气体注入系统

2021年7月5日至6日，由中方承担的ITER气体注入系统采购包最终设计评审会在成都顺利召开。ITER是全球首个磁约束核聚变实验堆，是涉及多学科多领域的综合性大型复杂科学实验装置，其建造和运行面临诸多挑战，是当前人类所掌握的科学和技术的极限应用。气体注入系统（GIS）是中国独立承担的14个ITER采购包之一，其功能是为ITER装置运行提供包括高纯度氚在内的多种工作气体，为偏滤器安全运行提供辐射冷却，为中性束和弹丸加料系统提供工作气体及在紧急情况下提供聚变功率关闭的核安全功能。由于涉及氚的安全运行，其设计与建造必须通过严苛的安全分析和可靠性分析，部件选型和结构设计必须满足氚兼容和耐辐照要求等；此外，系统的核心部件处于恶劣的电磁环境，严苛的功能需求和恶劣的复杂环境，给设计带来诸多不确定性，增加了设计制造的难度。在2019年完成工程初步设计后，中方设计团队积极协调ITER组织完善必要输入，完成ITER气体注入系统的最终设计任务，包括系统模型固化和分析验证及测控系统设计，提交设计、分析报告30多份。设计评审会上，涉及物理、装置运行、核安全、控制、氚工艺、质量等多领域的40多位来自关联系统的ITER组织代表和12位来自法国、英国、瑞士和ITER组织的评审专家在认真听取设计方案汇报后，对中方ITER气体注入系统设计方案给予了充分的肯定，对下一步进入建造阶段提出了积极的建设性意见。台上一分钟，台下十年功，中方设计团队坚持厚积薄发、稳扎稳打的工作作风，坚决应对来自各个领域的困难和挑战。由于ITER装置是世界上第一个“堆”级的磁约束核聚变装置，系统设计过程中，绝大多数关键器件都无现成的解决方案，核聚变中心广泛联系国内相关有实力的单位，立足破解“卡脖子”的关键技术，全面掌握核心科技，努力寻求国内解决方案，通过多年的不懈努力，国内具有完全自主知识产权的ITER气体注入系统氚兼容耐辐照流量控制阀获得评审专家的一致认同。中方团队接下来再接再厉，对照专家意见进一步完善设计，ITER气体注入系统将正式进入生产制造阶段。

成果名称航空数据总线故障注入系统单位名称北京旋极信息技术股份有限公司联系人王宁联系邮箱wangning@watertek.com成果成熟度□正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 &radic 可以量产合作方式□技术转让 □技术入股 □合作开发 &radic 其他成果简介：本项目的需求比较复杂，指标较高，技术实现难度较大，因此采用了多项关键技术，主要如下所示：（1)大规模FPGA 的电路设计及逻辑实现为了实现本项目的各项功能需求和技术指标，尤其是对高速数据的处理，采用大规模FPGA 势在必行。本项目的FPGA选用XILINX公司高端大容量Virtex-6系列的器件。Virtex-6系列的器件是XILINX公司的新一代高端FPGA产品，具有大容量和高速的优点，并且内部的硬核还能实现PCI-E 接口功能。板卡通过FPGA 的PCI-E 接口实现同加固便携计算机的数据通信。（2)200MHz 采样速率的AD 采集和DA 输出的实现鉴于AD采集和DA输出都需要达到200MHz的较高速率，因此系统采用FPGA来实现对ADC 和DAC 进行控制。为了实现高速接口速率，ADC和DAC都选用LVDS接口器件，FPGA的LVDS接口的收发速率都超过500MHz，能够轻松实现200MHz 的速率要求。（3)高速布线技术由于本系统具有高速数字接口（如：PCI-E 接口、DDR3 接口等）和高速模拟量接口（如：ADC、DAC 等），需要较高的PCB 布线技术。为了保证PCB布线的质量，PCB设计采用外包的方式进行。由具有丰富PCB设计经验的专业公司和专业设计人员进行PCB设计，既能保证PCB设计的质量，又能保证开发进度。（4)PCI-E 技术PCI-E 接口是本系统中FPGA 和处理器之间的主要数据传输通道，在实现时需要同时保证高速大容量数据传输和实时地命令传输。在硬件上，在便携计算机上带有PCI-E 接口插槽；功能板设计成PCI-E 板卡结构，功能板上的PCI-E 接口由功能板上的FPGA 自带的硬核模块实现。在软件上，需要考虑PCI-E 接口传输消息的优先级，优先传输具有实时要求的控制命令，从而保证控制命令的快速响应。对于高速大容量数据的传输，需要采用DMA的方式进行处理，尽量降低数据传输过程对处理器的占用，使处理器能够有更多的时间进行其他方面的工作。（5)大容量高速数据存储技术。本项目对数据存储的要求主要有2 个方面：1）高速数据的连续存储；2）大容量数据的存储。针对这2项要求分别进行设计。(1)高速数据的连续存储。在最高采样速率200MHz，12bits 分辨率存储时，每秒钟产生的数据约为300MB。