中國芯片往事

1957年1月6日上午,美國舊金山海岸的候船室里,一位身著紫色旗袍的中年女子坐在靠窗的一排沙發上,窗外是繁忙的碼頭和碧藍遼闊的太平洋。
女子約莫四十歲光景,但仍然氣質出眾,眼神明亮且睿智。此時此刻,她看起來似乎興奮中略帶焦急,眼睛時不時望向手腕上的表。
當時針大約指向十點時,女子身邊走過來三個人,兩男一女。其中一個男人用紳士的口吻問道:
“您是林蘭英博士嗎?”
“是的,我就是。”女子一邊答應一邊起身,神情中隱隱透露些不安。
“林女士您好,我是海關的工作人員,這兩位剛才一直在尋找您。”說話的男子將手引向身旁的一男一女。還沒等林蘭英打招呼,他們就先出示了證件:
原來是美國聯邦調查局的調查員。
這兩名調查員對用一種不容拒絕的語氣對林蘭英說要檢查一下她的行李,然后就將林蘭英領到碼頭運送行李的地方,空蕩蕩的棧臺上只放著林蘭英的兩只行李箱,其他的行李都已被運上船。
看到自己的行李箱,林蘭英的心臟開始收縮,因為緊張。但此情此景,她只能強作鎮定,配合調查員的要求打開自己的行李箱。
這兩名調查員似乎要尋找什么,但在行李箱里一陣翻騰之后,無所收獲。可最后,他們在箱底翻到了一個紙包裝的盒子。
“這是我買給母親治肺病的藥,請你們輕一些。”林蘭英接過這個紙盒子,向調查員解釋道。說著,她將紙盒打開,將里面的藥瓶拿出來給他們看。這些藥瓶里裝的是紫黑色的液體,瓶口密封得很好,藥名、生產廠家、生產日期什么的也很齊全。
調查員將藥瓶拿在手里端詳了一會,沒發現什么可疑之處,也就將瓶子放了回去,接著去檢查第二個行李箱。
第二個箱子里,主要是一些書籍、筆記資料之類的雜物,另外,也有一盒藥。
“這些也是治肺病的藥,和剛才那個箱子里的一樣。”林蘭英取出藥盒,語氣平緩地要把藥盒給兩名調查員看,但手卻在輕微地顫抖。
天知道,此刻她的心正因為緊張而“砰砰砰”地撞擊胸腔。
不過,可能是因為剛才已經檢查過藥盒,兩名調查員并沒有對藥品過多懷疑,而是對行李中的筆記、資料興趣濃厚。他們一頁一頁地核對這些筆記、資料,懷疑這些資料中包含美國的國家機密。
但讓調查員失望的是,他們并未在林蘭英的筆記中發現什么可疑信息。最后,在強制搜身后,只得悻悻地扣下了林蘭英一張6800美元的旅行支票。
……
輪船的汽笛聲淹沒了碼頭的嘈雜喧嘩,這艘名為“威爾遜”的客船緩緩駛出港口。
它的目的地,是遙遠的東方,是中國。
林蘭英站在輪船的甲板上,粘稠潮濕的海風掃在臉上,帶著一絲海腥味。她看著遠方漸漸縮小的碼頭和更遠處的摩天大廈,又看看腳旁的行李箱,心跳漸漸平復下來。
那兩名調查員不知道的是,在他們放過的第二個行李箱的藥品盒子里,裝的是500克鍺單晶和100克硅單晶——這正是他們費盡心機要尋找的東西。
這些鍺單晶和硅單晶是美國法律規定的禁運物品,是制造半導體晶體管的半導體材料,是林蘭英在美國留學時期的學習成果。
▲在美國時期的林蘭英
它們更是林蘭英要獻給祖國母親的禮物。
二、英雄上面這一段,其實是新中國成立后,很多在半導體領域學有所成的留學生們回國經歷的真實寫照。
1955年9月的日內瓦會議中美大使會談,中方一個重要的目的,就是爭取在美留學生和科學家回國。
雖然這次會談最終沒有實質性結果,但事實上,新中國成立后,在中方的努力下,仍然有一批科學家先后突破美方的重重阻礙和刁難,回到了祖國。例如我們熟知的錢學森先生。
林蘭英也是其中之一。在芯片半導體領域,還有一些如雷貫耳的名字:黃昆、謝希德、王守武、夏培肅……
也許,你沒有聽說過這些名字,但他們都是上世紀五六十年代新中國半導體領域發展的奠基人,為中國半導體行業的起步做出了不可磨滅的貢獻。
1956年6月,在周恩來總理的主持下,國務院制定了《1956-1967年科學技術發展遠景規劃綱要》,這是中國半導體技術攻堅戰的開始。當時,北京大學聯合復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學開設了半導體物理專業,專業的主任和副主任分別是黃昆、謝希德。
黃昆1941年畢業于燕京大學,隨后到西南聯大攻讀物理系研究生。當時年僅二十出頭的他,天資聰穎,曾與楊振寧、張守廉并稱物理系“三劍客”。從西南聯大畢業后,黃昆即留學到英國。
▲在英國時期的黃昆
