又一颗“皇冠上的明珠” 天津华信泰成功研制芯片原子钟并实现量产

一切的一切，还得从前几日国内首条万台芯片原子钟生产线在滨海高新区落成投产说起，这一项目填补了国内相关领域的技术空白，打破了此前长期依赖进口的局面，也踏出了我国在芯片原子钟领域核心技术从“1”到“N”的重要起始步。

一、我们又拿下一顶尖端技术“皇冠”

“嘀嗒”“嘀嗒”…日常生活中，时钟的精准度依赖于钟摆有规则地摆动。但时钟精度再高，一年下来也会有几十秒的误差。虽然对日常生活没有影响，但在时间频率行业领域，千分之一秒之差就是成败的关键。有一种钟表，能在600万年里只误差1秒，有了它，我们才有精准的“北京时间”，通信卫星才能实现实时导航，为我们点外卖、开车导航提供诸多便利，它就是原子钟。根据原子钟所选取的原子种类不同，原子钟可分为氢原子钟、铯原子钟、铷原子钟等。其中，CPT原子钟，即芯片级原子钟，具有微型化、低功耗特点，精度与铷原子钟相当。

原子钟的分类

资料来源：观研天下数据中心整理

长久以来，世界各国高度重视芯片原子钟行业的发展，部分国家已经把便携式和微型化CPT频标的研发作列入国家战略发展目标。其中美国耕耘最久，在全球建立和运营了许多原子钟监测站，并与其他维护精确时间的国际组织和网络相连接。一分耕耘一分收获，其收获也最丰。美国已经有两种商品CPT频标上市。此前，全球仅有美国的Symmetricom 一家公司实现了芯片原子钟的规模化生产，在这一领域，其处于绝对的垄断地位，导致市场上甚至一度有“北京时间也被美国“卡脖子”的说法。与此同时，欧洲和亚洲各国也在积极开展芯片原子钟相关研究并取得了不错的进展。无论是在技术领域还是在监测网络的建立方面，这些国家都拥有非常出色的表现，在原子钟的精确度方面也处于世界领先的位置。

国外芯片原子钟（CSAC）项目

资料来源：《芯片级原子钟研究进展》、观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国芯片原子钟行业发展深度分析与投资前景研究报告（2023-2030年）》显示，国内从事芯片级原子钟研究的单位主要集中在高校和科研院所，主要的单位包括北京大学、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国航天科工集团第二研究院二O三所以及成都天奥电子股份有限公司，这些单位都研发出了各有优点的芯片级原子钟样机，但整机价格高，核心激光器研制能力不足，成为行业发展的“卡点”问题。这使得国产芯片级原子钟产品与国际先进产品相比，在体积、性能等方面仍存在一定差距，始终未得到大规模应用。

国内芯片级原子钟研究成果

资料来源：《芯片级原子钟研究进展》、观研天下数据中心整理

虽然美国对中国的制裁步步紧逼让企业难以生存，但好在我们的企业并没有因此放弃研发芯片原子钟。天津华信泰研发团队从2010年起，就承担起了芯片原子钟项目的研发工作。历经了13年时间，2023年7月底，国内首条原子钟生产线在天津落成投产，目前一年产量达3万台，突破了关键器件“卡脖子”的难题。虽然芯片原子钟的生产对厂房空间、震动条件、配套设施等软硬件环境要求很高，但天津华信泰表示，随着市场需求的不断增加，还考虑建设十万台乃至百万台级别的生产线。并且会持续加大研发投入，加快芯片原子钟产品的迭代升级，不断推出更先进的产品，力争做到国际领先水平。今年公司还将陆续推动三款新的芯片原子钟产品走向量产。未来，公司将进一步优化天津生产线，逐步扩大产能，形成特色鲜明的“天津生产模式”，进而推广至全国。

二、时频领域之上崛起一个高精尖技术行业

如果我们把芯片原子钟的产业链拆开，可以看出芯片原子钟主要是由电子元器件、金属制品以及相关的辅助材料经半导体工艺制造而成。其中，电子元器件是制造芯片原子钟的核心材料，包括晶体管、电阻、电容、电感、集成电路等，这些元器件的制造需要高精度的制造设备和严格的质量控制体系，以确保其性能和稳定性符合芯片原子钟制造的要求。金属制品也是芯片原子钟制造的重要材料，包括铜箔、钢片、铝箔等，这些金属制品需要具有高精度、高纯度、高稳定性的特点，以保证在芯片原子钟制造过程中不会影响其性能和稳定性。此外，还包括一些辅助材料和设备，如石墨烯、超导材料、光刻机、溅射镀膜设备等，这些材料和设备也是芯片原子钟制造中不可或缺的部分。总体来看，均属于国家长期重点支持发展的重点产业。