对采样数据进行实时压缩，经过验证，对于1553B 的采样数据一般的压缩率约为3:1~4:1，这里按照压缩率3:1 计算，经过压缩后需要存储的数据约为100MB/s。数据需要通过PCI-E接口传输给便携计算机进行存储。单路PCI-E接口的最大传输速率约为250MB/s，完全能够满足100MB/s 的传输要求。数据传输给便携计算机后，由便携计算机将数据写入存储器中。经过调研，普通机械硬盘的连续写速率50MB/s，不能满足要求。采用SSD 固态硬盘，连续写速率150MB/s，能够满足100MB/s 的连续写速率要求。以采用SSD 固态硬盘容量240GB 进行计算，能够连续存储约40 分钟的数据。(2)大容量数据的存储。为了能够保存更多的数据，除SSD固态硬盘外，系统还要挂接1块大容量机械硬盘，容量为2TB。在系统空闲时，可以将SSD 固态硬盘中存储的数据转移存储到机械硬盘中，使系统能够再次进行高速数据的连续存储。2TB容量的机械硬盘能够存储超过5小时的数据，能够满足存储约2小时数据的要求。航空数据总线故障注入系统主要针对的是4Mb/s速率的1553B总线测试，兼顾标准1Mb/s速率的1553B总线测试。结合市场和用户的需求，此次设计的产品在标准故障注入的基础上进行了较大创新，通过对高速采样数据的压缩和存储，能够实现对录取数据的波形回放等功能，这些功能在性能验证、故障分析和故障诊断等方面能够发挥积极作用。4Mb/s速率的1553B总线是国内部分研究机构提出的标准，目前还没有相关的测试设备。本课题研制的设备填补了我国在4Mb/s速率的1553B总线测试方面的空白，满足了用户的迫切需求，获得了用户好评。应用前景： &ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 从2010年6月设计定型以来，已经累计生产和销售近百套，主要应用于我国航空、航天、国防等行业的科研、生产和测试部门。&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的主要用户有：中国航天科技集团的多个研究所中国兵器工业集团的多个研究所中国航天科工集团的多个研究院/研究所中航集团的多个研究所的多个研究所中国电子科技集团公司的多个研究院/研究所在&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的应用过程中，用户对该系统的总体情况进行了肯定，有些用户根据自身的情况对该系统提出了许多改进意见和建议。根据用户的反馈，公司组织人员对系统进行了深入的分析，总结出系统的不足并投入人力加以改进。随着客户群的增加，客户的需求也在增加，当前&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的测试对象已经从设计初期的5种，增加到了10种。当前&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 不但能够实现对ARINC429、MIL-STD-1553B等传统航空总线的测试，还能实现对UART、隔离IO、CAN总线等通用接口实现测试。2012年，随着公司主要投资项目&ldquo 新一代航空总线产品的研制及产业化项目&rdquo 的启动，针对新一代航空总线的故障注入产品的研发将会启动。2012年，&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的对象从航空、航天、国防等行业进一步扩展，将会辐射到工业和民用等各个领域，生产和销售超过100套。一、经济效益航空数据总线故障注入系统项目从2009年8月立项进行研发，2010年开始形成研发产品及为客户提供技术支持服务，截止到2011年底累计新增销售收入2007万元，基于此技术其中签订技术性合同近850万元并形成技术收入，此项技术收入按收入额的5%缴营业税，缴7%城建税和3%的教育费附加，新增利润额缴15%的企业所得税，余下的壹千多万元是产品收入缴17%的增值税及其他税种，此项技术、产品主要应用于航空、航天、兵器、船舶等行业的设计、测试、生产部门，用于高可靠性、高稳定性设备的设计评估、调试、检测等环节，使用单位应用此技术、产品提到了劳动生产率，劳动生产率的提到表明在单位时间内产品数增加、单位成本降低；通过应用这项技术使产品质量提高，产品质量提高销售价格提高；两个相同投入的生产者，生产率低的一方，意味着生产成本高，那么产品就不得以较高的价格出售，无法同生产率高的一方竞争，必然被淘汰掉，而生产率高的一方，以较低的价格出售产品依然可以获得利润更具竞争力，此项技术的应用增加了企业的利润，为社会填补了技术空白，提高了社会生产率、提高了产品质量，带动了本企业相关产品的的研发与销售，新增企业的利润，为国家多缴了税金。