中国芯的ISSCC/JSSC之路

发布网友发布时间：2024-10-01 23:50

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热心网友时间：2024-11-08 04:30

集成电路产业在今天倍受瞩目，这与中美竞争的战略格局密切相关，也是技术发展阶段的必然产物。肖克利实验室成立时是五十年代中期，中国在这个领域没有历史负担。冷战时期的美苏争霸，集成电路并未成为焦点，因电子系统的集成化远未达到现在的程度。世纪之交，单个2G手机主板上仍有大量分立模块和器件。当时，纸质通信承载大量信息，摩尔定律指导着半导体工艺的演进，整个产业界在奥林匹克精神的指引下追求更高、更快、更强。我刚入行时，行业传奇往往聚焦于天才，注重芯片的卓越，较少关注应用和系统需求。现今电子系统的集成度接近仅芯片无事可做的地步。例如手机，仅需数数芯片和关键组件即可计算成本。因此，从技术角度看，硬件领域的壁垒集中于集成电路。近年来，美国通过封锁芯片及产业链，打击华为等国内高科技行业，意在复制八九十年代扼杀日本的成功策略，没有其他选项。全球化体系与产学共生，当前状况虽不理想，但未必完全消极。遵循摩尔定律，集成电路发展迅速，具有高资本、人才和技术门槛。90年代以来，国家多次尝试投资集成电路制造，但大多建成即落后，至今未能追赶。近年来，摩尔定律放缓，整个行业放缓，追赶效率和追上机会显著增加。国家需求和投入吸引大量资本和人才投身该行业。大基金等国家资本与海量民间资本并存，各地微电子学院毕业生与持续的海外人才回归交织。关键在于技术积累，包括前沿技术的本土化和引领性研究。这极其困难，因为集成电路行业涵盖从材料到器件、从设计到制造、从系统到应用的多个环节，尚未任何一个国家有能力独自建立完整的工业体系。例如，EUV光刻机的制造仅荷兰ASML能做到，其中光学系统的关键部件多层膜反光镜仅德国蔡司可以制造，平整度要求相当于整个德国面积内海拔起伏不超过1毫米。对于这种精细技术，从业者日常心态多是谨慎与稳重。因此，实现弯道超车可能性较低。产业体系各司其职，持续努力若干年更为实际。

回到技术层面，合理组织一群称职工程师，提供足够的资源和耐心，技术成功并非难题。海思提供了很好的例子。集成电路技术发展史中，华人一直在做出巨大贡献。CMOS技术提出者之一萨支唐教授、施敏教授提出NVM、胡正明教授提出FinFET和FDSOI成为纳米时代的主流技术。黄秋庭教授2003年代表华人入选ISSCC 50周年十大贡献者。这几位都是大陆出生，横跨学术与产业，最终归于学术领域。这是集成电路行业特点之一，学术界与产业界紧密相连。FinFET的发展历程中，即使资源密集的制造业也在不断寻求学术界的创新。设计领域尤其普遍，以高通、博通为代表，众多著名fabless设计公司拥有深厚的学术背景，甚至部分直接由大学教授创业。国内清华大学和复旦大学学者的产业化努力也卓有成效。这种共生关系使得学术研究水平直接反映了产业发展的状况。

提到ISSCC和JSSC，集成电路设计领域最高水平成果通常在此展示。ISSCC（国际固态电路会议）仅有两页，不必揭示太多技术细节，是学术界与产业界展示最新成果的舞台。ISSCC要求工作为最佳或第一。集成电路史上的里程碑产品往往在ISSCC上宣布。JSSC（IEEE固态电路期刊）创刊之初旨在登载ISSCC的扩展长文，审稿过程更为严格，允许作者与审稿人进行技术讨论。后来，几大会议如VLSI Circuits、CICC、ESSCirC和ASSCC等也会在JSSC上集结出版优秀论文。JSSC也接受直接投稿。由于严格的评审过程，发表在JSSC的文章通常更扎实。可以认为，JSSC是这一领域技术积淀与归档的详尽而严肃的平台。发表在ISSCC和JSSC的论文是学术水平的直接度量，侧面反映了设计行业的整体发展水平。

