德國歸僑王志功:用愛國心打造“中國芯”-中國僑網
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        德國歸僑王志功:用愛國心打造“中國芯”

        2021年08月20日 09:29   來源:人民日報海外版   參與互動參與互動
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          德國歸僑、東南大學信息科學與工程學院教授王志功——

          用愛國心打造“中國芯”

          1997年10月,在德國從事高速集成電路研究13年的王志功,放棄德國研究所優渥的待遇,回國投身當時百端待舉的集成電路事業。從空無一物的實驗室,到建成集成電路無生產線設計、集成電路測試和系統應用平臺,王志功帶領東南大學射頻與光電集成電路研究所一路披荊斬棘,成功設計多批國際先進水平的超高速集成電路,推動芯片國產化再進一程。

          回國創“芯”24年,王志功說這是他一生無悔的選擇。今后,為了中國射頻、超高速與光電集成電路設計人才的培養,他還將繼續前行。

          以下是他的自述。

          60平方米空房間,搭建集成電路實驗室

          從德國回到母校東南大學,我立即著手創建射頻與光電集成電路研究所(以下簡稱射光所)。那時,中國的集成電路設計、芯片制造和測試等領域與美國、德國相比至少落后20年。在產業方面,自主生產的集成電路只能滿足不到20%的國內市場需求,關鍵集成電路如計算機核心芯片CPU、光纖通信系統高速電路、互聯網網關網卡電路等幾乎100%從國外進口。對中國信息安全網絡而言,這無疑隱藏著巨大威脅。在研究方面,集成電路高技術人才奇缺,研究條件與外國實驗室相比天差地別,相關研究也需快馬加鞭、迎頭趕上。因此,我在回國前就打定主意,要把多年積累的射頻、超高速、光電集成電路研究經驗,盡快應用于國內高端集成電路事業。

          在國內建設集成電路實驗室,一切都要從零開始。射光所初創時,只有一間60平方米的空房間、100萬元啟動資金、1名研究助手和2名新招收的碩士研究生。集成電路設計必備的軟件工具、集成電路制造測試裝置和儀器、實驗室服務器、工作站、計算機和網絡環境等都需要從頭搭建。

          條件樸素更要迎難而上。為了高效配置實驗室軟硬件環境,我和眾多國外供應商展開談判,反復分析、比較各家報價,希望以最優惠的價格為射光所爭取最好的條件。當時的一套電路分析軟件, 外國供應商的要價每套約1萬美元。經過與多家公司的上百次傳真和郵件溝通,最后我成功以7000美元引進12套軟件,幫射光所打好基礎設施建設第一步。

          一張芯片的誕生,必須經過集成電路設計、制造、封裝、測試等環節。上世紀90年代,國內僅有的幾條集成電路制造工藝線不具備代工條件,需要開拓國外的代工制造服務。于是,我帶領射光所開辟當時國外普遍實踐、國內卻尚不熟悉的“無生產線集成電路設計+代工制造”模式,與美國、法國、德國、奧地利等國家的13家20多條工藝線簽訂合作協議,以多項目晶圓模式委托制造集成電路。為了獲取德國IHP世界最高速鍺硅BiCMOS工藝,我專程前往位于奧德河畔的法蘭克福進行談判;為了獲取法國CMP的MEMS工藝和OMMIC公司的GaAs工藝,我兩次飛往法國簽訂流片(芯片流水制作)服務協議。

          “路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索”是我的座右銘。面對從零開始的實驗條件,我明白,這是回國科研創業的必經過程。只要跨越這個難關,我們的集成電路研究一定會迎來質變。

          芝麻大的小芯片,蘊含光纖通信加速器

          1998年,射光所通過美國MOSIS大學計劃服務平臺與臺積電達成了流片服務協議。但在利用臺積電的0.35微米CMOS工藝設計2.5Gb/s(千兆比特每秒)光纖通信用超高速集成電路時,射光所還無法獲得芯片電路與版圖設計的全套文件。于是,我帶領全研究所師生奮戰一個暑假,邊學習、邊設計,基于已經得到的設計軟件平臺,開發了臺積電0.35微米CMOS工藝模擬電路設計套件,于1999年8月完成了第一批數種超高速芯片的設計,提交臺積電流片。這是射光所無生產線集成電路設計平臺的第一次運行嘗試。