&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 已经应用到了我国航空、航天等行业的许多科研、生产和测试部门，增强了这些部门的设计验证能力，促进了我国航空、航天事业的进步，具有战略深远的意义。二、社会效益（生态效益、环境效益）&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 主要应用于航空、航天、兵器、船舶等行业的设计、测试、生产部门，用于高可靠性、高稳定性设备的设计评估、调试、检测等环节。在&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 研制成功之前，国内现有的故障注入产品种类很少，已有的产品功能单一，基本上只能实现有限的特定功能。市场现有的德国TechSAT公司的ADS2产品内部集成的FIBO功能，只能模拟信号连接线之间的物理层故障，其工作方式针对信号线。另外一些故障注入产品，只能够实现部分协议层的故障注入功能功能。国内外尚没有1种能够同时实现物理层、电气层和协议层的故障注入设备。国内外现有的故障注入产品，都是针对单一总线的专用产品，不能实现对多总线系统的综合测试。&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的研制成功，大大提升了故障注入产品的的性能，为我国航空、航天等行业的高可靠性、高稳定性的设计提供了有效的验证手段。&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 的主要点和优势如下：1、同时实现物理层、电气层和协议层的故障注入操作，能够对多台设备进行协同控制；2、实现物理层和电气层任意波形噪声的产生和叠加；3、采用非侵入式故障注入方案，使用时不需要对原有系统进行更改；4、故障注入过程可定量参数，可重复实现；5、支持高级编程方式，通过设计一系列的故障活动，组成故障序列执行，支持自动测试过程；6、支持外部触发方式，通过多类型故障注入设备和通用测试平台协同工作的应用，实现系统级故障注入。当前&ldquo 航空数据总线故障注入系统&rdquo 已经应用到了我国航空、航天等行业的许多科研、生产和测试部门，增强了这些部门的设计验证能力，促进了我国航空、航天事业的进步。三、对本市经济、社会发展的推动作用《北京市&ldquo 十二五&rdquo 时期科技北京发展建设规划》中明确提出了以关键技术突破和标准创制为切入点，积极培育新一代信息技术、生物医药、新能源、节能环保、新能源汽车、新材料、高端装备制造和航空航天等战略性新兴产业，发挥其战略导向性、全局带动性和内源驱动性作用，强力促进发展方式转变和产业结构优化升级。航空数据总线故障注入系统与这一方针密切相关，完全符合北京市发展建设规划支持科技创新与产业发展的范畴。旋极公司2008年营业收入5860万元人民币，上交税金485万元；2009年1.03亿人民币，上交税金768万元；2010年1.82亿人民币，上交税金1159万元；2011年2.99亿人民币，上交税金1979万元。2008年-2011年公司营业收入复合增长率达77.67%，净利润复合增长率达127.08% 。本项目具有自主知识产权，技术国际领先，适用领域从军事到民用，从工业制造到高科技行业。可广泛应用于航空、航天、兵器、船舶等各行业的设计、测试、生产部门，市场前景广阔，产业化条件非常良好。前期的项目起步阶段，核心团队从技术研发人员、销售团队等共有30余人，每年可为社会提供30-50个就业岗位，在拉动就业等方面有着重要的社会意义。综上所述，本项目必将为海淀区经济、社会发展做出贡献。知识产权及项目获奖情况：实用新型专利：数据处理中心专利号：ZL 2013 2 0409762.8实用新型专利：一种总线数据录取系统 专利号：ZL 2013 2 0403846.0北京市科学技术奖叁等奖

在全球产能紧缺以及半导体国产化的浪潮下，国产半导体正面临前所未有的发展机遇，尤其是国产半导体设备中的离子注入机，近期好消息不断。8月27日，万业企业披露财报，根据财报显示，在过去半年，万业企业的营收为6.09亿元，同比增长28.25%，其中集成电路设备收入同比增长223%，研发费用同比增长575.23%，这一串数据的背后既是万业企业不断创造辉煌的展现，也是国产离子注入机快速增长的证明。国产离子注入机的春天离子注入机作为半导体制造的关键设备之一，在整个晶圆加工中占比约5%，但这一设备长期被国外所统治，美国的应用材料（Applied Materials）和亚舍利（Axcelis）合计占据全球85%-90%的市场。长期以来，国内企业的市场份额一度近乎为0，凯世通是国内为数不多切入这个领域的企业。2018年万业企业收购凯世通，一年之后，凯世通的集成电路（IC）离子注入机，就陆续在主流存储器芯片厂和国内12英寸晶圆厂进行产线验证，产品在束流强度指标上表现优异，实力可见一斑。