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关于“中国芯”研究 杭州有位前辈不得不提

2018-05-14 06:57  |   浙江新闻客户端  |   记者 郑琳 通讯员 程振伟

邓先灿(居中者)和杭电微电子研究中心的老专家们合影。

中兴被封杀后,“中国芯”由一个事件,变成一种情绪,一种行动,以及摆在中国企业、学界面前的重大问题。仿佛是美国的一记重拳惊醒梦中人,一夜之间,中国的芯片行业被“激活”了,人人豪情万丈,似乎突破困境指日可待——

4月20日,马云宣布进军芯片行业;4月23日,中国电子科技集团公司发布数字信号处理器“魂芯二号A”;5月3日,中科院发布国内首款云端人工智能芯片……

“然而,大家还没意识到最大的信息安全危机。”

说这话的,是一位85岁的科学家。

你很难想象,就在杭州下沙一所大学里,有个历史悠久的微电子研究中心,一直默默地探索集成电路发展之道。而这位85岁的老科学家,就是这里的精神领袖、第一代“掌门”。

她叫邓先灿,在中国半导体器件研究领域享有崇高的威望。1956年,她参与了我国第一只晶体管的研制,曾荣获国家科技进步一等奖并被授予国家级突出贡献专家称号。

邓先灿于1988年来到杭州,并于1991年创立了杭州电子科技大学微电子研究中心。

最近几年,邓先灿一直在号召国外的弟子们,回国钻研“中国芯”。包括西安电子科技大学冯晖教授,从德国回来在昆山从事射频芯片开发的脱西河博士,从美国回来在杭州创建华澜微的骆建军博士等。

当记者慕名拜访这位“世外高人”的时候,已经在半导体和芯片领域奋斗了一辈子的老前辈,忧心忡忡地说:我们或许还面临更大的信息安全危机!

“芯片危机”只是起步

更严重的是信息安全危机

去往邓先灿教授家里的路上,她的学生,杭电微电子研究中心的樊凌雁老师,自豪地把导师的辉煌履历讲了一路,宛如一个“安利”偶像的小粉丝。

在徒子徒孙心目中,邓先灿这个名字是神一样地存在。

“因为老师是‘半导体所’的,那是‘国家队’。”

樊老师说的“国家队”,是指中国电子科技集团公司半导体研究所(简称半导体所),这是中国成立最早、规模最大的半导体研究所,集中了最顶尖的研究者。1988年,邓先灿从半导体所调任到杭电,那个时代,杭电是微电子研究领域里响当当的“名门”。

“当年慕名来报考邓老师门下的,都来自重点大学,包括清华、上海交大、成都电子科技大学等。”樊老师说,“邓老师四十年前就拿过国家科技进步一等奖,相当于现在的特等奖,这在科研领域是了不得的荣誉。”

记者正想着如何能从老先生从前的辉煌履历转到当下的芯片焦点问题上,没想到,进了邓先灿的家门,还没寒暄完,老先生直接拿出了一叠准备好的PPT,和最近的报纸关于芯片的报道,开始“上课”。

从CPU、操作系统到存储器,科普了一遍计算机和芯片基本知识。

她以微电子中心开发成功的硬盘控制器为例子,说明芯片对于信息安全的重要性。

“保障信息存储的安全,需要用我们自己的控制芯片来存储数据,越快越好!”

为什么控制器芯片这么重要?按照邓教授的描述,硬盘就好比是数据存储的仓库,控制器芯片就是仓库的看门人。“看门人必须是中国人,信息才能够安全。”

信息时代,大数据无处不在,而所有的数据都必须进出硬盘。芯片控制器如果被安装了电子炸弹,或者埋伏了木马病毒,就不是软件方法可以防堵的了。

“假如国家重要部门,如军队、银行的硬盘控制芯片全是进口的,那么一旦发生安全问题,后果不堪设想。”邓先灿说,“由中国自主知识产权的控制芯片做的硬盘,来存储中国的数据,才能确保国家的安全。”

我们的技术曾经距离

“世界前列”是那么地近

忧国忧民的邓先灿,在滔滔不绝讲完了控制芯片危机之后,记者终于有机会开始“正常”的访谈。然而一提到中国芯片的发展历史,邓先灿就一声叹息。

“我们起步的时候,距离世界只有几年。”

