)。還有武大遙感技術(shù)的研究,形成了全國(guó)領(lǐng)先的遙感產(chǎn)業(yè)。今天的武漢光電子信息產(chǎn)業(yè),絕非一蹴而就,而是一個(gè)基于扎實(shí)的研究,逐步生長(zhǎng)和發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)業(yè)。
        因此,為了實(shí)現(xiàn)光電子產(chǎn)業(yè)的未來(lái)的突破,我們還要繼續(xù)做好光電子的基礎(chǔ)研究,這是武漢也是全國(guó)發(fā)展未來(lái)光電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。以武漢光電國(guó)家研究中心為例,一組數(shù)據(jù)很有說(shuō)服力:在全球十所知名光學(xué)機(jī)構(gòu)中,研究中心2008~2021年科學(xué)引文索引擴(kuò)展版論文總數(shù)、被引總頻次、ESI高被引論文數(shù)均排名第一,說(shuō)明研究中心已位列國(guó)際光電領(lǐng)域基礎(chǔ)研究第一方陣。
        武漢光電國(guó)家研究中心提出要頂天立地。頂天,首先就是要瞄準(zhǔn)世界光電科技前沿,做好基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究,這是為解決一些未來(lái)技術(shù)的核心原理做研究,為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。立地,就要解決核心關(guān)鍵技術(shù)突破的問(wèn)題,尤其是產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)上各個(gè)環(huán)節(jié)“卡脖子”的問(wèn)題,未來(lái)我們都要在光電子新賽道上把這些瓶頸問(wèn)題都解決掉。
        比如武漢現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)飛秒激光器,還要實(shí)現(xiàn)時(shí)間更短、能量密度更高的阿秒超快激光器,把原理搞清楚,做出試驗(yàn)樣機(jī),才能為下一代超快激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。將光電成像技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合,可以探索大腦的奧秘,還可以發(fā)展各種新型的生物醫(yī)學(xué)儀器和設(shè)備產(chǎn)業(yè),這個(gè)市場(chǎng)非常之大。研究多維光信息技術(shù),對(duì)未來(lái)大容量光通訊和光存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)將起到極大的促進(jìn)作用。研究新的光電能量轉(zhuǎn)換技術(shù),新的發(fā)光材料和顯示技術(shù),新的對(duì)光敏感的智能織物,探索新的傳感技術(shù),都可以發(fā)展出全新的光電大產(chǎn)業(yè)。我們還要及早規(guī)劃光電子產(chǎn)業(yè)的生態(tài),從光電集成設(shè)計(jì)工具軟件ODA,到生產(chǎn)與制造的核心技術(shù)和裝備,再到光電測(cè)試儀器等薄弱環(huán)節(jié),我們都要做好布局。
        一方面是基礎(chǔ)研究,一方面是核心技術(shù)的突破,只有把基礎(chǔ)打牢了,才會(huì)在武漢現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上培育出更新更大更強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)來(lái)。
        光電子是未來(lái)新賽道,越來(lái)越重要
        長(zhǎng)江日?qǐng)?bào):面向未來(lái),光電子信息產(chǎn)業(yè)會(huì)開辟哪些新賽道,塑造哪些新優(yōu)勢(shì)?
        徐紅星:從未來(lái)看,光電子信息產(chǎn)業(yè)會(huì)占據(jù)越來(lái)越重要的位置。
        首先,光電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,會(huì)給精密制造領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變革。傳統(tǒng)的精密機(jī)械制造會(huì)逐漸被光學(xué)制造代替,整個(gè)制造業(yè)會(huì)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)精密化、智能化。從實(shí)際效果上看,通過(guò)光學(xué)精密制造和加工,能夠減少對(duì)環(huán)境的損害,并且極大提高加工質(zhì)量和效率,這也是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。光在制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,會(huì)改變我們對(duì)制造的傳統(tǒng)觀念。
        在生命健康領(lǐng)域,類似于光學(xué)在精密制造領(lǐng)域的應(yīng)用,也可以用于加工人體器官,但需要更精密的控制和加工技術(shù)?,F(xiàn)在的激光技術(shù)在美容、視力矯正、手術(shù)等領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用得比較多了,將來(lái)它的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣,對(duì)我們生命健康的影響會(huì)越來(lái)越大。另外,光學(xué)用于疾病檢測(cè)和診斷、健康監(jiān)測(cè)等會(huì)越來(lái)越多。未來(lái)隨著信息量、數(shù)據(jù)量增大,光電集成能發(fā)揮的作用將更明顯。
        在光通訊領(lǐng)域,未來(lái)通訊對(duì)效率和容量的要求越來(lái)越高,這使得傳統(tǒng)的光電產(chǎn)業(yè)要提高標(biāo)準(zhǔn)、提高質(zhì)量,要更好符合這些發(fā)展新趨勢(shì)的要求。比如激光通訊,6G大容量通訊,以及未來(lái)智能駕駛領(lǐng)域的車路協(xié)同,實(shí)現(xiàn)更快更安全應(yīng)用。
        智能傳感將是一個(gè)非常新的賽道,是智能社會(huì)的基礎(chǔ),基于眾多光電設(shè)備和傳感技術(shù)(例如激光雷達(dá)就是其中一種),加上各種光學(xué)手段的相互結(jié)合,未來(lái)將催生更多新興的光電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。
        在未來(lái),比如建筑行業(yè),看上去好像和光學(xué)沒(méi)有關(guān)系,但智能光學(xué)傳感技術(shù)可以把建筑的三維模型、空間分布、地下管線分布等立體構(gòu)型,通過(guò)光學(xué)傳感實(shí)現(xiàn)建模和數(shù)字化呈現(xiàn)。這種方式就是現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的結(jié)合,可以更好地提高建筑水平。
        再看量子通信,實(shí)際也是光通訊,是基于現(xiàn)有的光電設(shè)備實(shí)現(xiàn)的,但需要光纖和光電集成器件達(dá)到量子通信的使用標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)量子通信,我們可以構(gòu)建一個(gè)更安全、更高效的通信網(wǎng)絡(luò),這對(duì)傳統(tǒng)光電產(chǎn)業(yè)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn),既是新要求也是新機(jī)會(huì)。
        未來(lái),還會(huì)有更多光電技術(shù)應(yīng)用到生活、產(chǎn)業(yè)的方方面面,會(huì)構(gòu)成一個(gè)非常基礎(chǔ)的新賽道,例如最近發(fā)展很快的太空探索,光電技術(shù)都會(huì)發(fā)揮很重要的作用。
        (長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者吳曈 常少華)
         
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