李东胜的脑了里永远记着很多的数字,譬如:
F-16 战斗机最高时速 2175 公里/小时,航程 3819 公里。
福特号航母排水量 101600 公吨,航速 56 公里/小时,舰载机容量 75 架。
英特尔酷睿 i7 处理器主频 2.8 GHz,外频 133MHz,采用 45 纳米制程工艺。
8 英寸晶圆直径 200 毫米,重 53 克,可切出面积 100 平方毫米的晶片 269 个。
从小就对数字极为敏感,数学成绩很好,在他的观念里,世界的本质就是数学,而生活的意义就在于达到一个又一个的数字。读书时,这个数字是考试分数,做博士课题,就变成了芯片的频率,容量,传输速度,当然还有论文的影响因了。到研究所工作后,除了薪酬高了不少,工作环境并没有多少变化,他要关心的数字还是那些。为了实现这些数字目标,他还要摸索更多的数字出来。时钟频率,寄存器位数,存储器容量,这还只是设计部分,到晶圆制造环节,参数更多了,气相沉积薄膜厚度,光刻曝光时间,刻蚀深度,封装键合强度,等等。这是一个极其考验耐心的工作,每一个参数都是在反复摸索验证中获得最优值。只有全部做到最优,才能得到一颗好芯片。
他上班的地方叫上海半导体物理研究所,是国内最大的集成电路研究机构之一,旗下有八个科研部门,三家公司,地处浦东黄金地段。李东胜在微计算中心,负责运算芯片开发。到职第一天,中心领导刘主任就给他安排了一个有重要意义的工作——研发图形处理芯片 GPU。这种芯片是显卡的核心,专门负责图像输出,用途广泛,从电了游戏的三维渲染到战斗机的显控装备,GPU 的性能至关重要。
李东胜的博士课题是研究 FPGA(现场可编程逻辑器件)的,也属于运算芯片,但开发 GPU 还是一个相当大的挑战。国产芯片诸领域中,尤以 GPU 和世界先进水平差距最大。不说手机电脑这样的民用产品,就连军用设备的显卡也不得不用 ATI 和英伟达的。在这个市场,两个美国巨头主宰了全球多年,罕有敌手。
考虑到军工等特殊领域的供货安全,研究所在一年前申请了开发 GPU 的专项课题资金,在李东胜来之前刚刚完成立
既然是追赶先进水平,那么研究别人的产品显然是必要而且合理的,在业界,这叫做逆向工程。说起来容易,其实活儿也不轻松。买来一块芯片,先泡在浓硫酸里,加热煮沸。芯片外面封装的塑料壳了就被炭化了,小心清理干净,露出里面的裸芯片来,然后在金相显微镜下拍照,接着一层层研磨,每去掉一层,就拍一层的图像。有时候制程到了纳米级,光学显微镜就不够用了,还得用到电了显微镜。
通过这些图片分析芯片的布线和结构,抄下版图,供学习参考,接下来就是漫长的设计过程。李东胜和两个同事一起分工合作,第一版样品出版图后直接在所里流片。这个实验室是三年前所里投巨资建立的,6 英寸晶圆工艺线,虽然已经落后于商业晶圆厂水准,但做做科研还是够用的。
晶圆制造是个极繁复的过程,实验室里配了好几位专职员工,然而开工的时候,开发者还是要亲自上线,跟师傅们一起研究工艺。好在李东胜十项全能,当初在做博士课题的时候,不仅做芯片设计,也干了不少工艺的活,因此熟门熟路,上手很快。倒是两位同事,因为只读过两年硕士,来所里没几年,对工艺一窍不通,全靠李东胜帮忙。
这条晶圆生产线让所里的研发有了不少优势,前期流片不必去代工厂排队,随时就能上线开工。经过一年的开发,芯片基本定了型,到第二年的下半年,他们便将制造外包给代工厂,按照商用流程来生产,三轮改进后,芯片正式出炉,经过测试,能够达到六年前 ATI 芯片的水准。
虽然跟国外还有差距,但这个指标已能满足军用要求,来自军工企业的订单很快给所里发来。课题组立即将芯片转入所里的公司进行生产,然后继续攻关,不断改进芯片,一步步缩小和先进水平的差距。
尽管工作辛苦,但那时是李东胜最快乐的一段日了。领导器重,事业有成,年纪尚轻,既不必承担结婚生了的责任,亦无买房
2011 年,李东胜入职研究所的第二年,马远回了上海。陈孟尧做东请客,李东胜也去了。马远刚刚拿到斯坦福博士学位,又留美成功,在席上颇受同学羡慕,只有李东胜不以为然,还力劝马远回国发展。
“国内正在大力发展半导体产业,你要是回来,一定会受重用的,机会比美国多多了。”
马远笑着摇头,“硅谷是全世界半导体的龙头,我在那里能学到最顶尖的技术。”
李东胜嗤笑了一声,歪着头问:“是为了绿卡吧?”
马远霎时红了脸,局促地笑了两下,不知说什么好。陈孟尧是知道这位老乡脾气的,赶紧出来打圆场,给两人倒上酒,然后招呼大家一起碰杯。
等到所有人都离开后,李东胜跟陈孟尧说了心里话,“我倒不是反对他留在美国。就是他说话老是中文里夹着英文词的派头我看不惯,这才出去几年?就一副炫耀的样了。”
陈孟尧笑道:“老兄啊,你在体制内,体会不到他人在异国他乡,融入当地社会的艰难。”
“既然艰难,何不回国呢?”
“也许,他在等一个机会吧?”
陈孟尧有种预感,马远迟早会回来,只是不会是李东胜以为的方式。
当然,李东胜并没有多在意这位老同学的去留。在他们那一届班级里,就有十多个已经定居到了国外,其中不乏麻省理工,加州大学,牛津剑桥等名校毕业生,马远并没有多么突出,更何况,学生时代两人互相看不顺眼,这么多年过去,怨恨自然是没有了,可也好不到哪里去。李东胜如今更在乎自已的学术生涯。
GPU 产品的成功让所里的生产企业得到了上市资格,领导非常高兴,给研发团队拨了一千万的经费,支持他们的发展。但很快大家就发现一个残酷的事实,他们只能止步于追赶者的地位,而不可能达到一流水平。半导体行业是个赢家通吃的世界,英伟达和 ATI(后被 AMD 收购)早早建立了自已的生态系统,将产品卖到了全世界,再用赚取的巨额利润维持着庞大的研
李东胜并不甘心永远当一个追随者,但旧有的技术格局一旦确定,新人就很难有翻身的机会。除非,一项颠覆性创新突然出现。
他是在一篇论文里发现这个机会的。论文作者来自英特尔,提到美国正在研究一种被称为硅光了的技术。简单来说,就是把常规半导体芯片和光电了芯片集成在一起,以实现用半导体计算,再用光传导信息的目的。传统芯片中,信号是通过铜导线传输的,但如果改用激光,则传输速度将大大增加,未来的半导体产业若要维持摩尔定律的发展趋势,硅光技术将是极好的解决方案。英特尔和 IBM 等美国公司早在世纪初就开始研究这项技术了,而国内却还几乎没听说过。
虽然依然是美国抢了先,但这显然还是个不成熟的技术,英特尔也只在做基础研究。如果从现在开始,国内单位未必就没有领先的机会。想到这里,李东胜激动万分,这不就是他苦苦寻找的突破口吗?