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落后就要挨打!摒弃跟随者心态向“1”突破,中国第一块集成电路诞生记
2024-03-15 来源:贤集网
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关键词: 集成电路 半导体 晶体管

“任何一个人或组织,来到这个世界上,都有自己的使命。集成电路不仅是我的专业和兴趣,还代表着一种庄严的使命,因为集成电路是一个国家的工业食粮。在IT和移动互联网时代,它就是互联网背后的基础性行业技术。” 紫光集团董事长赵伟国曾这样阐述自己的“集成电路”使命感。

而集成电路产业发展之路的基石,就是一批批有着将使命感融进自己事业中的各个时代的英雄们所铺就的。“潮平两岸阔,风正一帆悬。”1965年冬,在王守觉教授的领导下,硅平面管和集成电路研制成功,国产的030 计算机采用集成电路比国外仅晚了两年。


半导体科学技术的“原始积累”

1950年,刚成立不久的新中国,百业待兴。此时,我国在半导体科学技术领域的积累几乎为零。这一年,25岁的王守觉没有跟随暂设上海的研究单位迁回北京,开始找工作。而大他6岁的三哥、刚刚在美国普渡大学获得博士学位并留校任教的王守武,携妻带女搭乘“威尔逊总统号”邮轮,从旧金山出发经香港回到祖国。

1950年底,王守武受聘于中国科学院应用物理研究所(以下简称应用物理所,后改名中国科学院物理研究所),并从一次偶然的修理氧化亚铜整流器开始,逐渐进入半导体研究领域。

在王守武之后,黄昆、汤定元、洪朝生、谢希德、成众志、高鼎三、林兰英、黄敞、吴锡九……一大批海外科学家陆续回国。正是他们的接续奉献,奏响了我国半导体器件与微电子技术事业自力更生的序曲。他们之中,黄昆、王守武、汤定元、洪朝生4人回国时间较早且时间接近,都在1950至1951年前后。他们也是最早关注并身体力行从事半导体科学技术研究的。

自1953年起,4人在半导体研究方面的讨论逐渐多了起来。当时,国外的半导体研究有了较快发展。1954年商品晶体管出现,而当时以“巴黎统筹委员会”成员为首的西方国家对我国严密封锁,我们无法直接进口这些产品或相应的材料。

在4人看来,如果不改变这种局面,就很可能耽误我国半导体事业的发展。1954年下半年,黄昆、王守武、汤定元、洪朝生每周抽出一个下午的时间,专门研讨如何发展我国的半导体科学技术。因王守武、汤定元、洪朝生3人都在中国科学院,当时在北京大学的黄昆每次都得骑着自行车从中关村到东皇城根。

他们一起合作翻译了苏联半导体权威学者A.F.约飞的《近代物理学中的半导体》一书,并于1955年由科学出版社出版。1955年上半年,北京大学物理系开设“半导体物理学”课程,由他们4人合作讲课。为了引起国内对半导体的重视,他们还筹划召开一次“全国半导体物理学讨论会”。出于各种原因,这次会议直到1956年1月30日至2月4日才在北京举行。没想到,会期推迟也为此次会议产生更为重大的影响埋下了伏笔。


摒弃跟随者心态向“1”突破

在世界半导体的发展历程中,中国是追赶者的角色,但这并不意味着企业只能以引进的方式发展。

从企业家精神上来说,要摒弃跟随者心态。引进的技术必然是他国淘汰的落后技术,引进做研究、投入生产会造成落后于市场的不良循环。可以从发达国家引进,但这只是个翘板,最终发目的是超越。台积电在1980年起家时引进了欧美技术,但最近它以5nm半导体工艺的试产超越了英特尔,实现了行业跟随者到领先者的身份转变。

中国半导体业仍需要敢于超越的企业家,而这样的精神力量正在涌现。1956年,新中国吹响了“向科学进军”的号角。“要在第三个五年计划期末,使我国最急需的科学部门接近世界先进水平。”当年1月,周恩来总理在作《关于知识分子问题的报告》时这样疾呼。烈火中淬炼出的新中国,第一次如此迫切地拥抱前沿科学。

不到3个月的时间里,全国上千位科学家在北京集结,共同制定1956—1967年国家十二年科学技术发展远景规划(以下简称十二年远景规划)。8月,《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要(修正草案)》编定,提出“发展计算技术、半导体技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的紧急措施方案”,这“四大紧急措施”的具体任务均由中国科学院承担。

“向科学进军”的号召发出后,全国上下对半导体事业的发展倍加重视和关注。王守武等人发起的“全国半导体物理学讨论会”,吸引了产业界代表、高校学者以及无线电和电子学等方面的科学工作者,影响远远超出预期。

在这次会上,王守武作了题为《半导体整流器》的报告。会议筹备期间,两位旅美科学家——高鼎三和成众志回国。他们在美国从事半导体相关研究,对半导体科学技术的应用更是洞若观火。他们在大会上报告了半导体相关器件和技术在海外的研究及应用情况,这对于刚刚起步、正在摸索中的中国半导体科学研究来说十分宝贵。

“这次半导体物理学讨论会的召开是甚为及时的。”时任中国物理学会理事长周培源在会议报告的《序言》中写道,“半导体物理学讨论会的举行,正好为制定这项任务(指十二年远景规划中有关半导体技术的建立的任务)的规划做好准备工作。”