在英國期間,初出茅廬的黃昆就提出了關于雜質和缺陷X光的散射理論模型,這一模型后來被證實。因為成績優異,黃昆被諾貝爾獎得主玻恩看中,兩人共同完成了固體物理學領域的權威專著《晶格動力學理論》。
1951年,黃昆毅然回到百廢待興的新中國,在北京大學任物理系教授,并參與創建了中國第一個半導體物理專業。他與謝希德合著的《半導體物理學》至今都是我國理工專業以及科研人員必讀書目。
▲黃昆(前排左二)和北京大學第一屆半導體方向畢業生留影
謝希德女士在1947年赴美國史密斯學院留學,后又轉入麻省理工學院專攻理論物理,1952年,她在輾轉多地后終于同愛人曹天欽回到祖國。
回國后的謝希德長期在復旦大學擔任科研和基礎教育等工作,對推動中國以及國際半導體行業的科研理論發展做出了重要貢獻。
▲黃昆和謝希德合影
前面我們說到的林蘭英女士在回國后的第二年,就負責研制成中國第一根硅單晶,這僅比美國晚一年。
▲1958年,林蘭英主持研制的中國第一根硅單晶
1961年秋天,在林蘭英的帶領下,中國第一臺開門式硅單晶爐制造成功。1962年,林蘭英又主持拉制出了中國第一根無位錯的硅單晶。
▲林蘭英在應用物理所工作
1962年,林蘭英又采用水平布里奇曼生長法,成功為我國制備了砷化鎵單晶。砷化鎵是第二代半導體材料,非常重要。
▲林蘭英等研究組研制的大尺寸砷化鎵拋光晶片
而林蘭英及其科研組制備的砷化鎵單晶,在制備純度和電子遷移率等方面都達到了國際領先的水平。
其實在林蘭英之前,1957年,同是半導體科學家的王守武就在北京電子管廠拉制出了中國第一根鍺單晶。次年初,王守武又與同事合作,研制了我國第一批鍺合金結晶體管。
▲王守武先生
這里插一句,北京電子管廠就是后來中國顯示面板企業京東方的前身,IT前沿在之前介紹中國顯示面板產業的文章中講到過,詳見IT前沿《國產屏幕40年崎嶇坎坷逆襲路,煉就全球第一、第二》一文。
王守武1945年考入美國普渡大學深造,1950年即回到祖國。1957年林蘭英博士回國時,他曾第一時間前往林蘭英所住的賓館,動員她到當時中國的半導體工作組擔任材料研究組的組長,研究硅單晶的拉制。因為在當時硅是比鍺更先進的半導體材料。
▲鍺晶體管
1958年,王守武組織創立了我國第一家生產晶體管的工廠——中國科學院109廠。這個廠在當年各項條件都很艱苦的環境下,奮斗到1959年,為我國109乙型計算機提供了大量所需的鍺晶體管。
▲中國科學院109廠舊址
同年,王守武受國家科委和中科院的委托,開始籌建中科院半導體所,并于1960年9月成立中科院半導體所,這標志著中國半導體工業體系初步建成。
1959年前后,中蘇交惡,蘇聯停止了對中國的技術援助。但全球半導體產業發展的步伐不會等人,美國的仙童公司已經研制出了可用于大規模量產的集成電路。
而在這種困難的環境下,上面我們提及和未提及的中國科學家們仍然在用自己過硬的技術和能力緊追世界的步伐。他們在1965年研制出了我國第一塊集成電路,比美國相差不到7年。
接下來,中國就進入了“轟轟烈烈”的十年動亂期。
三、韜略1995年12月11日,晚。
時任國家電子工業部部長胡啟立同志和他的幾位同事乘坐飛機抵達武漢機場。此行他們的目的是前往宜昌考察為三峽工程船閘配套的GPS項目。
但讓胡啟立意外的是,剛來到武漢沒一會兒,他就接到了來自國務院辦公廳的電話,電話那頭要求他12月13日回北京出席總理辦公會議。
11日晚剛到武漢,13日就要回北京,時間可以說是相當趕。12日,胡啟立驅車400多公里從武漢到宜昌跑了一個往返,在三峽只短暫停留了三個小時,當晚便乘飛機趕回北京。
12月13日上午,國務院總理辦公會議準時進行。
這場會議,確定了我國電子半導體工業有史以來(以當時來看)投資規模最大的一個國家項目——909工程,這個項目目標是投資100億元,建設一條8英寸晶圓、從0.5微米工藝起步的集成電路生產線。
這次國務院辦公會議的內容,胡啟立會前并不知道,他后來回憶時,用“始料不及”來形容剛知道909工程的反應,也沒有料到在未來十年里909工程會在自己的生活中占據重要的位置。
當時國家領導人參觀了韓國三星的集成電路生產線,用“觸目驚心”四個字來概括我們在集成電路上和韓國的差距,并指出,就是“砸鍋賣鐵”也要把半導體產業搞上去。
IT前沿在前面講到,1965年我們研制出第一塊集成電路的時候,和當時的美國差距也只有不到7年,何以到1995年,差距就到了觸目驚心的地步了呢?
