中国芯片产业的“独立团”

传感器技术 2020-12-15 00:00

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 如何增强能源基础设施的实时控制？

作者：董指导/刘芮/陈帅/杨健楷

出品：远川研究所科技组

提起半导体人才，有两个学校特别突出：一个是清华大学，一个是加州大学伯克利分校。这一土一洋的两所学校，为中国芯片行业输送了大批顶尖的工程师、企业家和投资家，并通过传帮接代的校友关系，孵化出一批又一批的芯片企业。

这种校友关系在清华学子朱一明的创业过程中体现的淋漓尽致：

2004年，89级物理系的朱一明和85级半导体专业的舒清明创业搞芯片，找到了85级自动化系的李军，李军帮他们弄了一笔风投，并介绍给 83级经济系 的薛军，薛军联系到 80级工物系 的罗茁，罗茁掌管的基金投了200万人民币，又拉来 81级电子系 的邓峰，终于凑了92万美金开始启动。

12年后，这家叫做兆易创新的公司上市，如今市值已近千亿。而在兆易创新之前，77级半导体专业陈大同等人，也早已创办了芯片设计公司展讯，曾经是联发科的劲敌。

可以说，清华是中国半导体圈的主力军，而主力军中的王牌部队则当属“清华半导体专业”，也就是如今的清华微电子学研究所，它就像《亮剑》里的“独立团”一样，很能打。

微电子所成立成立于1980年，其前身可以追溯到清华大学1956年设立的半导体专业。今年十二月，正值微电子所四十周年之际，我们团队从上海到北京，在微电子所进行了深度交流学习，听老教授们讲授求学做人、一代代清华微电子人讲述在半导体领域的故事。

四十年岁月，微电子所萌芽、成长、到如今桃李满堂，谱写了中国半导体领域一段雄壮的乐章。

清华微电子最初的种子，是“八员大将”加上一位院士。

1956年暑期，五所名校在北京大学联合开设了我国第一个半导体专门化，清华派出了曹培栋、张建人等八名青年教师旁听学习。随后，清华又聘请到了美国普渡大学归来的王守武院士，兼任清华半导体教研组主任，于是，清华的芯片班子，就这么“中西”结合的在无线电系下面搭建了起来。

这个全系最小的教研组办公地点在立斋三楼，是由几间由学生宿舍临时腾出的空房。虽然设施简陋，但研究领域却可谓是“全面开花”：有搞锗器件，有搞半导体收音机，有搞整流器，有搞光电器件，也有搞硅材料。1959年苏联专家契尔金前来指导后，小组又增加了对碳化硅非线性电阻的研究。

领域扩张的同时，清华在扩充队伍方面也也热火朝天、甚至用了一些“巧办法”。比如曾担任微电子所长的李志坚，就是“稀里糊涂上了清华这条船”。

1958年，李志坚从列林格勒大学毕业回国，刚到北京火车站，就碰到了清华无线电系书记李传信亲自在车站迎候，并迅速委派到无线电系上任。在计划经济时代，李志坚以为这是组织的决定，便也欣然前往。

但工作了一段时间后，李志坚却出乎意料地接到教育部的通知，告诉他有三个地方可以选择：清华、浙大、西交大。事后李志坚曾回忆说，自己当时也很吃惊，而且对回浙江老家和浙大母校颇有些心动，但考虑到考虑到人已到清华，“情面难却”，也就留了下来。

而事实上，清华争取李志坚，是做足了功课。清华教授张礼就曾写信对其劝说；1957年的时候，清华南德恒、冯庆延和王天爵等三位学者，还以“无线电电子学系半导体专业筹备组”的名义，写信邀请李志坚。

