用爱国心打造“中国芯”

  德国归侨、东南大学信息科学与工程学院教授王志功——
  用爱国心打造“中国芯”(庆祝中国共产党成立100周年·侨胞说·祖国在我心中(14))

  1997年10月,在德国从事高速集成电路研究13年的王志功,放弃德国研究所优渥的待遇,回国投身当时百端待举的集成电路事业。从空无一物的实验室,到建成集成电路无生产线设计、集成电路测试和系统应用平台,王志功带领东南大学射频与光电集成电路研究所一路披荆斩棘,成功设计多批国际先进水平的超高速集成电路,推动芯片国产化再进一程。

  回国创“芯”24年,王志功说这是他一生无悔的选择。今后,为了中国射频、超高速与光电集成电路设计人才的培养,他还将继续前行。

  以下是他的自述。

  60平方米空房间,搭建集成电路实验室

  从德国回到母校东南大学,我立即着手创建射频与光电集成电路研究所(以下简称射光所)。那时,中国的集成电路设计、芯片制造和测试等领域与美国、德国相比至少落后20年。在产业方面,自主生产的集成电路只能满足不到20%的国内市场需求,关键集成电路如计算机核心芯片CPU、光纤通信系统高速电路、互联网网关网卡电路等几乎100%从国外进口。对中国信息安全网络而言,这无疑隐藏着巨大威胁。在研究方面,集成电路高技术人才奇缺,研究条件与外国实验室相比天差地别,相关研究也需快马加鞭、迎头赶上。因此,我在回国前就打定主意,要把多年积累的射频、超高速、光电集成电路研究经验,尽快应用于国内高端集成电路事业。

  在国内建设集成电路实验室,一切都要从零开始。射光所初创时,只有一间60平方米的空房间、100万元启动资金、1名研究助手和2名新招收的硕士研究生。集成电路设计必备的软件工具、集成电路制造测试装置和仪器、实验室服务器、工作站、计算机和网络环境等都需要从头搭建。

  条件朴素更要迎难而上。为了高效配置实验室软硬件环境,我和众多国外供应商展开谈判,反复分析、比较各家报价,希望以最优惠的价格为射光所争取最好的条件。当时的一套电路分析软件, 外国供应商的要价每套约1万美元。经过与多家公司的上百次传真和邮件沟通,最后我成功以7000美元引进12套软件,帮射光所打好基础设施建设第一步。

  一张芯片的诞生,必须经过集成电路设计、制造、封装、测试等环节。上世纪90年代,国内仅有的几条集成电路制造工艺线不具备代工条件,需要开拓国外的代工制造服务。于是,我带领射光所开辟当时国外普遍实践、国内却尚不熟悉的“无生产线集成电路设计+代工制造”模式,与美国、法国、德国、奥地利等国家的13家20多条工艺线签订合作协议,以多项目晶圆模式委托制造集成电路。为了获取德国IHP世界最高速锗硅BiCMOS工艺,我专程前往位于奥德河畔的法兰克福进行谈判;为了获取法国CMP的MEMS工艺和OMMIC公司的GaAs工艺,我两次飞往法国签订流片(芯片流水制作)服务协议。

  “路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”是我的座右铭。面对从零开始的实验条件,我明白,这是回国科研创业的必经过程。只要跨越这个难关,我们的集成电路研究一定会迎来质变。

  芝麻大的小芯片,蕴含光纤通信加速器

  1998年,射光所通过美国MOSIS大学计划服务平台与台积电达成了流片服务协议。但在利用台积电的0.35微米CMOS工艺设计2.5Gb/s(千兆比特每秒)光纤通信用超高速集成电路时,射光所还无法获得芯片电路与版图设计的全套文件。于是,我带领全研究所师生奋战一个暑假,边学习、边设计,基于已经得到的设计软件平台,开发了台积电0.35微米CMOS工艺模拟电路设计套件,于1999年8月完成了第一批数种超高速芯片的设计,提交台积电流片。这是射光所无生产线集成电路设计平台的第一次运行尝试。