其實我們并不是沒有進步,只是進步太慢。
文革十年,前面我們說到的一批精英科學家們大多遭受了不公正待遇,中國大陸半導體產業發展陷入低谷,并逐漸被臺灣地區、韓國趕上。
文革之后,改革開放前夕的1977年12月5日,《人民日報》頭版刊發了一篇題為《電子水準是現代化的標志》的社論,電子半導體產業再次受到決策者的重視。
文章中說:
我國電子科學技術同世界先進水平相比,還是比較落后的。我們必須承認這種落后。承認落后是為了消滅落后、趕超先進。中國勞動人民是聰明的,廣大工人和科學技術人員是有志氣、有能力的。他們不是沖破了帝國主義、社會帝國主義的封鎖,為原子彈、氫彈爆炸,為衛星上天和返回地面,做出了自己的貢獻嗎?……中國人民有信心,一定能夠實現毛主席的遺愿:‘要在幾十年內,努力改變我國在經濟上和科學文化上的落后狀況,迅速達到世界上的先進水平。’
這篇社論也吹響了新時期中國決心發展半導體產業的號角。
但是,重視并不代表我們已經清楚認識到半導體這一特殊產業本身發展的客觀規律。
那個時候,我國科學技術堅持的是“引進、消化、吸收、創新”的方針,在這個方針的指引下,1980年,江南無線電器材廠開始和日本東芝公司合作,引進日本的彩色和黑白電視機集成電路5微米全套生產線。
▲江南無線電器材廠
江南無線電器材廠IT前沿之前在介紹LPDDR內存的文章中也說到過,詳見《LPDDR5 風起于小米10,浪激在中國半導體之內存江湖(下)》一文,它就是當年的無錫742廠,后來的無錫華晶電子。
引進日本的技術后,江南無線電器材廠確實也發生了巨變,一時間成為中國半導體的明星企業,從六十年代一家不滿300人的小廠成長為1985年總產值達到2億7800多萬元的企業,他們的集成電路產品成為當時國內“熊貓”、“金星”、“凱歌”等品牌電視機的首選。
▲熊貓電視
江南無線電器材廠是起來了,但它只是恰巧的幸運兒。
其實這段時間的我們的嘗試存在重復引進等問題,并且引進之后沒有管理和運作的能力和經驗,沒有消化、吸收。根據當時的一份報告,全國有33個單位不同程度引進各種IC生產線設備,累計投資約13億元,最終建成投入使用的僅有少數幾條線。
用胡啟立的話說就是“豪邁的熱情煮出了一鍋夾生飯。”
經過幾年的嘗試和醞釀,1986年,電子工業部提出了“七五”期間我國集成電路發展的531戰略。531戰略的核心是“普及5微米技術、研發3微米技術,攻關1微米技術”,這段時間的投資,誕生了華晶、首鋼NEC、上海貝嶺、上海飛利浦等主干半導體企業。
不過這些企業大多在后來的競爭中衰落了。這關系到531戰略的一個問題,就是雖然目標完成了,但太依賴反復的引進策略。
1988年,當我國集成電路年產量到達1億塊的時候,已經和美國相差了22年。
1990年8月,針對半導體產業,中央決定開始實施“908工程”。
908工程的主體就是華晶電子,同時要對上海飛利浦半導體、首鋼NEC和上海貝嶺進行技術升級,并在浙江紹興引進一條微米級半導體生產線。
908工程的目標是在“八五”期間將半導體技術達到1微米,規劃總投資是20億元,其中15億元用在華晶電子上。
然而,直到我們前面說的1995年,其他項目都順利完成,唯獨投入最大的華晶908工程仍然還在艱難進行。
1995年,全國集成電路產量4.6億塊,銷售額35億元,利潤近5億元,行業重復分散的情況得到控制,產業集中度有所加強,成果是能看到的。但問題在于,此事我們仍然遠遠落后于國際先進水平。
重新回到1995年12月13日上午的那場總理辦公會議。
胡啟立同志后來在書中回憶,在討論時,他和電子工業部副部長劉劍鋒同志申述了建設半導體項目的困難。
劉劍鋒同志說:“國家過去也搞過一些半導體項目,但是都不太成功,原因之一是審批周期太長。”
時任國務院總理李鵬同志詢問為什么會出現這種情況。胡啟立同志表示,半導體產業基本每18個月就會更新換代一次,相應的設備也要升級,當時我們層層審批的制度不能適應半導體產業快節奏的特點。