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芯片原子钟可以被视为是一种新兴行业，尤其是在相对较新的芯片技术应用方面。这个行业结合了原子物理学和微电子技术，旨在创建更小型、更精确和更稳定的原子钟，通常以芯片的形式制造。但同时，它也在一定程度上与传统的原子钟技术如离子谐振器、铷原子钟技术等相联系。因此，芯片原子钟行业可以被视为传统原子钟技术的延伸和现代化。

当前行业呈现出两大特点：

属于技术密集型行业。涉及到高精度的芯片制造和量子控制技术，其产品开发的主要用途是作为导航系统以及其他精确计时行业。全球能够制造和研发芯片原子钟的国家或地区并不多，其制造过程需要高精度的设备、严格的质量控制体系以及高素质的技术人员。此外，行业还有政策准入门槛；

应用领域很广，适用于卫星导航授时、通信同步、水下探测等应用领域，具有广泛的应用空间。由于具有的时频信号的稳定性和自身微型、低耗性的特点，所以在军用领域应用诸多，占比约58.02%。

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三、“链”式发展推动主导产业“强筋壮骨”

过去我国的芯片原子钟产品大部分来自于国外，由于运费、关税、质量等因素的影响，进口的芯片原子钟产品往往价格较高。当时，国内用户想要购买国外的芯片原子钟，“买不起”“不好买”“买不上”是常态。根据1688网数据显示，一款全新原装进口，名为PRS10低噪声铷原子钟的价格为¥9,999.90，过万也是很普遍的事。

随着生产线建成后，大规模生产将大幅度降低芯片原子钟的成本。

芯片原子钟实现量产，也将推进产业链“强筋壮骨”。首先，原子钟是各种时间同步和测量系统的核心组件，如全球卫星导航系统（GPS）、通信网络、数据中心等。由于不同类型的设备和应用场景可能需要不同的时间同步和频率同步技术。例如，数据中心可能需要高精度的时间同步和频率同步技术来保证数据传输和处理的高效性和可靠性，但是一些低成本和低功耗的设备可能更适合使用其他技术或方法来实现时间同步和频率同步。此外，虽然芯片原子钟的成本已经降低了很多，但是在一些需要大量部署设备的场景中，成本仍然可能成为阻碍其应用的因素之一。因此芯片原子钟没有实现完全覆盖，在这些领域，芯片原子钟的量产将有助于提高设备的性能和可靠性，降低生产成本，推动行业的发展。

其次，芯片原子钟在海底勘探节点（OBN）也有着广泛的应用。OBN是一种高精度、高可靠性的海底勘探技术，可以在复杂的海洋环境中进行高精度的定位和测量。传统的石油勘探一般采用线缆的方式，需要在海底进行铺设和回收，整个过程十分耗时且效率不高，而新的勘探技术可在海底投放上万个以芯片原子钟作为核心器件的OBN，每一个节点都严格要求时间同步，1个月漂移不能超过1毫秒。而且在海底布放时间比较长，对电池的依赖性比较大，芯片原子钟的低功耗正好可以满足这一点。利用以芯片原子钟作为核心器件的OBN进行勘探较传统勘探方法成本更低、精准度更高，而且还进一步扩大了勘探面积，这为我国海底石油勘探带来了革命性升级。

传统石油勘探与新勘探技术对比

资料来源：观研天下数据中心整理

此外，芯片原子钟还在量子计算、量子通信、量子加密等领域有着广泛的应用。这些领域的发展将进一步推动相关行业的发展，如云计算、大数据处理、网络安全等。

芯片原子钟在量子领域的应用

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最后，芯片原子钟的量产还将有助于提高相关产业链的发展水平。这包括但不限于制造技术、材料科学、微电子技术等领域的发展。这些领域的发展将进一步推动相关产业的转型升级，促进经济的持续发展。

芯片原子钟的量产将有助于提高相关产业链的发展水平

资料来源：观研天下数据中心整理（LZC）