而如今，在凯世通的努力下，国产离子注入机迎来了一个朝气蓬勃的春天。根据万业企业的财报显示，凯世通的离子注入机已经拿下多个订单。尤其是凯世通自主研发的第一台国产低能大束流离子注入机，已于今年5月份在国内一家12寸主流集成电路制造厂完成设备验证，并已确认销售收入。这也是首台完成国内主流客户验证并确认收入的国产低能大束流设备，是一次攻克卡脖子设备的初战告捷。△凯世通低能大束流离子注入机凯世通的离子注入机获得国内最高等级晶圆厂的验证，这不仅是凯世通从0到1的突破，也是国产离子注入机领域从0到1的突破。万里长征最难的是第一步，随着凯世通第一笔国产低能大束流设备订单销售的确认，凯世通后续的订单也会越来越多。国产替代订单前景广阔当前的趋势之下，国产半导体对于国产离子注入机的需求也是十分紧迫的。根据产业人士透露，2016年时，国产离子注入机产量仅4台，而需求已高达157台，供需差为153台。尽管过去几年需求增速低于国产产能速度，但离子注入的本土供需仍存在较大差距，进口替代迫在眉睫。如果以现在国内新增产能52万片计算，预计新增晶圆产能需采购的离子注入机需要520-780台，市场潜力巨大，这也给了万业企业更多的机会与更高的要求。除了今年5月通过验证了的1台低能大束流离子注入机，凯世通去年12月公告的另外3台设备进展顺利，重金属离子注入机和超低温大束流离子注入机已完成客户交付，高能离子注入机设备按客户交付计划进行组装。值得一提的是，报告期内凯世通又新增2台订单，与国内另一家12英寸芯片制造厂签署了1台低能大束流超低温离子注入机和1台高能离子注入机订单。可以看到，广阔的市场需求给了万业企业更大的成长空间，未来万业企业的订单也将越来越多，而万业企业在获得订单的同时，也没有忘记作为一个半导体企业的使命，那就是不断的攻克更尖端的技术。加强人才技术研发投入从万业企业的财报不难发现，从2018年到2020年三年间，其费用的年均复合增长率为238%，并且2020年研发费用超过了销售费用，这充分体现了万业企业在半导体设备国产化方面的决心。根据本次财报的披露，上半年用于设备的研发费用同比增长575.23%，这再次说明万业企业对于技术的执着追求。凯世通的创始团队主要是来自全球知名的离子注入机公司，深耕离子注入机领域30多年，曾开发过多款畅销的离子注入机。所以在进行国产IC离子注入机研发过程中，凯世通在每款产品开发之初，就做了详尽的市场与知识产权调查，避免陷入专利纠纷，同时也积极的布局关键专利，为自己筑起一道雄厚的技术壁垒。此外，人才是半导体企业的立身之本，对人才的尊重才能让企业更快速发展。为了完善人才激励机制，调动公司管理层和核心技术/业务人员的积极性，同时提高公司的市场竞争力。万业企业在今年6月推出了第一期员工持股计划。此举有效的调动员工积极性和创造性，增强员工凝聚力和提升公司集成电路业务的技术与市场能力。两大引擎驱动板块成长从万业企业的股权架构可以看出，当前万业企业的前三大股东分别是浦东科投，三林万业和大基金，三者分别持股为28.44%、12.9%、7.07%。值得注意的是，浦东科技投是一家专注于高科技产业领域并购投资的专业机构，曾投资过数家知名集成电路设计公司，2014年参与收购澜起科技，并曾与紫光集团竞购锐迪科。有大基金与浦东科投的坐镇，也意味着万业企业与向下游形成产业协同时也更为顺利。在经营方面，万业企业不仅收购了凯世通，还在2020年牵头境内外投资人收购Compart Systems。后者是全球领先的气体输送系统领域供应商之一，也是全球少数可完成该领域零组件精密加工全部环节的公司。△Compart Systems精密零部件生产线今年上半年，Compart Systems首度布局国内市场，相关产业正式打入国内集成电路设备公司的供应链。另一方面，万业牵头签约浙江海宁新建Compart研发和制造中心，该项目总投资30亿元，是海宁市2021年重点引进的半导体领域产业项目。自此，万业企业集成电路板块正式形成双引擎驱动发展模式。一是以凯世通的离子束技术为核心，集科研、制造于一体的高科技项目，二是以Compart的集成电路设备气体传输系统为核心的零部件供应。两者目前都属于国产替代，成长空间巨大。总结一家半导体企业的成长靠的是什么？靠的是资金，靠的是技术，但更靠的是恒心。敢于挑战国际寡头的恒心，以及对研发持之以恒的投入，正是这种信念驱使着万业企业不断前行，也驱使着国产半导体产业不断前行。回顾万业企业的转型，从2015年至今仅有6年，6年很快，但万业企业走得更快，不仅打破了国外对于IC离子注入机的垄断，还用专利筑起了自己的技术壁垒。此次中期财报，只是万业企业对过去半年的一次小结，在半导体国产化与产能紧缺的双重因素之下，以及万业企业对技术的投入，对人才的尊重，相信未来万业企业也定会踩着东风加速前进。