華文網

他們研製的“中國芯”,有的打破國外禁運封鎖,有的追平世界先進,有的實現了彎道超車

人物簡介:任敏華,中國電子科技集團公司第三十二研究所IC產品部主任兼副總工程師。一直從事國產化嵌入式CPU、資料通信晶片等軍用器件的研發工作,和IC部同志們一起,在軍用IC晶片領域,

走出了一條自己的研發道路,打破了西方發達國家的封鎖。先後獲國防科技進步二等獎兩次和中國電子科技集團公司科學技術二等獎一次。曾被評為2007-2009年度上海市先進工作者。

我是一名晶片工程師。我和我的團隊的主要工作,就是設計出一塊又一塊的晶片。

大家不要小看這小小的晶片,它幾乎是這個星球上集成度最高的元器件,一個指甲大小的晶片上集成了數百萬至10億個電晶體。

正如潘長江所說,凡是濃縮的都是精品,這塊指甲大小的晶片如同人體的心臟,決定著整個電子產品的運行,非常重要,技術含量也很高。

長期以來,由於缺乏自主智慧財產權,我們國家的晶片需要大量從國外購買,2015年以來每年為進口晶片付出的代價甚至超過石油。

這一狀況在近些年得到改觀,就是因為有很多和我一樣的晶片工程師,製造了屬於我們自己的“民族芯”“中國芯”。

2000年以來,我的團隊研製了近40種國防用途的專用晶片。這些小小的晶片有的用在海軍大型艦艇上,有的用在航空航太領域,有的打破了國外禁運封鎖,有的追平了世界先進水準,有的甚至實現了彎道超車(見演講視頻)。

我們設計的某型斷網保護晶片,斷網續聯速度比Intel公司的同類產品快100倍。我們設計的關鍵功能控制FPGA演算法,它裝在火箭上的電腦裡,將控制系統的安全係數從99.9% 提升到了99.99%,達到世界先進水準。

大家可能會問,從99.9%到99.99%,有差別麼?這0.09%的差別可不是個小數字,它意味著,火箭發射失敗的概率從原先的千分之一下降到萬分之一,相差一個數量級。作為晶片工程師,我們就是常常為了這一個小小的數字,

花費幾年甚至幾十年的努力。下面就來和大家說說這款晶片的研發故事。

長征二號丁運載火箭是一款有著悠久歷史的金牌火箭,32所一直為該火箭提供電腦控制系統。2014年,所裡提出火箭雙捷聯電腦系統的研發,這個系統如同火箭提供了“駕駛員+保健醫生”,可以提高火箭的安全性能。

我的團隊經過一年的摸索,制定了演算法的詳細設計方案。在這個方案是否付諸實施的時候,

我們遇到了來自各方的質疑:加入該演算法控制FPGA,箭載電腦的所有配套設置需要更新,更新工作本身存在風險。美國的哥倫比亞號太空梭,1981年就服役了,就是採用了一點新技術,結果在2003年,造成機毀人亡的悲劇。

這個風險與0.09%的安全性能的提高,究竟孰輕孰重?

領導說,如果沒有十足的把握,還是繼續沿用老技術。畢竟,在這之前,32所創下的是百發百中的發射成績。

等不等?永遠等著下一次,那就會固步自封。我們沒有猶豫,拿出反復驗證的資料,再拿出一股執拗勁兒,投入到項目研發中。

2015年12月,長征二號丁運載火箭,成功將“悟空”號衛星發射升空。我們的雙捷聯電腦在火箭上首次運行,圓滿成功。

晶片技術在國內本來就是很晚起步的,我們所做的晶片又大多是軍用,從電路設計到加工工藝,都要實現完全自主化,這對晶片設計師來說,就相當於在無人區開闢新路。我們的團隊都是從學校裡出來的娃娃兵,沒有通過社會招聘的世界級的頂級高手,在這條充滿荊棘的新路上,碰壁、失敗是家常便飯,我們和盲人摸象一般苦苦摸索著。

我們的頭髮絲直徑是50微米,而晶片中電晶體的尺寸只有頭髮絲直徑的千分之一。晶片電路圖設計好後,要通過專門的生產線加工製造,這個過程叫流片。流片工藝要求非常高,流片一次的花費從幾十萬到幾千萬人民幣不等。這麼高的流片成本真是傷不起啊。

我這個部門,從2003年第一個產品研製成功開始算起,累計有六十次的流片失敗。這樣的工作性質,逼著我們團隊要仔細、仔細、再仔細。

60次的失敗,每一次失敗都需要我們回過頭去尋找錯誤源頭,而這樣尋找漏洞的過程,有時是幾天,有時是幾周,有時甚至是半年。這些錯誤尋之不易,卻給了我們很多經驗教訓。

有一次流片,一位版圖工程師居然把二極體的正負極接反了,究其原因,是我們自己寫的檢查程式在檢查邊邊角角等細節時出了問題。這樣的低級錯誤是最不值得的,整個專案組20多個人中,只要有一個人犯錯,其他人都是白乾。這是很心痛的教訓。