清华对人才的重视可见一斑。而李志坚也成为了王守武院士之后教研组工作的实际主持人，为清华微电子所夯实了基础。

1958年，清华教研组攻克了批量生产多晶硅工艺，同年，第一块集成电路诞生，清华也随之提出要主攻硅集成电路。7年以后，摩尔·戈登提出摩尔定律，芯片发展进入了快车道。但正准备迎接黄金年代的半导体专业却等来了命运的第一次坎坷：文革开启，专业被一分为二，大部迁往绵阳，小部分留守北京进车间。

四川绵阳的艰苦岁月，可以说既是奇迹，也是遗憾。清华人重新搭建实验室，开展教学，还与成都本地的970厂进行了产学合作，北京的半导体车间也开发出不少产品，但同期，世界已经进入了超大规模集成电路的时代，英特尔陆续推出第一款商用存储芯片、第一款微处理器、外面的世界，已经天翻地覆。

“文革”结束后，绵阳分校在邓小平同志的亲自关怀下，全部撤回北京，而半导体专业，为了追赶国际水平，也迎来的新的阶段：从无线电系独立，正式成为一个所。

1980年9月成立的清华微电子所，人员仅有74名教师和61名学生，经费也依旧不足，连盖教学楼资金都需要边建设、边筹资。但在之后的四十年，微电子所陆续实现突破，成为中国芯片产业公认的黄埔军校。

微电子所的成长，如同每一个少年一样，在遭遇困难和实现突破中演绎。

这些年轻学者面临的第一个十字路口，便是：硅，还是锗。

虽然硅的物理属性比锗更优，更适合半导体产业，但在50年代后期，锗的材料和器件都已量产化，相当成熟；而硅技术却方兴未艾，还处于发展初期。因此，做锗研究可参考、学习的东西多，比较“保险”；而做硅研究，则可参考的资料少，难度要大得多。

由于资源有限，所以大家关于这个问题，确实也争吵了一段时间。但最后形成了一致意见，整流器之类的也不要停，但也要敢于做前瞻，必须有人研究“硅”。教研组甚至带领1960届的学生们，全部投入实验室参加技术攻关。

师生同心、其利断金。60年代中前期，微电子所就已经掌握了硅平面技术以及硅集成电路的研制，与美国启动的时间相差不足十年。

随后微电子所历经分散再重聚，而刚汇合后，微电子所便面临了第二个选择：双极还是CMOS。

当时四川绵阳的同事负责双极电路，而北京则负责MOS集成电路。双方再次面临同等资源下的选择。双方没有考虑各自的已有投入，而是以技术趋势、国家利益为重，最终再次形成共识，要做COMS，并从工艺、器件物理、电路设计和CAD技术等几个子方向进行攻关。

很快，微电子所在原教研实验室基础上，建立了第一条半导体超净工艺线，并于1989年建成了我国第一条1微米级硅CMOS工艺引导线。全新的设备运来，微电子所成了全国半导体院校艳羡的对象。但光鲜背后，都是默默的付出。

当年，由于超净设备无法关停，所里骨干教师便轮流加班，像熬鹰一样维护产线24小时不间断运转。而环境监测和净化设备不足，老师和学生甚至只能把“一块毛巾折成8个面”，擦桌子、擦地，来保持产线洁净水平。而更惊奇的故事，则是“如何克服管制”。

在“巴统”等管制下，清华引进的设备，功能并不齐全。刻蚀设备没有终点检测模块，这就意味着机器不知道在什么位置暂停，导致刻蚀出错、晶圆报废。既然机器不好用，微电子所的研究人员打算，靠人。

大家通过“实时人工观察”的方式，通过颜色变化来判断是不是到终点了，再不断积累经验提升工艺控制能力。这些故事听起来有趣，但又辛酸，时刻提醒着我们，自主自立并不是一句话，而是一个困难但正确的决定。

清华微电子所克服的另一个挑战，便是光刻机的引进。 这是清华国际视野的体现，也离不开杨之廉老师的努力。他在访问荷兰时，促成了荷兰代尔夫特大学微电子所和清华微电子所的“联姻”，两个研究所开始了学者交流、联合培养等合作，这些要素都促进ASML公司向清华捐赠了光刻机。