他以908工程為例,1990年確立,但光是經費審批就花了2年,從美國朗訊引進0.9微米產線花了3年,中間還有反復的論證,“直到今天仍然沒有落實”。
總理當即表示:“為了保證速度,我從總理基金里調一筆美元直接匯到電子部的賬號上,等于電子部有了一個活期存折,只要部長簽字,不經層層審批即可動用。”
這足見當時黨中央、國務院要縮小我國半導體產業和國際先進水平差距的決心和氣魄。
由此,我國半導體產業的909工程正式啟動。
909工程項目注冊資本40億元人民幣,1996年國務院決定由中央財政再增加撥款1億美元,它從一開始就拿到了“特殊政策”,同時總結規避“908工程”的不足,誓要助中國半導體產業沖上高地。
在這之前,我國在半導體產業上的投資大多埋頭于技術或者單一地引進產線,909工程的一個重要改變是,始終以市場為導向,創立獨立運作的股份公司,資金使用有足夠的靈活性和自主性。
909工程期間,誕生了上海虹日國際、上海華虹國際、北京火紅集成電路設計公司等,特別是華虹NEC在這一時期取得的成果是讓人滿意的。
到2005年,中國大陸已投產8英寸晶圓廠8座,12英寸晶圓廠1座,投入資金100億美元。中國大陸集成電路產業出現了前所未見的繁榮。
四、有為我們將目光轉到1991年的深圳。
深圳市南山區南海大道與登良路交接的南油大廈,48歲的任正非小心經營這剛剛成立四年的華為。沒有什么意氣風發,也沒有所謂的大理想,有的只是讓華為活下去的求生欲。
▲上世紀八十年代末的深圳
南油大廈是上世紀八九十年代深圳的地標之一,而距離華為辦公室不遠處,還有一棟名叫億利達的大廈,大廈里是一家名為深意壓電的中意合資公司。那時候,一些華為的員工很羨慕這家大公司,覺得在那里面上班一定很有面子。
但是1991年,偏偏有兩個年輕的小伙從這個大公司里跳槽來到了華為,他們一個叫高梅松、一個叫徐文偉,都是名校畢業,擅長做硬件設計。
▲華為徐文偉先生
其中我們要說的是徐文偉。他1963年生于江蘇常州,1990年以碩士學位畢業于東南大學,畢業后就在億利達里從事高速激光打印機的開發工作。
也許是徐文偉名聲在外,很快,任正非相中了這位杰出的小伙,于是親自出馬挖墻腳。結果是,徐文偉真的被任正非描繪的宏偉藍圖所動,同意加盟華為。
這種情況其實也不止一次了,在這之前,華為研發的大佬郭平也是這么被任正非拿下的。
當年的華為正在從交換機代理模式向自主研發艱難轉型,天才鄭寶用開發的HJD48系列產品為華為首先打開了局面。而徐文偉來到華為的第一件事就是組建華為的集成電路設計中心,并主持開發可用于用戶交換機的ASIC芯片。
90年代初,華為的研發條件還極其艱難,要取得什么成果,全憑員工們“舍得一身剮”的犧牲精神,連續幾個月沒日沒夜地搞研發是家常便飯,吃、住、睡全在公司。
這樣的條件下,研發設計芯片更是難上加難。當然,任正非也知道工程師們的辛苦,每天晚上9點多,他都會用一個大籃子裝上很多好吃的來慰問工程師。
果然,在大家的齊心協力下,1991年,華為第一顆具有自主知識產權的ASIC誕生了,型號為SD502,并且是一次流片成功。這在當年是非常困難的事情,側面也可以看出這群大佬們的技術有多高強。
所以,SD502,也是華為芯片研發的開端。
不過,在研發出自己的第一顆芯片后,任正非走了一步錯棋,錯誤地將賺來的錢投到了當時本質上已經末路的局用交換機市場,結果再次將華為推向絕境。
1993年,費盡功夫打造的JK1000交換機被驗證失敗,華為重新陷入資金困境 ,幾乎被拖垮。當時所有的希望只能押注于正在研發的C&C08交換機上。
那時候,華為已經搬到了南山大道1062號的深意工業大廈,任正非經常站在他們所在五樓的窗邊,說:
“新產品(C&C08,IT前沿注)如果研發不成功,你們可以換個工作,我只能從這里跳下去了!”
