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    1. 與“中國芯”一同成長的“芯青年”:從追趕到開創

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      與“中國芯”一同成長的“芯青年”:從追趕到開創

      2022年08月02日 05:30 來源:光明日報
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        與“中國芯”一同成長的“芯青年”

        作者:本報記者 李丹陽 本報見習記者 殷澤昊《光明日報》( 2022年08月02日 12版)

        【到新時代新天地中去·青年就業之“芯青年”】

        在指甲蓋大小的微小之地,布局上億根晶體管和數公里長的導線,其工藝難度相當于在一根頭發絲直徑萬分之一大小的地基上,建起高樓大廈——如此集高精尖科技之大成的芯片(載有集成電路的半導體元件),是大多數現代電子產品和新興技術的“心臟”,也是當前全球高科技領域較量的焦點。

        “發絲上建高樓”的高端芯片設計制造人才,是這場較量的關鍵。

        2014年以來,我國集成電路產業連續保持每年20%左右的復合增長率,形成了巨大人才缺口,再疊加全球產業界“缺芯”的影響,“國產芯片產業比以往任何時候都迫切需要大量的高端人才”。專家表示,從芯片設計、制造和封測,到與之配套的材料、裝備和應用,都“急需科研業務強、有一線工作經驗的高素質工程師,還需具有前瞻視野的產業科學家,以及了解芯片行業的投資人”。

        近年來,一批年輕人在對國產芯片“卡脖子”技術的攻堅中得到實在的歷練,得以迅速成長。他們是與“中國芯”共同成長的新一代“芯青年”,他們準備好了——“站在前人的肩膀上,完成中國芯片從追隨到超越的歷史使命?!?/p>

        科技創“芯”路上,“頭鐵”有用

        要創新,有時不得不反復試錯。但就芯片制造而言,試錯成本十分高昂。

        從設計到量產,芯片要經歷關鍵的“流片”,即按照設計圖紙在晶圓上進行蝕刻,去檢驗每個工藝步驟是否可行、電路是否具備所需性能和功能。流片成功,就可以據此量產芯片,反之則需找出原因,再次優化設計。其間,通常要經歷1000多道工藝,持續三個月之久,耗資巨大。

        身為芯片設計師,中國航天科工二院二十三所高級工程師、90后青年迦琛對流片的重要性體會得很深?!盀榱吮W×髌h節的成功率,我們唯有在設計層面追求極致,反復改版、反復測試,不漏過一處細節?!彼f。

        一次,迦琛所在的團隊設計了一款芯片,幾次實測中均表現正常,卻在低溫條件下發生了故障。雖是偶發故障,但大家心中已“警鈴大作”,迅速行動,逐個元件、逐條線路排查設計隱患。

        小小芯片,精密度如同微縮版的城市,無數納米級的元件“屋舍林立”,電路線路“阡陌縱橫”,在這里尋找故障的難度可想而知。但他們不回避困難,竭盡所長、積極排障,終于找到了隱患。不僅如此,被發現的易在低溫條件下失靈的某個器件,成為促使團隊實現工藝突破的關鍵。

        “要創新,就要看你的‘頭鐵不鐵’?!笨偨Y經驗時,迦琛多次使用了“主動”一詞,因為“遇到困難,被動等待它消失是不可能的,不如‘頭鐵’一些,主動迎上去,或許能打通一條創新路”。

        主動出擊,是迦琛的答案,也是中國芯片人的答案。如中國工程院院士倪光南所指出的那樣:“曾經,我們希望能夠用更省事的辦法解決問題。實踐證明,核心技術是買不來的。中國芯片技術和產業的短板最終還是需要中國人踏實創新來解決?!?/p>

        靠著不逃避、不放棄的“頭鐵”姿態,近年來,中國研究者奮力追趕,一批國產芯片開始嶄露頭角?!拔覀兏牢康乜吹?,自主創新的拼搏精神能在這一代青年人身上薪火相傳?!敝袊教炜乒ざ豪走_心研制團隊有關負責人說,“‘中國芯’的發展,依靠的正是這些腳踏實地、仰望星空的‘芯青年’?!?/p>

        科技向善,是造一顆匠“芯”的意義

        2010年夏,北京一家醫院,等待許久的吳迎心情忐忑,他馬上就要拿到新生兒的耳聾相關基因檢測結果。吳迎是聽覺障礙者,對自己下一代最大的期望是擁有正常的聽力,和其他孩子一樣學習生活。

        “235雜合,聽力學檢測正常?!笨吹浇Y果的吳迎喜極而泣!此時他最想感謝的人,就是80后科研工作者張冠斌,遺傳性耳聾基因診斷芯片系統主要開發人員。

        對新生兒遺傳性耳聾基因進行檢測,曾經是一道難題。而張冠斌憑借一枚小小的生物芯片,讓不可能成為可能。

        從清華大學機械工程及自動化專業畢業后,張冠斌加入生物芯片北京國家工程研究中心攻讀博士學位,從事生物醫藥研究。那時,成人耳聾基因芯片診斷技術已經較為成熟。

        “謝謝你們的芯片技術幫我找到致聾原因,可是,我能生出健康的孩子嗎?”張冠斌讀博期間一次臨床實驗時,聽到一位耳聾患者的哀嘆。張冠斌內心久久不能平靜:“芯片技術能檢測成年人的耳聾基因,可新生兒檢測領域卻是一片空白,這可能讓很多患有聽覺障礙的孩子失去及早干預的機會!”