“芯片”,就是一块内含集成电路的小硅片。集成电路中有成千上万个电子元件,尺度在纳米级。而晶体管就是集成电路最基本的元件之一。

早在1956年,中国就制造出了第一个晶体管。那也是中国在半导体器件、集成电路领域里,距离世界最近的时候。

世界上第一个晶体管是1947年12月,由肖克利和他的两位助手在美国贝尔实验室工作时发明的。1950年,第一只PN型晶体管问世。

肖克利三人因为发明晶体管,于1956年获得诺贝尔物理学奖。就在同一年,中国国务院召开会议,制订出著名的“十二年科学规划”,并宣布,无线电电子学、自动化、电子计算机和半导体为特别紧急、需要优先发展的科学项目,被称为四项“紧急措施”,由中科院负责落实。

邓先灿就是那一年加入了中科院的半导体器件研究,是当时最年轻的研究人员之一。

为了攻克晶体管,1956年,北京大学、南京大学、厦门大学、吉林大学等5所高校联合在北大办学,对研究人员进行集中培养。给邓先灿讲课的教授全是当时学术界的殿堂级人物,其中包括著名物理学家、复旦大学校长谢希德,著名固体物理学家黄昆等。

“为什么做芯片的人才很难培养?因为涉及的知识领域特别广。要懂得载流子在晶体里怎么走,要懂量子力学、原子物理,要学电路设计,同时还要学计算机编程语言。”邓先灿告诉记者,“我在60多年前就已经学了编程语言。”

60多年前,连C语言都还没有诞生呢!

邓先灿回忆,做半导体工艺的净化车间,要达到1级净化标准。“那是什么意思呢?一立方英尺的空间里只允许1个灰尘,这个灰尘的直径只有0.5微米。我们正常的空间里,一立方英尺里有500万个这样的灰尘。所以你可以想象,一个净化车间就要耗费多少资金。”

当时所有的研究人员都集中在中科院应用物理研究所。1956年11月,他们在半导体器件物理学家、微电子学家王守武先生的实验室里研制出第一支晶体管。

“晶体管做出来以后,《人民日报》报道了,中科院院长郭沫若先生来祝贺了。”邓先灿说,“后来我回到半导体所继续研究,第二年,我们的晶体管做出了中国第一个半导体收音机,我们直接送给毛主席听。“

邓先灿和她的同辈科学家们,曾经距离世界的前列那么近。然后,就被十年浩劫打断了。斗转星移几十年后,计算机科学早已进入了软件时代。

“你想知道今天的芯片工业现状,问问我的学生骆建军。”邓教授说。他是邓先灿高足,受导师号召回国研究“中国芯”,关于芯片他有很多话要说

为何芯片制造这么难
为何没有生产线的硅谷却能领先世界
为何年轻人不愿意从事硬件设计

听说是敬重的导师邓先灿推荐采访,还在美国出差的骆建军马上给记者打来了越洋电话,关于“中国芯”他有说不完的话,我们一聊就是一个多小时。

骆建军是邓先灿的弟子。上世纪90年代,骆建军曾经在东方通信成功开发光纤通信SDH/SONET系统的专用集成电路,当时比华为、中兴还早。

但是那时候,国内业界还没有认识到自主研发芯片的必要性。

也是在那时候,美国公司把骆建军挖到硅谷,担任高级设计师。又过了几年,骆建军就和楚传仁先生一起在美国硅谷创业,成立了Baleen System公司,从事固态存储控制芯片的开发。

后来,邓先灿将自己这个最得意的弟子从美国召回杭州,让其传承自己在微电子研究中心的衣钵,当了研究中心的主任和教授。当时,眼光长远的邓老就指示弟子,必须创立自己的企业:芯片必须产业化,必须走出国门,这才是正确的生存和发展道路。

骆建军由此创立了华澜微电子股份有限公司,并陆续推出了存储卡、U盘、固态硬盘(SSD)、计算机接口及硬盘阵列等一系列芯片产品,不仅仅中国公司采用,也被国际市场接受,在中国大量进口芯片的背景下,逆向出口全球。

每个芯片都是

微观世界里的“超级城市”

“芯片确实很难引起人的重视,因为它太小了,比指甲盖还小。”骆建军说。

就是那么一个小小的封装起来的黑色小硅片,却是一切电子设备的核心,包括高铁、飞机、电视机、手机的核心,甚至是发动机的发动机……

为了让普通人理解芯片的复杂度,骆建军打了一个形象的比喻:

“拿到一般的显微镜下看,就像是一张上海市地图;拿到更高级的电子显微镜下看,就能看到每家每户的窗户、阳台,一扇扇门,一条条马路;大家平常说的28纳米、15纳米,就是这个城市建筑的最小尺寸。”

