中國芯片產業的“獨立團”

提起半導體人才,有兩個學校特別突出:一個是清華大學,一個是加州大學伯克利分校。這一土一洋的兩所學校,為中國芯片行業輸送了大批頂尖的工程師、企業家和投資家,并通過傳幫接代的校友關系,孵化出一批又一批的芯片企業。

這種校友關系在清華學子朱一明的創業過程中體現的淋漓盡致:

2004年,89級物理系的朱一明和85級半導體專業的舒清明創業搞芯片,找到了85級自動化系的李軍,李軍幫他們弄了一筆風投,并介紹給83級經濟系的薛軍,薛軍聯系到80級工物系的羅茁,羅茁掌管的基金投了200萬人民幣,又拉來81級電子系的鄧峰,終于湊了92萬美金開始啟動。

12年后,這家叫做兆易創新的公司上市,如今市值已近千億。而在兆易創新之前,77級半導體專業陳大同等人,也早已創辦了芯片設計公司展訊,曾經是聯發科的勁敵。

可以說,清華是中國半導體圈的主力軍,而主力軍中的王牌部隊則當屬“清華半導體專業”,也就是如今的清華微電子學研究所,它就像《亮劍》里的“獨立團”一樣,很能打。

微電子所成立成立于1980年,其前身可以追溯到清華大學1956年設立的半導體專業。今年十二月,正值微電子所四十周年之際,我們團隊從上海到北京,在微電子所進行了深度交流學習,聽老教授們講授求學做人、一代代清華微電子人講述在半導體領域的故事。

四十年歲月,微電子所萌芽、成長、到如今桃李滿堂,譜寫了中國半導體領域一段雄壯的樂章。

清華微電子最初的種子,是“八員大將”加上一位院士。

1956年暑期,五所名校在北京大學聯合開設了我國第一個半導體專門化,清華派出了曹培棟、張建人等八名青年教師旁聽學習。隨后,清華又聘請到了美國普渡大學歸來的王守武院士,兼任清華半導體教研組主任,于是,清華的芯片班子,就這么“中西”結合的在無線電系下面搭建了起來。

這個全系最小的教研組辦公地點在立齋三樓,是由幾間由學生宿舍臨時騰出的空房。雖然設施簡陋,但研究領域卻可謂是“全面開花”:有搞鍺器件,有搞半導體收音機,有搞整流器,有搞光電器件,也有搞硅材料。1959年蘇聯專家契爾金前來指導后,小組又增加了對碳化硅非線性電阻的研究。

領域擴張的同時,清華在擴充隊伍方面也也熱火朝天、甚至用了一些“巧辦法”。比如曾擔任微電子所長的李志堅,就是“稀里糊涂上了清華這條船”。

1958年,李志堅從列林格勒大學畢業回國,剛到北京火車站,就碰到了清華無線電系書記李傳信親自在車站迎候,并迅速委派到無線電系上任。在計劃經濟時代,李志堅以為這是組織的決定,便也欣然前往。

但工作了一段時間后,李志堅卻出乎意料地接到教育部的通知,告訴他有三個地方可以選擇:清華、浙大、西交大。事后李志堅曾回憶說,自己當時也很吃驚,而且對回浙江老家和浙大母校頗有些心動,但考慮到考慮到人已到清華,“情面難卻”,也就留了下來。

而事實上,清華爭取李志堅,是做足了功課。清華教授張禮就曾寫信對其勸說;1957年的時候,清華南德恒、馮慶延和王天爵等三位學者,還以“無線電電子學系半導體專業籌備組”的名義,寫信邀請李志堅。

清華對人才的重視可見一斑。而李志堅也成為了王守武院士之后教研組工作的實際主持人,為清華微電子所夯實了基礎。

1958年,清華教研組攻克了批量生產多晶硅工藝,同年,第一塊集成電路誕生,清華也隨之提出要主攻硅集成電路。7年以后,摩爾·戈登提出摩爾定律,芯片發展進入了快車道。但正準備迎接黃金年代的半導體專業卻等來了命運的第一次坎坷:文革開啟,專業被一分為二,大部遷往綿陽,小部分留守北京進車間。