▲當年的深意工業大廈
這一次,幸運女神再一次站在了華為這邊。當年,在總工鄭寶用的帶領下,C&C08被成功研發出來,并在后來的市場表現中大獲成功。
▲C&C08交換機
與其說是幸運女神拯救了華為,不如說是這些技術大佬們拯救了華為。
C&C08交換機的大腦,正是華為自己研發的第二顆數字芯片SD509,C&C08的強大能力,很大程度上拜它所賜。
SD509由華為從無錫華晶挖來的李征負責。為了支持SD509的研發,任正非想盡方法搞來了十幾萬美元,從國外買來一套EDA設計軟件,以支持芯片研發。
要知道當時的華為已經深陷資金危機,隨時可能挺不過去了,在這種情況下,仍然咬牙為研發工程師提供資金的支持,可見任正非需要下多大的決心。
到1994年,華為已經成功設計了30多個芯片,最復雜的已經可以容納1000多萬個晶體管。
1995年,華為成立了中央研究部,其中的基礎研究部主要就負責華為芯片的研發。中研基礎研究部成立三年,即招納了300多名芯片設計工程師,華為也成為當時國內最大的芯片設計公司。
值得一提的是,早期華為負責芯片設計的工程師,很多其實并沒有設計芯片的經驗,都是現學現用。
例如1996加入到華為基礎研究部的孫洪軍,一開始的芯片設計基礎就是零。但是,他通過對現有的芯片電路分析入手,一邊對著芯片,一邊看原理圖,耐心地分析、學習,檢索大量資料,并且四處請教。
經過三個月全情投入地學習,孫洪軍最后真的就能把要做的芯片設計電路通過仿真軟件給做通。這是一件很不可思議的事情。
然后在2004年,基礎研究部被剝離出來,成立了現在我們熟悉的海思半導體公司。
再往后就是我們熟知的故事,華為憑借麒麟系列移動終端芯片,在智能手機市場一路艱難又一路披荊斬棘走到現在的市場地位。
如果當年任正非沒有帶領一幫技術狂人們傾盡所有投入到芯片研發的領域中,結出第一顆果實,或許在2018年開始的中美貿易戰中,華為也會像很多企業一樣一擊就倒,更不可能成為我國應對美國一系列貿易打壓措施的中流砥柱。
五、龍望2002年8月10日早6點08分,在北京中科院計算所北樓105房間里,傳出一陣歡呼聲。
歡呼聲來自計算所知識創新工程支持下的龍芯課題組成員,這一天,他們在一枚完全自主設計、研發的通用CPU龍芯1號上成功跑起了LINUX系統。
成員們振臂高呼,因為這是一個里程碑的成果,它意味著中國人結束了只能用洋人的CPU造計算機的歷史。
這一切要從2000年10月的一天說起。
這一天,中國科技大學邀請了一位1991年畢業的校友做招生宣傳,這位校友叫做胡偉武,他的老師,是被譽為“中國計算機之母”的夏培肅女士。
▲夏培肅
夏培肅是和我們前面介紹的林蘭英、黃昆等同時代的偉大科學家。1960年,夏培肅曾設計試制成功中國第一臺自行設計的電子計算機——107計算機。
時年33歲的胡偉武在這次回母校宣傳時,看到了自己十年前畢業時做的畢業設計仍然保存完好——一個用400多個74LS系列芯片搭起來的電路,可以運行8086指令系統中除了十進制和除法指令以外的所有指令。
▲胡偉武
這一切讓胡偉武產生了重操舊業的沖動,于是在活動結束后,胡偉武就給自己的師兄唐志敏打電話,參與了當時計算所CPU設計項目的工作。
“一兩年之內不把通用操作系統boot起來,我提頭來見。”在電話里,胡偉武開玩笑地說。
龍芯課題組項目是由中科院計算所所長李國杰院士直接推動,不過項目啟動資金只有1000萬元,人手更是只有七八個。所以玩笑歸玩笑,要想真的完成項目,胡偉武和他的同事們面臨的困難比想象中更多。
▲2000年中科院副院長考察龍芯1號研制工作
人手、資金有限自然是一個,這意味著整個項目容錯率很低,一旦有一些地方走錯了,就會很困難;同時,團隊工程經驗也不足,很容易出現管理不善等各種問題。
不過好在,由于課題組成員都是有理想、有技術、肯拼命的好漢,加上項目在2001年6月擴大了隊伍,課題組在2001年8月19日總算是成功地用自主設計的Godson CPU把LINUX操作系統給boot了起來。
Godson CPU就是龍芯1號早期的名字,中文叫“狗剩”,胡偉武的解釋是,取個賤名希望能容易養活。
這個所謂系統boot起來,其實是基于狗剩1號的邏輯設計并在FPGA驗證平臺成功運行了通用操作系統,只是10%的工作。接下來還要完成處理器的物理設計。