这个尺寸有多小?1纳米大约相当于六万分之一的头发丝。

如此细微的结构,只有在显微镜下才能显现其宏伟壮观,所以,集成电路设计就更被人忽略了。

“但是今天,硅谷占领了芯片设计和软件这个产业金字塔的顶尖。”骆建军说。

上世纪八十年代的硅谷,拥有很多半导体生产线。硅谷也以此从一个葡萄园为主的干旱山谷转变为以“硅”工业为核心的高科技基地。

到了九十年代,这些生产线逐渐移到了美国偏远地区、亚太地区,台湾、韩国、新加坡就是在这个时期建立了很多生产线,集成电路开始发展起来。

“今天的硅谷,已经基本上没有生产线。”骆建军说。“以设计公司和软件公司为主流。”

例如,全球GPU领军企业(英伟达)、全球最大的可编程器件公司XILINX(赛灵思)、通信芯片公司Broadcom(博通),都是没有生产线、纯粹靠智慧设计在领导全球某个产业方向。

芯片技术要靠一点点积累

没有任何捷径可走

骆建军说,集成电路设计,就好像设计一座“新上海城”:马路是七层甚至八九层立交的;建筑物有几百万座;拥有几千万人口,几亿扇门窗不断开关;所有建筑物的门窗一秒钟要开关上亿次,而且不能够有一扇门窗的开关不准确。

“在这张超级地图上,每个房间都要供电、供水,一两个房间水压不够就可能造成电路计算不准确,你的飞机就可能掉下来,这就是失败的芯片。”

集成电路芯片在设计环节出现任何一个小缺陷,就必须重来。重新设计又需要至少1年时间,几千万元的投入。

“所以集成电路设计需要从软件到硬件的高超的设计、指挥、风险控制能力。”

为什么中国集成电路设计公司那么少呢?

面对这个问题,骆建军解释说,今天的集成电路设计包括两大类,一类是特定技术要素的;另一大类实际上是系统级设计,用技术语言说是“片上系统芯片”(SOC),内部不仅仅有硬件电路,还有软件在跑。

“设计这样的芯片,实际上是设计一个完整的系统,就好比金庸武侠小说里面,真正的高手是内功和外功一起修炼、都达到了极致的。而且,外功招式漂亮很容易,内功却是一点点积累起来的,玩不得虚,必须十年磨一剑才可能成功。我在学校遇到的学生,相当大一部分对硬件甚至有种‘畏惧’的感觉。”

现在的年轻人

鲜有愿意从事硬件设计的

国内目前的情况,集成电路产业发展不如意,骆建军感觉很无奈,但又认为可以理解,他感叹说:“当年同班同学至今坚持做本专业工作的已经十不存一了。我们也不能要求大家都来搞集成电路,放弃房地产、放弃金融产业这样的发财机会,这是不合情理的。”

他认为,中国科技产业的兴旺,应该是各行各业都有合理的利润,科技含量高、风险大或者付出劳动多的产业,就应该多得,这才是“多劳多得”的基本立足点。同时,我们的芯片也要尽快融入高度国际化的全球半导体产业。

“集成电路行业,技术变革太快了,我们的学术团队和教育系统也要加快改革。”骆建军说,“大多数工科院校的老师,并没有实际工业经验。我们必须把产学研联合提高到新的高度,要有更加接地气的政策。当然,产学研是工科院校要倡导的,对于理论研究那是另外一回事。”

一个人精力有限,只能带有限的学生,杯水车薪。“每个学生特点脾性不一样,高端人才必须因材施教,不可能工业化量产。”邓先灿先生说,而更让她担心的,是现在高校里的年轻人,鲜有愿意学硬件设计的。

“硬件设计的纠错成本特别高,纠错周期也特别长。而做成的芯片,却又非常廉价,一个只卖几毛钱。”邓先灿说,“做软件就不同了,调试软件的成本和时间比较少,而软件工程师的薪水又很高,所以,年轻人都去做软件设计了。现在又是互联网时代,大家都去做互联网创业了,还有谁来做芯片呢?”

然而,“无芯缺魂”的现状必须改变。

“媒体上宣传的这个芯、那个芯,包括华澜微的存储控制芯片,都解决不了中兴的问题,因为中国需要的是成千上万的芯片公司,从材料到加工,从设备到设计,这是一个综合国力的培养过程。”邓先灿说。

她刚过完八十五岁生日,“处江湖之远则忧其君”,还在为中国的科技产业、信息安全而努力。

“还有像林德俊先生,整理科研资料到生命的最后一刻。”骆建军说,“我们这一代人,更应该冷静下来,踏踏实实,每个团队做精做强一个方向,如同一盏灯,当千万盏灯汇集起来,就能点亮中国科技产业的天空。”


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