四川綿陽的艱苦歲月,可以說既是奇跡,也是遺憾。清華人重新搭建實驗室,開展教學,還與成都本地的970廠進行了產學合作,北京的半導體車間也開發出不少產品,但同期,世界已經進入了超大規模集成電路的時代,英特爾陸續推出第一款商用存儲芯片、第一款微處理器、外面的世界,已經天翻地覆。

“文革”結束后,綿陽分校在鄧小平同志的親自關懷下,全部撤回北京,而半導體專業,為了追趕國際水平,也迎來的新的階段:從無線電系獨立,正式成為一個所。

1980年9月成立的清華微電子所,人員僅有74名教師和61名學生,經費也依舊不足,連蓋教學樓資金都需要邊建設、邊籌資。但在之后的四十年,微電子所陸續實現突破,成為中國芯片產業公認的黃埔軍校。

微電子所的成長,如同每一個少年一樣,在遭遇困難和實現突破中演繹。

這些年輕學者面臨的第一個十字路口,便是:硅,還是鍺。

雖然硅的物理屬性比鍺更優,更適合半導體產業,但在50年代后期,鍺的材料和器件都已量產化,相當成熟;而硅技術卻方興未艾,還處于發展初期。因此,做鍺研究可參考、學習的東西多,比較“保險”;而做硅研究,則可參考的資料少,難度要大得多。

由于資源有限,所以大家關于這個問題,確實也爭吵了一段時間。但最后形成了一致意見,整流器之類的也不要停,但也要敢于做前瞻,必須有人研究“硅”。教研組甚至帶領1960屆的學生們,全部投入實驗室參加技術攻關。

師生同心、其利斷金。60年代中前期,微電子所就已經掌握了硅平面技術以及硅集成電路的研制,與美國啟動的時間相差不足十年。

隨后微電子所歷經分散再重聚,而剛匯合后,微電子所便面臨了第二個選擇:雙極還是CMOS。

當時四川綿陽的同事負責雙極電路,而北京則負責MOS集成電路。雙方再次面臨同等資源下的選擇。雙方沒有考慮各自的已有投入,而是以技術趨勢、國家利益為重,最終再次形成共識,要做COMS,并從工藝、器件物理、電路設計和CAD技術等幾個子方向進行攻關。

很快,微電子所在原教研實驗室基礎上,建立了第一條半導體超凈工藝線,并于1989年建成了我國第一條1微米級硅CMOS工藝引導線。全新的設備運來,微電子所成了全國半導體院校艷羨的對象。但光鮮背后,都是默默的付出。

當年,由于超凈設備無法關停,所里骨干教師便輪流加班,像熬鷹一樣維護產線24小時不間斷運轉。而環境監測和凈化設備不足,老師和學生甚至只能把“一塊毛巾折成8個面”,擦桌子、擦地,來保持產線潔凈水平。而更驚奇的故事,則是“如何克服管制”。

在“巴統”等管制下,清華引進的設備,功能并不齊全??涛g設備沒有終點檢測模塊,這就意味著機器不知道在什么位置暫停,導致刻蝕出錯、晶圓報廢。既然機器不好用,微電子所的研究人員打算,靠人。

大家通過“實時人工觀察”的方式,通過顏色變化來判斷是不是到終點了,再不斷積累經驗提升工藝控制能力。這些故事聽起來有趣,但又辛酸,時刻提醒著我們,自主自立并不是一句話,而是一個困難但正確的決定。

清華微電子所克服的另一個挑戰,便是光刻機的引進。這是清華國際視野的體現,也離不開楊之廉老師的努力。他在訪問荷蘭時,促成了荷蘭代爾夫特大學微電子所和清華微電子所的“聯姻”,兩個研究所開始了學者交流、聯合培養等合作,這些要素都促進ASML公司向清華捐贈了光刻機。