在做物理設計時,由于課題組在物理設計上的經驗是一篇空白,尤其是深亞微米方面,所以他們采取了兩條線:第一是委托有經驗的第三方物理設計公司進行物理設計,這個做保底,第二是在與第三方交互的同時,組織自己的隊伍進行物理設計。
面對一個未知的領域,課題組吃了很多苦頭,但也沒有辦法,只能一邊自學一邊推進項目。
2002年1月到3月這段時間對于課題組來說是最頭疼的,RTL設計、第三方物理設計公司一直難以確定,可測性設計方案也不斷調整,問題一個接著一個讓人頭皮發麻。這期間,中科院還調配了更多的人員參與到物理設計中。
當然,胡偉武知道這是必須要逾越的過程。好在在4月初的時候,項目的進度開始得到改善。當然,代價是課題組成員們夜以繼日的加班熬夜,以及犧牲的春節假期。
按照計劃,委托第三方做物理設計的流片如期在6月份交了出去,但自己做物理設計的方案因為各種原因在6月份才得以開始,時間相當緊迫。
在胡偉武的帶領下,團隊又是一通連續的熬夜加班的節奏,最后才在7月3日基本完成了設計。
但是,就在最后大家準備簽字的時候,測試組又發現了處理器一個比較嚴重的失誤,而本身項目時間已經非常緊迫,返工是不可能了。
胡偉武后來在回憶時表示,當時他的腦袋“嗡”得一下就空了,迷迷糊糊地去食堂吃飯,腦子里卻已經在盤算著放棄這個他心目中最完美方案流片的后果,心里充滿了不甘。
“沒想到全組幾十個人幾個月的努力,花了上千萬納稅人的血汗錢竟然是這樣一個結果。”
這是胡偉武當時的想法,已經非常灰心。
但是讓胡偉武沒有想到的是,晚上回到辦公室開會的時候,負責后端版圖編輯的員工主動提出,可以手工修改版圖。
這讓胡偉武鼻子一酸,他知道,手工修改版圖工作量很大,而團隊的成員在長時間的加班工作后,已經非常疲憊。再繼續熬夜,胡偉武不忍。但此時此刻,再多的語言,都只能化為一股暖流躥升到眼眶。
"我們肩負的是歷史使命,因為我們要做出中國第一臺不依賴于洋人CPU的計算機。"
在接下來的動員會中,胡偉武忍住要奪眶而出的淚水,堅定地說。
然后,課題組的成員就真的又熬了三四天,直到7月7日凌晨3點多,才完成最后交付流片的所有工作。
當所有物理設計的方案都寄出去流片后,課題組經歷了一個多月的忐忑的等待,終于在8月份,委托第三方做的物理設計的芯片首先寄到了,胡偉武和同事們緊張萬分,第一時間將芯片拿回實驗室進行調試。
測試的時候還出現了一些問題,由于系統軟件準備不足,系統沒能成功啟動,大家又折騰了一個晚上,終于在8月10日早上6點8分,系統登錄的畫面終于出現在顯示器上。
▲龍芯1號,又叫“夏50”,為紀念夏培肅院士
然后,就是我們在這一節開頭說的畫面,大家在蚊子成群的房間里激動地歡呼出聲。玩了近半個小時,確定一切正常后,胡偉武開始打電話通知李國杰院士:
"李老師,我是胡偉武。"
"怎么樣?"
"成了!"
"我馬上來。"
李國杰也很激動,很快趕到了課題組的房間。他說了很多鼓勵的話,也做了更高的要求。這一次到的是第三方物理設計做的芯片方案。8月29日,課題組自己做的物理設計的芯片也寄到了,同樣也成功通過了測試。
這些,就是龍芯1號誕生的經過。2002年9月22日,龍芯1號通過了中國科學院組織的鑒定,9月28日,龍芯1號發布會召開。從此,中國計算機產業“無芯”的歷史終結了。
2003年10月17日,龍芯2號首片MZD110流片成功,次年,9月28日,經過多次改進后的龍芯2C芯片DXP100流片成功。然后在2005年4月18日,龍芯2號芯片的發布會召開。
2010年9月,龍芯大CPU系列的首款多核處理器產品——龍芯3A開始量產。
龍芯發展到今天,共開發了1號、2號、3號三個系列處理器和龍芯橋片系列,產品眾多。目前:
龍芯1號系列為32位低功耗、低成本處理器,主要面向低端嵌入式和專用應用領域。
龍芯2號系列為64位低功耗單核系列處理器,主要面向工控和終端等領域。
龍芯3號系列為64位多核系列處理器, 主要面向桌面和服務器等領域。
其實總體來說,目前龍芯的芯片主要在政企、國防安全、金融、能源等領域。胡偉武就曾介紹,現在龍芯已應用于包括北斗衛星在內的十幾種國家重器,以及黨政辦公等信息系統。
但是在消費級市場,龍芯的破局之路仍然很長,主要的問題在生態的建立上。其實2010年,龍芯就成立龍芯中科技術有限公司,從研發走向產業化,但Wintel聯盟和“雙A”聯盟形成的市場生態不是一年兩年能打破的。