虽然有了设备，但EDA软件还是一道坎 。很多微电子所当年的毕业生，经常会跑到一机部自动化所，在一台从日本进口制版系统的小型机上作电路仿真研究，使用的正是清华计算机系编写的SPICE程序。软件虽然简陋，但也在一定程度上奠定了后来我国芯片设计EDA软件发展的基础。

正是依靠着自主的精神、国际合作的视野，1990年，微电子在国内首先成功研制出集成了106万晶体管的汉字存储器芯片。这标志着我国进入了超大规模集成电路(VLSI)的水平，打破了“巴统”的封锁。时任清华党委书记李传信也由衷感慨：“那么少人、花那么少钱（1500万），干那么多事、出那么高水平成果！”

而体现中国自主能力的时机，则是1993年启动的“金卡工程”。 当时中国打算将第二代证件采用非接触式IC卡技术，但这项技术专利基本都在海外公司手里，尤其荷兰飞利浦公司，掌握了90%以上的份额。

消息发布后，海外公司纷纷开展“公关”希望拿到项目。但由于法定证件涉及许多敏感信息、事关国家安全。所以，有关部门非常坚决地提出，一定要“国产自主”。而这个重担，自然也由清华微电子所等机构、公司担了起来。

微电子所的学者们，带领研究生从简到繁先后研制成功了单工、双工无线通信的RFID技术与样品。并连续攻克了高于海外技术的规范标准要素。最终，在2000年3月，微电子所基于EEPROM，成功研制出了二代证IC卡芯片样片，突破了专利封锁，也保护了国家数据安全。

从最初的技术封锁，到自主突破，清华微电子所一路“过关斩将”，而其从学术到商业的“芯”旅程也拉开了序幕，一批批微电子所的学者，开始转身登上商业的舞台。

从成立至今，清华微电子和兄弟院系已经为中国的芯片产业贡献了三批企业家。

第一批是“海外发光派”，代表有早期赴美留学的77级陈大同和81级邓锋。

两人90年代活跃在硅谷的华人圈子，分别创立了豪威科技和网屏公司。颇为有趣的是，两人都是微电子的老辅导员。而清华内部历史悠久的“传帮带”模式，也被两位辅导员从北京带到了硅谷，众多直系师弟被他们直接招到了美国，由此构成了两家公司的技术中坚力量。

无论是豪威还是网屏，都是典型的挑战全球巨头的创业公司。陈大同所创建的豪威，用CMOS技术打败了日本传统的CCD传感器。邓锋所创建的网屏，开创了用芯片硬件去做网络安全的模式，向思科发起了冲击。

豪威和网屏在短短数年间的上市，也证明了清华微电子这个集体，有能力做出颠覆式创新的产品，并对全球芯片的制高点发起冲击。

第二批是“回国发力派”，是清华最早一批回国的创业者，代表有79级武平、85级冯晨晖、85级舒清明等人。

清华微电子的回国创业潮，始于2000年国家发布的集成电路新政。从90年代开始，清华校友在硅谷形成了一个紧密圈子，这个圈子经常讨论潜在的创业机会，并且信任感很强。随着时间的推移，众多微电子专业出身的清华校友意识到了中国芯片创业的机会。

这一代回国创业的清华微电子校友有两个特点。

第一个特点是老少配、跨行配。和不同专业、年龄的校友搭伙创业，实现优势、资源互补。

武平和陈大同搭伙创建了展讯，从做2G芯片起步；舒清明和89级物理系师弟朱一明搭伙创建了兆易创新，从存储器IP发家，转向NorFlash存储器制造；冯晨晖和90级计算机系师弟许志翰，搭伙创建了卓胜微，从地面电视芯片起步，随后转向手机射频芯片，并成为行业龙头。