  3个月后,制成的光纤通信用限幅放大芯片运抵上海虹桥机场。但新问题又出现了:由于这是一种全新的进口物品,海关找不到相应的报关规范。为此,我专程赶到虹桥机场,向海关解释这些芝麻大的芯片来龙去脉。经过几番周折,终于把我国第一批以无生产线设计和多项目晶圆境外制造模式获得的芯片拿到了手上。

  握着芯片,我的手颤抖不已。一方面,回国奋斗终于有了成果,我忍不住心潮澎湃;另一方面,我也担心制成的芯片能否测出结果。我在德国研究期间,实验室采用的是双极性晶体管工艺和砷化镓工艺,两种工艺都有完善的设计、制造和测试环境,有上百人的高水平研究团队进行合作。而此次的设计环境、工艺类型、流片渠道和地点都是全新尝试,芯片是否制作成功尚属未知。

  令人激动的是,回到射光所后,芯片一举测试成功,各项指标满足设计目标。2000年4月,我组织的首届中德光电子微电子器件和电路专家论坛会上,国家“863”计划光电子主题专家组现场评定后一致认为:光纤通信用限幅放大芯片研制成功,填补了国内空白,达到了世界先进水平。在2000年的中德光电器件与电路专家论坛上,与会的德方专家特别是一直关注着我回国工作进展的德国鲁尔大学教授,对射光所用如此短的时间、花如此少的经费、取得如此高水平的研究结果表示钦佩。

  2003年,射光所利用0.2微米砷化镓工艺,开发一种光纤通信用激光驱动器芯片,测试达到24Gb/s的工作速率,创造了当时最高速“中国芯”。此后10余年,射光所开展上百批、上千种集成电路设计、制造和测试工作,承担一系列国家级、省部级和与企业合作项目。如今,我们采用CMOS工艺成功开发的S波段变频收发芯片已应用于多个国家重大装备,应用总量超100万颗,产生经济效益上亿元。

  24年创“芯”史,建设人才培养新高地

  回国24年来,我见证了中国集成电路设计和芯片制造业从弱小到强大、集成电路设计人才从数千人到超过10万人、集成电路设计企业从屈指可数到上千家、工艺线从几条到近百条的发展历程。我衷心为自己参与中国科技巨变而感到自豪。

  回国科研创“芯”固然历经困难,但现在回头看,我仍然要说一句“今生无悔”。我从一个农民的儿子成长为国家高技术领域的专家,离不开祖国的哺育和支持。把掌握的知识和技术奉献给祖国,就是我的初心和理想。回国以来,我先后获评教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、江苏省“劳动模范”、首届“全国侨界十杰”称号、“全国五一劳动奖章”,这些荣誉就是对我继续前行的鼓励。

  当前,我国集成电路芯片特别是核心芯片设计制造水平与发达国家特别是美国相比仍有不小差距。想要制造成千上万种“中国芯”,难点在于如何培养更多高水平集成电路人才、攻克纳米工艺芯片尖端制造技术、破解高端芯片“卡脖子”难题。

  我坚信,一名优秀的芯片领域研究者,不仅要具备宽广深厚的材料、工艺、器件、电路、系统和设计工具知识,还要有勇于创新、勇攀高峰的闯劲和耐得寂寞、不求速成的工程师精神。这既是我对自己的要求,也贯穿我对研究生的培养过程始终。至今,射光所已培养10多位博士后、100多位博士、1000多名硕士,其中30多位成长为大学集成电路设计相关学院的教授和副教授,数十位成为国内集成电路设计领域的领军人物。3000多名国内集成电路设计工程师也在这里接受培训。下一步,我将继续推进射频、超高速与光电集成电路设计人才培养工作,为中国芯片领域输送优质人才,为打造“中国芯”作出新贡献。

林子涵

林子涵

【编辑:叶攀】