          3個月后,制成的光纖通信用限幅放大芯片運抵上海虹橋機場。但新問題又出現了:由于這是一種全新的進口物品,海關找不到相應的報關規范。為此,我專程趕到虹橋機場,向海關解釋這些芝麻大的芯片來龍去脈。經過幾番周折,終于把我國第一批以無生產線設計和多項目晶圓境外制造模式獲得的芯片拿到了手上。

          握著芯片,我的手顫抖不已。一方面,回國奮斗終于有了成果,我忍不住心潮澎湃;另一方面,我也擔心制成的芯片能否測出結果。我在德國研究期間,實驗室采用的是雙極性晶體管工藝和砷化鎵工藝,兩種工藝都有完善的設計、制造和測試環境,有上百人的高水平研究團隊進行合作。而此次的設計環境、工藝類型、流片渠道和地點都是全新嘗試,芯片是否制作成功尚屬未知。

          令人激動的是,回到射光所后,芯片一舉測試成功,各項指標滿足設計目標。2000年4月,我組織的首屆中德光電子微電子器件和電路專家論壇會上,國家“863”計劃光電子主題專家組現場評定后一致認為:光纖通信用限幅放大芯片研制成功,填補了國內空白,達到了世界先進水平。在2000年的中德光電器件與電路專家論壇上,與會的德方專家特別是一直關注著我回國工作進展的德國魯爾大學教授,對射光所用如此短的時間、花如此少的經費、取得如此高水平的研究結果表示欽佩。

          2003年,射光所利用0.2微米砷化鎵工藝,開發一種光纖通信用激光驅動器芯片,測試達到24Gb/s的工作速率,創造了當時最高速“中國芯”。此后10余年,射光所開展上百批、上千種集成電路設計、制造和測試工作,承擔一系列國家級、省部級和與企業合作項目。如今,我們采用CMOS工藝成功開發的S波段變頻收發芯片已應用于多個國家重大裝備,應用總量超100萬顆,產生經濟效益上億元。

          24年創“芯”史,建設人才培養新高地

          回國24年來,我見證了中國集成電路設計和芯片制造業從弱小到強大、集成電路設計人才從數千人到超過10萬人、集成電路設計企業從屈指可數到上千家、工藝線從幾條到近百條的發展歷程。我衷心為自己參與中國科技巨變而感到自豪。

          回國科研創“芯”固然歷經困難,但現在回頭看,我仍然要說一句“今生無悔”。我從一個農民的兒子成長為國家高技術領域的專家,離不開祖國的哺育和支持。把掌握的知識和技術奉獻給祖國,就是我的初心和理想?;貒詠?,我先后獲評教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授、江蘇省“勞動模范”、首屆“全國僑界十杰”稱號、“全國五一勞動獎章”,這些榮譽就是對我繼續前行的鼓勵。

          當前,我國集成電路芯片特別是核心芯片設計制造水平與發達國家特別是美國相比仍有不小差距。想要制造成千上萬種“中國芯”,難點在于如何培養更多高水平集成電路人才、攻克納米工藝芯片尖端制造技術、破解高端芯片“卡脖子”難題。

          我堅信,一名優秀的芯片領域研究者,不僅要具備寬廣深厚的材料、工藝、器件、電路、系統和設計工具知識,還要有勇于創新、勇攀高峰的闖勁和耐得寂寞、不求速成的工程師精神。這既是我對自己的要求,也貫穿我對研究生的培養過程始終。至今,射光所已培養10多位博士后、100多位博士、1000多名碩士,其中30多位成長為大學集成電路設計相關學院的教授和副教授,數十位成為國內集成電路設計領域的領軍人物。3000多名國內集成電路設計工程師也在這里接受培訓。下一步,我將繼續推進射頻、超高速與光電集成電路設計人才培養工作,為中國芯片領域輸送優質人才,為打造“中國芯”作出新貢獻。

        【責任編輯:史詞】
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