第二个特点，则是他们都崛起于手机电子元器件的细分市场，这体现了清华微电子的创业风格：选大赛道，做务实事。

展讯成立之初，避开了最难的3G芯片，先做好2G，有了业务基础、市场经验之后，再向3G突破；兆易创新，一方面避开了闭门造车、白手起家，而是通过收购的方式，完成了存储器IP的积累；与此同时，也从Flash出发，继而再向NAND、DRAM等存储器进军。而卓胜微则避开了难度大的PA，先做好开关和低噪声放大器。

而随后的事实也证明，在半导体领域，在美国技术压制下，创业，也许就是需要农村包围城市，先在中低端有根据地，有收入、有业务基础，再对高端产品市场发起冲击。

第三批则是“本土崛起派”，代表人物有85级的赵伟国和虞仁荣等人。

清华的海归派把企业做大做强，为中国芯片事业留下了宝贵的火种。而本土的清华校友则展现出了灵敏的嗅觉，他们“纵横捭阖”，提前开启了中国芯片公司的并购时代。

赵伟国在紫光主持了展讯、锐迪科等大型的并购案，虞仁荣则把海外的豪威科技收归韦尔股份麾下。尽管当时还没有中美摩擦，但他们也已经在快马加鞭，在2018年前迅速完成了诸多复杂的收并购动作，为中国芯片产业的整合，赢得了宝贵的时间窗口。

三代企业家各有使命、砥砺前行：第一代赴美留学硅谷创业，以颠覆式创新完成对巨头的革命；第二代回国试炼本土创业，在地狱级别的中国市场，找到了最适合中国国情的芯片产业链爬升道路；第三代长于收购，在相当程度上给产业打了补丁，用资本加速芯片产业的初步整合。

而如果再往前追溯的话，半导体圈的老厂长也是微电子所人。57级的朱贻伟曾任中国70年代最大的半导体工厂东光电工厂的副厂长，在北京市集成电路产业改革中发挥了重要作用，其退休后仍然发挥余热，积极引荐我国台湾企业家参与华晶改革。

除了走出校园的企业家之外，其实微电子所的历任所长，也都是学术或商界的楷模。比如，原所长魏少军，在世纪之交率队研发出了SIM卡芯片，一举打破了外国芯片公司对我国的垄断，其本人也曾担任大唐电信科技股份有限公司总裁。

现任所长吴华强，是材料学与管理学双学位，曾在美国AMD和Spansion公司担任高级研究员。2020年，吴华强在《Nature》杂志上发表论文，在国际上首次实现基于忆阻器的多阵列存算一体系统。

40年来，微电子所累计培养本科生2000余人，硕士生1500余人，博士生300余人。微电子所在学术、管理、商业等领域，践行着“帮传带”的传统，不断夯实中国芯片产业的根基。

在交流结束之际，我们特别参观了一下教学楼里的 “微纳加工平台” 。这里有一整套芯片生产流程，光刻机、离子注入机等等设备一应俱全，总价值近3亿多。而这个实验室，完全面向本科生开放，可以在里面进行研究、实操。让产业进入校园、用实战补充理论。

而这对于中国半导体而言十分宝贵。当我们谈论中美半导体差距时，总会落在时间和人才两个方面。需要时间积累技术，更需要时间去耐心培养人才，正所谓，十年育树百年育人。

这也是微电子所每一位教授在思考的问题。微电子所在过去四十年，做了很多；但也仍需要做的更多。相信靠着一批批人才的成长、严谨求学精神的传承，我国半导体自主事业一定会走上更快的步伐。卡脖子，也不再会成为我们的痛处。

而我们需要感谢的不仅仅是微电子所，还有全国各地在为中国技术突破，所默默付出的每一位学者、研究员、工程师、企业家、甚至是在校学生。希望他们的付出，获得配得的回报。因为，我们的自主之路，依然还很长。

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