2017年，我访问麻省理工学院并与新任工学院院长Anantha Chandrakasan教授会面。在介绍成电的光荣历史和伟大成就后，他询问了我们有多少ISSCC论文。沉默后，他解释说自己了解清华和复旦有少量论文，想知道中国最好的电子工程专业有多少篇。我作为联络人如实回答了尴尬的答案。这种级别的学者和管理者显然将ISSCC/JSSC视为集成电路乃至整个电子工程的衡量标准。中国ISSCC/JSSC之路。

与之对应，2000年前中国大陆地区极少发表ISSCC或JSSC论文。第一篇ISSCC论文于2005年IDT新涛公司常仲元博士等发表的PLL。第二年，半导体所吴南健教授团队发表了大陆学术界的首篇ISSCC论文，题目为PLL频综。2007年，鼎芯的李振彪博士等发表第三篇ISSCC论文，题目是我国自主3G标准的TD-SCDMA收发机。之后，清华大学李宇根教授和王志华教授团队的喻学艺博士等在2008和2009年连续发表了两篇ISSCC论文，复旦大学唐长文教授团队卢磊博士等2009年也发表了ISSCC论文，题目均为频综相关。此外，复旦大学洪志良教授团队在2011年和2014年发表了电源管理方面的ISSCC论文，中科院计算所龙芯团队在2011和2013年、复旦大学曾晓洋教授和虞志益教授团队在2012和2013年都连续发表了处理器方面的ISSCC论文。直到2016年起，中国大陆地区才开始持续每年都有ISSCC论文发表。

在JSSC方面，国内早期工作包括1992年宁波师范大学和杭州大学合作发表的全加器，1995年十三所发表的III/V工艺运放，以及1997年上海贝岭杨崇和博士等发表的PLL频综。2004年，清华大学刘雷波教授等在JPEG2000编码器、2006年东南大学黄风义教授等在建模、2008年吴南健教授团队在视觉芯片和曾晓洋教授团队在ADC等方向相继发表论文。但直到2013年，大陆地区才开始持续每年都有JSSC论文发表。2018年以来，大陆地区的ISSCC和JSSC论文数量呈现快速增长趋势，与产业发展同步。

以上统计不包括台湾、香港和澳门三个地区。台湾和香港在设计方面起步较早，台湾拥有独特的代工优势，因此ISSCC和JSSC的爆发曲线比大陆地区更早。例如台大2005-2007年连续三年ISSCC论文数位居全球高校第一，2007年发表11篇论文位居全球所有单位第一，李致毅教授更是获得ISSCC Beatrice最佳论文奖。香港在港积电流产之后缺乏产业支撑，但得益于其特殊开放地位、巨额港科大投入和北美顶尖名校博士的招募，也成就了ISSCC和JSSC的辉煌时期。澳门大学的成就尤其值得一提。在几乎完全无产业土壤和人才基础的环境中，不懂中文的葡萄牙人马许愿教授经过20多年的持续努力，从无到有带出世界顶尖的集成电路设计团队。近几年，澳门大学发表的ISSCC论文数一直位居世界前列，模拟和射频论文数相信是世界第一。路延教授团队更获得了2017年ISSCC远东最佳论文奖。这些成就不仅是澳门和中国的骄傲，也是世界集成电路发展中的奇迹。在ISSCC/JSSC论文看，港澳台地区的IC设计已达到国际一流水平，而中国大陆目前处于重点突破和稳步成长阶段。一些国际水平的研究团队开始出现，但不同方向发展水平仍有较大差异。例如在低功耗AI芯片方向，今年（2020）ISSCC上的所有3篇论文都出自大陆高校，包括清华大学刘勇攀教授团队2篇和东南大学单伟伟教授团队1篇，显示出明显优势。射频方向近年来ISSCC持续有文章发表。然而，集成电路领域最传统方向之一，也是当前中国的卡脖子难题ADC，直到今年中国大陆才发表了第一篇ISSCC论文，由清华大学刘佳欣博士与UT-Austin孙楠教授团队完成。我们组今年发表的放大器是基本模拟电路，也是大陆学术界的首篇。此外，国内产业界发表论文和技术交流风气尚未形成，适应国情的产学互动与合作模式待探索。参考国外和港澳台地区经验，这是IC设计行业健康成长的必要需求。