在封锁和禁运中创造一切

2018年4月,美国对中兴通讯的“封芯”事件戳中了中国人的神经。事件本身带来的反思既包括自主创新的重要性,也涵盖了产业链经营的深刻内涵。对于中国而言,芯片生产所需的精细化学品、高纯度硅、封装材料等原料以及光刻机等精密装备,都存在海外依赖。在整个芯片的长产业链中,任何一个环节的问题都有可能引发区域的行业危机。

历史告诉我们,没有一个国家是靠市场经济将芯片做到世界第一的。全球只有五个区域将半芯片业做到成功,其中有作为集成电路发源地的美国、在集成电路设备和知识产权模块有优势的欧洲、作为后来赶超者的日本和韩国、中国台湾地区,这其中都离不开政府的责任。半导体是资金、技术、人才高度密集的产业,全球三家顶尖的半导体企业英特尔、三星电子和台积电,它们的成长也并非仅靠一己之力。

一个例子是,在二十世纪七八十年代的日美贸易战中,日本靠国家力量扶植出一批半导体企业和美国竞争,以至于当时日本企业的销售价比美国企业成本价还高。此时美国成立了一座国家研究院,联合17家公司参与做基础研究并出资分享成果。17个公司间既是竞争也是合作关系。这就是著名的联合攻关计划(SEMATE-CH),简要概括就是联合研发,避免重复建设,这也是美国半导体赶超日本的契机。当时,我在英特尔任职,曾被派到这个研发中心工作,非常震撼于这种联合攻关的国家战略。

自力更生、艰苦创业,成为我国半导体和电子科学事业开拓者们唯一的道路。美国在硅晶体管方面的进展很快引起了王守觉的关注。此刻他已从锗器件研制转入硅工艺研究,但他领导的小组还是沿袭过去研究锗工艺的方案,采用“双扩散台面工艺方案”研制硅器件。然而,这种工艺的固有缺陷,导致小组苦战一年未能取得实质性突破。

“要立即集中研究室力量投入对硅平面工艺的探索!”有着敏锐观察力的王守觉果断舍弃已取得一定成果的硅台面工艺,带领团队转攻硅平面工艺,向高性能、小型化的硅器件发起“冲锋”。此时,我国相关单位正因研制“两弹一星”所需的计算机,希望能寻找到更高性能的半导体元器件。王守觉深感,这正是团队要啃下的“硬骨头”,他毅然向这项重大任务发起了挑战。

硅平面型晶体管的研制,成了半导体所的“一号任务”。当时主抓全所业务的副所长王守武也经常深入研究一线,遇到技术难关时,大家常会看到“大王小王齐上阵”“全组上下一起干”的场面。1961—1962年,国家给半导体所二室分配了40多名留学生和国内高校毕业生,补充新鲜血液。在王守觉等人的组织下,他们建立了横向、纵向结合的研究队伍,横向小组主攻工艺问题、纵向小组主攻器件设计。

就这样闯过一个又一个难关,1963年底,研究团队研制出第一批超小型硅平面高速开关管和高频晶体管的样管,体积只有火柴头那么大。1964年进一步改进后,其更是小如芝麻,俗称“芝麻管”。


牢记“落后就要挨打”的教训

王守觉,我国著名半导体与信息科学家,微电子和ICCAD与神经元计算机领域专家。原籍江苏苏州,1925年生于上海,1949年毕业于上海同济大学。曾任中科院半导体所研究员、室主任、副所长、所长;1980年当选中国科学院院士(学部委员)。

王院士早年参与研究“两弹一星”所需计算机的基础器件,解决了高速晶体管化计算机的需要;1963年在我国首先研制成硅平面工艺和平面器件,保证了为中国“两弹一星”的研制工作做出重大贡献的109丙机的研制成功。研制成国内最早的4种固体组件,为专用微型机的研制创造了基本条件;他还在模糊逻辑和神经网络的半导体硬件的实现和模型算法方面做出了系列创新性贡献。

1978年他在国际上最早发表并研制成了集成模糊逻辑电路,使我国8位D/A转换器速度提高了20倍。领导研制成功数模混合小型神经计算机"预言神1号",曾获国家新产品一等奖,全国科学大会奖、中科院重大成果一等奖等。1990年起,致力于神经网络模式识别等机器形象思维的基础理论与实际应用基础研究,在国家“八五”、“九五”科技攻关中,承担了神经网络的实现和应用技术的攻关工作,并屡获国家大奖。

集成电路的出现是划时代的,其技术发展到今天,已经深入生产生活的方方面面。而我国硅平面晶体管和集成电路的研制成功,使得国产电子计算机采用集成电路的时间仅比国外晚了两年。“落后就要挨打”的教训,让王守武、王守觉这一代有志科学家勇于穿越战火、隐姓埋名,担负起强国的责任和使命。

王守觉常说,中国是发展中国家,只有自力更生才能发展自己、强大祖国。“我们聪明智慧的中华民族,为什么科学上总是在学外国的东西?我的梦想就是什么时候能翻身,什么时候能让外国中小学生念中国人写的书。我觉得到那个时候,中国的科学就可以和发达国家平起平坐了。”