雖然有了設備,但EDA軟件還是一道坎。很多微電子所當年的畢業生,經常會跑到一機部自動化所,在一臺從日本進口制版系統的小型機上作電路仿真研究,使用的正是清華計算機系編寫的SPICE程序。軟件雖然簡陋,但也在一定程度上奠定了后來我國芯片設計EDA軟件發展的基礎。

正是依靠著自主的精神、國際合作的視野,1990年,微電子在國內首先成功研制出集成了106萬晶體管的漢字存儲器芯片。這標志著我國進入了超大規模集成電路(VLSI)的水平,打破了“巴統”的封鎖。時任清華黨委書記李傳信也由衷感慨:“那么少人、花那么少錢(1500萬),干那么多事、出那么高水平成果!”

而體現中國自主能力的時機,則是1993年啟動的“金卡工程”。當時中國打算將第二代證件采用非接觸式IC卡技術,但這項技術專利基本都在海外公司手里,尤其荷蘭飛利浦公司,掌握了90%以上的份額。

消息發布后,海外公司紛紛開展“公關”希望拿到項目。但由于法定證件涉及許多敏感信息、事關國家安全。所以,有關部門非常堅決地提出,一定要“國產自主”。而這個重擔,自然也由清華微電子所等機構、公司擔了起來。

微電子所的學者們,帶領研究生從簡到繁先后研制成功了單工、雙工無線通信的RFID技術與樣品。并連續攻克了高于海外技術的規范標準要素。最終,在2000年3月,微電子所基于EEPROM,成功研制出了二代證IC卡芯片樣片,突破了專利封鎖,也保護了國家數據安全。

從最初的技術封鎖,到自主突破,清華微電子所一路“過關斬將”,而其從學術到商業的“芯”旅程也拉開了序幕,一批批微電子所的學者,開始轉身登上商業的舞臺。

從成立至今,清華微電子和兄弟院系已經為中國的芯片產業貢獻了三批企業家。

第一批是“海外發光派”,代表有早期赴美留學的77級陳大同和81級鄧鋒。

兩人90年代活躍在硅谷的華人圈子,分別創立了豪威科技和網屏公司。頗為有趣的是,兩人都是微電子的老輔導員。而清華內部歷史悠久的“傳幫帶”模式,也被兩位輔導員從北京帶到了硅谷,眾多直系師弟被他們直接招到了美國,由此構成了兩家公司的技術中堅力量。

無論是豪威還是網屏,都是典型的挑戰全球巨頭的創業公司。陳大同所創建的豪威,用CMOS技術打敗了日本傳統的CCD傳感器。鄧鋒所創建的網屏,開創了用芯片硬件去做網絡安全的模式,向思科發起了沖擊。

豪威和網屏在短短數年間的上市,也證明了清華微電子這個集體,有能力做出顛覆式創新的產品,并對全球芯片的制高點發起沖擊。

第二批是“回國發力派”,是清華最早一批回國的創業者,代表有79級武平、85級馮晨暉、85級舒清明等人。

清華微電子的回國創業潮,始于2000年國家發布的集成電路新政。從90年代開始,清華校友在硅谷形成了一個緊密圈子,這個圈子經常討論潛在的創業機會,并且信任感很強。隨著時間的推移,眾多微電子專業出身的清華校友意識到了中國芯片創業的機會。

這一代回國創業的清華微電子校友有兩個特點。

第一個特點是老少配、跨行配。和不同專業、年齡的校友搭伙創業,實現優勢、資源互補。

武平和陳大同搭伙創建了展訊,從做2G芯片起步;舒清明和89級物理系師弟朱一明搭伙創建了兆易創新,從存儲器IP發家,轉向NorFlash存儲器制造;馮晨暉和90級計算機系師弟許志翰,搭伙創建了卓勝微,從地面電視芯片起步,隨后轉向手機射頻芯片,并成為行業龍頭。