        從零開始,向那片空白地進發,研究新生兒遺傳性耳聾基因診斷芯片系統!

        張冠斌和團隊很快遇到了問題:如何把識別基因序列的磁珠通過探針連接到芯片上?磁珠量級以微米計,探針只有6.8納米長,二者差距甚遠。

        輾轉反側,夜不能寐。

        一天上班路上,他無意間觀察到一只毛毛蟲攀附在路邊綠植的莖稈上,蠕動著向上爬行。靈感就在此時意外迸發:“毛毛蟲的腳這么小,可它能將自己碩大的身軀緊緊附著在植物上。為什么?因為它的腳足夠多?;蛟S可以增加探針的密度,去實現連接!”

        幾番嘗試后,磁珠與芯片連接問題終于得到解決。2018年,遺傳性耳聾診斷芯片系統獲得國家技術發明二等獎。2021年11月,全國接受了遺傳性耳聾基因篩查的新生兒突破500萬人,直接避免了受檢者及家庭成員13萬多人因使用藥物不當致聾。

        當前,我國生物芯片技術的應用已走進醫療領域,尤其是在遺傳性耳聾篩查、檢測和醫療干預等方面,領先世界許多國家及地區。浸透著“芯青年”汗水與匠心的芯片,承載著人們對美好生活的希望。

        “當患兒的父母緊握著我的手時,我感受到愛、希望和溫暖,這不就是科學的意義所在嗎?”張冠斌說。

        從追趕到開創,相信自己、相信“中國芯”

        “小伙子,外面什么天氣???”中國科學院計算技術研究所的走廊里,站滿了等候研究生面試的學生,一位中年人突然走來問了陳云霽這樣一句話,把一心準備面試的他給“問蒙了”?;亓嘶厣?,才回答“是晴天”。

        “下一位,陳云霽?!彼崎_考場的大門,卻發現這位中年人坐在了面試官席上。原來,這就是國產芯片領域的專家胡偉武教授,陳云霽后來的導師。

        胡偉武教授詢問面試者天氣的原因,陳云霽是后來才知道的。胡偉武說:“那時候我整整一周都沒出研究所了,才想問問外面的天氣情況?!?/p>

        這意外的回答,深深感動了陳云霽。忘我精神,在師徒之間傳承了下來。

        近十年間,陳云霽在導師的帶領下一直在國產芯片領域深耕。2008年,25歲的陳云霽博士畢業后成為龍芯3號主要架構師之一。29歲,他成為中科院計算所的博士生導師。

        “要向無人區進發?!彪S著科研的深入,陳云霽腦海中的這個聲音越來越響。此前的工作大多是“追趕”,雖然一些成績填補了國內相關領域的空白,但終究是和國際上的芯片研究者在同一個賽道競爭。陳云霽想做的是“開創”,另辟一條新賽道,讓中國成為領跑者。于是,他把研究領域轉向人工智能與芯片設計的交叉研究。

        蹚一條新路絕非易事,何況那時人工智能領域的研究才剛起步,前景未知。陳云霽和學生做了大量調研,卻鮮有收獲,甚至最前沿的國際會議上都缺乏相關論文。

        漸漸地,有的學生想打退堂鼓,有的同行也認為找不到這樣的路。

        陳云霽不信!那時對機器學習的計算、訪存和通信的基本規律并不清楚,問題層出不窮,他仍鼓勵大家:“憑龍芯項目時期打下的堅實基礎,慢慢算,總能算出來?!?/p>

        像導師曾經做過的那樣,陳云霽把床搬進了研究所,一心撲在研究上。經過幾年努力,第一個深度學習處理器問世,這是國際首個深度學習處理器芯片。

        堅持,讓陳云霽守得云開見月明。2021年,陳云霽的“深度學習處理器體系結構新范式”獲得2020年度國家自然科學獎二等獎。

        “從‘追趕’到‘開創’,不是須臾便能達成的,需要一代代有科學理想、坐得住冷板凳的人久久為功地做下去?!标愒旗V說,更重要的是相信自己,相信能夠在我們手中,創造屬于自己的“中國芯”。

        (本報記者 李丹陽 本報見習記者 殷澤昊)

        (本期選題支持:詹媛)

      【編輯:葉攀】
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