特別是2006年的“漢芯”造假事件,讓同樣號稱中國芯的代表的龍芯也遭受了無端的誤解和嘲笑。
但就像龍芯1號誕生的過程一樣,艱難困苦,玉汝于成,只有經歷千辛萬苦,才能到達成功的彼岸,這是雷打不動的定理。
而我們,需要給中國處理器更多的時間。
六、芯動“愿主保佑大家,一切都會好起來。”
在中芯國際位于張江工業園的大樓前,年過六十的“中國半導體教父”張汝京向來訪者說了上面這句話后,轉身上了一輛轎車,緩緩拉上車門。然后人們目送這輛車消失在視線里。
這是2009年11月10日,立冬的第三天,突如其來的寒意讓上海人有些措手不及。而對于中國大陸規模最大的半導體企業中芯國際來說,突如其來的震動也讓很多人有些不知所措。
就在這一天,中芯國際連續發布了兩個重磅公告。
第一條是公司創始人兼CEO張汝京辭去執行董事、首席執行官的職務。
第二條是與臺積電就專利訴訟達成和解,代價是向臺積電分期4年支付2億美元現金并發行新股及授予認股權證,交易完成后臺積電將持有中芯國際10%股份。
中芯國際,IT前沿在《兵進光刻機,中國芯片血勇突圍戰》這篇文章中介紹過這家企業。
可以說,沒有了張汝京之后的中芯國際,并沒有倒塌,并且目前仍然是中國大陸最好的半導體代工企業。但是當年張汝京離開的事件對中芯國際的影響,亦是不能用今天的成績去比照的。
2000年,張汝京只身來到上海,提著一個公文包,在北京和上海之間來回奔波,最終在浦東張江園區內的一片農田中,奠基開建中國第一座八寸芯片廠。
中芯國際也宣告成立。
人們都說張汝京的人生有三起三落,而彼時的張汝京剛剛度過人生的第二個“落”。就在那一年初,他在臺灣一手創辦的世大半導體被臺積電50億美元收購。
▲世大半導體公司
在江湖傳言中,是臺積電創始人張忠謀與世大的大股東秘密協商完成了交易,張汝京開始并不知情。
雖然在臺灣創立世大,但張汝京本身并不是臺灣人。其父張錫綸是中國著名的冶金專家,曾在中國第一所礦業高等學府焦作工學院就讀,畢業后進入上海的一家煉鋼廠工作。
當年抗戰爆發后,張錫綸隨著上海工業的西遷來到重慶。在那個戰火紛飛的年代,張錫綸與其愛人為抗戰做出了突出貢獻。抗戰結束后,他們來到南京。張汝京正是在1948年生于南京。
淮海戰役結束后,張錫綸因為歷史原因舉家遷往臺灣高雄。但是,在張錫綸心里,大陸或許才是他魂牽夢繞的故鄉。1997年,當次子張汝京從德州儀器離開準備自主創業時,張錫綸就曾建議張汝京回到中國大陸來建廠。
巧合的是,張汝京在德州儀器二十年,曾是張忠謀下屬的下屬,不過兩人當時的交集并不多。
后來,由于臺灣當局的原因,張汝京在內地建廠創業的計劃受阻,只得在臺灣創辦了世大半導體。未曾想,三年后,一片向好的世大半導體“中道崩阻”,被“老上級”張忠謀的臺積電一招拿下。
根據張汝京的介紹,世大和臺積電合并時,他曾提議合并后將第三廠蓋到中國大陸去,臺積電當時并沒有否認這個提議。但合并之后,臺積電卻開始對到大陸建廠的提議表示反對,這讓張汝京很是失落。
再三權衡,張汝京決定離開臺積電,自己到大陸籌錢建廠。而臺積電也對張汝京的選擇進一步表態:離開臺積電,到大陸建廠,可以,但你在臺積電里的股票不能拿走。
張汝京沒有絲毫猶豫,舍棄了公司、股票、錢,于幾個月后毅然踏上回到大陸創業的旅程。
創立中芯國際的起步是很艱難的,我們前面說到,那個時候國家909工程剛開始沒多久,中國半導體產業遠遠落后于國際先進水平,要設備沒設備,要技術沒技術,要人才沒人才,更要面對西方國家的輸出限制。
但是,張汝京憑借自己在半導體行業多年積累的人脈和資源,愣是成功引進了設備和貸款,并把在海外和臺灣跟隨自己的400 多位技術專家引進到上海。
這些設備和技術人才,不僅是中芯國際發展的關鍵,更為中國半導體代工行業積累了寶貴的資源。
再考慮上海政府的強力支持,僅僅13個月,中芯國際就建成了第一座0.25微米線寬以下制程技術的8英寸晶圓代工廠,將制程工藝提升到了納米級。
2004年,中芯國際在美國和香港同時上市,僅僅三年時間他們就建立了4條8英寸生產線和1條12英寸生產線,一躍成為全球第三的半導體代工廠。
但是,在中芯國際向前一路飛馳的時候,隱患也在逐漸積累。