第二個特點,則是他們都崛起于手機電子元器件的細分市場,這體現了清華微電子的創業風格:選大賽道,做務實事。

展訊成立之初,避開了最難的3G芯片,先做好2G,有了業務基礎、市場經驗之后,再向3G突破;兆易創新,一方面避開了閉門造車、白手起家,而是通過收購的方式,完成了存儲器IP的積累;與此同時,也從Flash出發,繼而再向NAND、DRAM等存儲器進軍。而卓勝微則避開了難度大的PA,先做好開關和低噪聲放大器。

而隨后的事實也證明,在半導體領域,在美國技術壓制下,創業,也許就是需要農村包圍城市,先在中低端有根據地,有收入、有業務基礎,再對高端產品市場發起沖擊。

第三批則是“本土崛起派”,代表人物有85級的趙偉國和虞仁榮等人。

清華的海歸派把企業做大做強,為中國芯片事業留下了寶貴的火種。而本土的清華校友則展現出了靈敏的嗅覺,他們“縱橫捭闔”,提前開啟了中國芯片公司的并購時代。

趙偉國在紫光主持了展訊、銳迪科等大型的并購案,虞仁榮則把海外的豪威科技收歸韋爾股份麾下。盡管當時還沒有中美摩擦,但他們也已經在快馬加鞭,在2018年前迅速完成了諸多復雜的收并購動作,為中國芯片產業的整合,贏得了寶貴的時間窗口。

三代企業家各有使命、砥礪前行:第一代赴美留學硅谷創業,以顛覆式創新完成對巨頭的革命;第二代回國試煉本土創業,在地獄級別的中國市場,找到了最適合中國國情的芯片產業鏈爬升道路;第三代長于收購,在相當程度上給產業打了補丁,用資本加速芯片產業的初步整合。

而如果再往前追溯的話,半導體圈的老廠長也是微電子所人。57級的朱貽偉曾任中國70年代最大的半導體工廠東光電工廠的副廠長,在北京市集成電路產業改革中發揮了重要作用,其退休后仍然發揮余熱,積極引薦我國臺灣企業家參與華晶改革。

除了走出校園的企業家之外,其實微電子所的歷任所長,也都是學術或商界的楷模。比如,原所長魏少軍,在世紀之交率隊研發出了SIM卡芯片,一舉打破了外國芯片公司對我國的壟斷,其本人也曾擔任大唐電信科技股份有限公司總裁。

現任所長吳華強,是材料學與管理學雙學位,曾在美國AMD和Spansion公司擔任高級研究員。2020年,吳華強在《Nature》雜志上發表論文,在國際上首次實現基于憶阻器的多陣列存算一體系統。

40年來,微電子所累計培養本科生2000余人,碩士生1500余人,博士生300余人。微電子所在學術、管理、商業等領域,踐行著“幫傳帶”的傳統,不斷夯實中國芯片產業的根基。

在交流結束之際,我們特別參觀了一下教學樓里的“微納加工平臺”。這里有一整套芯片生產流程,光刻機、離子注入機等等設備一應俱全,總價值近3億多。而這個實驗室,完全面向本科生開放,可以在里面進行研究、實操。讓產業進入校園、用實戰補充理論。

而這對于中國半導體而言十分寶貴。當我們談論中美半導體差距時,總會落在時間和人才兩個方面。需要時間積累技術,更需要時間去耐心培養人才,正所謂,十年育樹百年育人。

這也是微電子所每一位教授在思考的問題。微電子所在過去四十年,做了很多;但也仍需要做的更多。相信靠著一批批人才的成長、嚴謹求學精神的傳承,我國半導體自主事業一定會走上更快的步伐??ú弊?,也不再會成為我們的痛處。

而我們需要感謝的不僅僅是微電子所,還有全國各地在為中國技術突破,所默默付出的每一位學者、研究員、工程師、企業家、甚至是在校學生。希望他們的付出,獲得配得的回報。因為,我們的自主之路,依然還很長?!矩熑尉庉?李小可】

來源:遠川科技評論

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