通過吸取這些“事故”教訓,後續犯的錯誤就越來越少,同樣的錯誤不會犯第二次。只是,犯的錯誤越來越高級了,越來越難查了。

我的同事對我的評價是“管得太細”“太較真”“太偏執”。我不希望我的團隊成員講“大概、也許、可能”,這也是被一次次失敗給逼的。我要求每個功能模組都要有公式推導,或者理論支撐,否者不採納該方案。我們有一個2011年立項的晶片專案,特別有設計難度,流片失敗了四五次,進度嚴重拖期,課題組都沒有信心搞下去了,因為不知道問題出在哪,該試的都試了,已經黔驢技窮了。當時我已經做了部門主管很多年,具體技術有點生疏了,咬牙重新提起筆來計算推導,陪同課題組一起閉關三個月,逐個模組進行排查分析。還好,功夫不負有心人,我帶領團隊找到了這個點,並且總結了一種通用的方法,以後對付同類項目就不怕了。

十幾年來,我們總是戰戰兢兢,走在尋找錯誤的路上。我們在失敗中成長成熟,也披荊斬棘開闢出一條條新路。

Intel第一任首席執行官安迪·格魯夫說過,“只有偏執狂才能夠生存”。我想只有偏執才能走到極致。

我的團隊中,有很多和我一樣的“強迫症”們。我雖然只是一個普通人,但我想,我們的較真和執著,正是在向大師們靠攏。

文/任敏華

等不等?永遠等著下一次,那就會固步自封。我們沒有猶豫,拿出反復驗證的資料,再拿出一股執拗勁兒,投入到項目研發中。

2015年12月,長征二號丁運載火箭,成功將“悟空”號衛星發射升空。我們的雙捷聯電腦在火箭上首次運行,圓滿成功。

晶片技術在國內本來就是很晚起步的,我們所做的晶片又大多是軍用,從電路設計到加工工藝,都要實現完全自主化,這對晶片設計師來說,就相當於在無人區開闢新路。我們的團隊都是從學校裡出來的娃娃兵,沒有通過社會招聘的世界級的頂級高手,在這條充滿荊棘的新路上,碰壁、失敗是家常便飯,我們和盲人摸象一般苦苦摸索著。

我們的頭髮絲直徑是50微米,而晶片中電晶體的尺寸只有頭髮絲直徑的千分之一。晶片電路圖設計好後,要通過專門的生產線加工製造,這個過程叫流片。流片工藝要求非常高,流片一次的花費從幾十萬到幾千萬人民幣不等。這麼高的流片成本真是傷不起啊。

我這個部門,從2003年第一個產品研製成功開始算起,累計有六十次的流片失敗。這樣的工作性質,逼著我們團隊要仔細、仔細、再仔細。

60次的失敗,每一次失敗都需要我們回過頭去尋找錯誤源頭,而這樣尋找漏洞的過程,有時是幾天,有時是幾周,有時甚至是半年。這些錯誤尋之不易,卻給了我們很多經驗教訓。

有一次流片,一位版圖工程師居然把二極體的正負極接反了,究其原因,是我們自己寫的檢查程式在檢查邊邊角角等細節時出了問題。這樣的低級錯誤是最不值得的,整個專案組20多個人中,只要有一個人犯錯,其他人都是白乾。這是很心痛的教訓。

通過吸取這些“事故”教訓,後續犯的錯誤就越來越少,同樣的錯誤不會犯第二次。只是,犯的錯誤越來越高級了,越來越難查了。

我的同事對我的評價是“管得太細”“太較真”“太偏執”。我不希望我的團隊成員講“大概、也許、可能”,這也是被一次次失敗給逼的。我要求每個功能模組都要有公式推導,或者理論支撐,否者不採納該方案。我們有一個2011年立項的晶片專案,特別有設計難度,流片失敗了四五次,進度嚴重拖期,課題組都沒有信心搞下去了,因為不知道問題出在哪,該試的都試了,已經黔驢技窮了。當時我已經做了部門主管很多年,具體技術有點生疏了,咬牙重新提起筆來計算推導,陪同課題組一起閉關三個月,逐個模組進行排查分析。還好,功夫不負有心人,我帶領團隊找到了這個點,並且總結了一種通用的方法,以後對付同類項目就不怕了。

十幾年來,我們總是戰戰兢兢,走在尋找錯誤的路上。我們在失敗中成長成熟,也披荊斬棘開闢出一條條新路。

Intel第一任首席執行官安迪·格魯夫說過,“只有偏執狂才能夠生存”。我想只有偏執才能走到極致。

我的團隊中,有很多和我一樣的“強迫症”們。我雖然只是一個普通人,但我想,我們的較真和執著,正是在向大師們靠攏。

文/任敏華