也許是過于關注怎樣快速地往前奔跑,他們忽視了對知識產權方面的關注,最終成為張汝京第二次創業生涯潰堤的蟻穴。
2003年8月,臺積電再次出手,在中芯國際即將上市的關口,一紙訴訟遞交到了美國加州法院,起訴中芯國際侵犯專利權、竊取商業秘密、不正當競爭和干擾經營關系,要求其賠償10億美金。
對此,張汝京曾表示,其實雙方官司的關鍵不是專利,而是“商業機密”。
“臺積電的工程師加入我們,他們來的時候,有些人是不小心或者沒注意,人家用的制造過程里的菜單什么的,他們照抄了,所以我就變成很被動了。”多年后張汝京在回憶這件事時,苦笑著說。
2005年2月,在中芯國際和臺積電的交涉下,雙方達成庭外和解協議,不過中芯國際需向臺積電支付大約1.75億美元的金額,按照6年分期支付。
然而,這件事并沒有劃上句號。就在和解協議達成的十九個月后,臺積電再次狀告中芯國際,稱中芯國際違反了和解協議。
這已經是臺積電第四次就知識產權方面的問題對中芯國際提出起訴。
“中芯已盡力履行在2005年與臺積電達成的和解協議,而對于臺積電此次的行動感到十分震驚并深表失望。”
張汝京在隨后的聲明中如是說。中芯方面更是直指臺積電此舉為惡性競爭。
然而,震驚也好,失望也罷,現實永是殘酷。
后來我們已經知道,2009年9月,臺積電獲得最后的勝利,而中芯國際除了要向臺積電支付2億美元現金,更要拱手讓給臺積電總計10%的股份。
更重要的是,張汝京要原地辭職。
時間再回到我們開始時說的2009年11月10日的早上。張汝京給自己的老部下季明華打電話,告訴他自己將卸任的消息。
“公司出了事、官司輸了,我必須負責,董事會將會找到其他負責人來接替我的工作。”張汝京在電話里說得很平淡。
但季明華卻異常震驚,因為就在1天前,張汝京還在給他們開例會部署工作……
當時的中芯國際正在往好的方向發展,一個月前張汝京還在電話會議中透露中芯國際可能在未來的2010年全年盈利,扭轉連續10個月虧損的狀況……
這件事后,中芯國際元氣大傷,2009年直接創下了公司成立以來的最大虧損。
更要命的是,本來在制程工藝上和臺積電相差1代左右,現在也已經落后了2、3代。
但往好的方向看,張汝京之后,從王寧國到邱慈云到趙海軍,中芯國際在新的管理層帶動下仍然是在往前跑的。如今已經投產國內首條14nm生產線,并在往12nm進發。
愿主保佑大家,一切都會好起來。
身為基督教徒的張汝京在多年后回憶往事用“焉知非福”來表達自己的感受,證明他已經釋然。
2018年,已經70歲的張汝京在IT前沿所在的青島融資150億元創辦了芯恩集成半導體,主要做大硅片方面的生產。
或許對于他來說,只要中國半導體仍然在快速發展,那么“一切就真的都會好起來”。
七、尾音IT前沿引用一下多年前美國《連線》雜志發表的一段論述:
試想,一個國家需要完全依靠從另一個與之有著沖突或經濟往來不穩定的國家進口某種珍貴商品,而且,如果沒有這種商品,整個社會將被迫停頓。如果你明白這個情形,那么現在請把這個國家想象成中國,與之有著沖突的國家想象成美國,而該商品就是CPU。
回首已經講的這些事,我們看到的是從新中國成立開始,一整個時代的英雄們,為我們的半導體產業奮斗、犧牲的畫卷。
他們為的是什么?為的就是把上面這句話中的“完全依靠”四個字徹底摘去。
為此,我們嘗試過,跌倒過,迷茫過,錯失過,也拼搏過,犧牲過,得到過。
恕汐元一篇文章,難以競述。
有些故事還沒講到,暫且按下不表。
有些故事還沒講完,我們則一定要講下去。
參考
胡偉武,2019,《龍芯的足跡-行走在路上》
何春藩,王占國,2014-05,《林蘭英傳》
胡啟立,2006-02 ,《“芯”路歷程——“909”超大規模集成電路工程紀實》
陳芳,董瑞豐,2018-08,《“芯”想事成:中國芯片產業的博弈與突圍》
張利華,2009-10,《華為研發》
謝志峰,陳大明 ,2018-7,《芯事》
科普社,2019-03-14,《大美科學家 | 中國計算機之母:夏培肅》
文匯報,2014-8-6,《追憶王守武:執著創“芯”六十年》
央視-財經人物周刊,2019-04-29,《“中國半導體之父”--張汝京:“芯”的征程》
最牛博弈,2018-09-14,《老兵戴輝:華為的芯片事業是如何起家的?》
與非網,2018-09-13,《重回27年前,華為第一顆ASIC芯片是這樣誕生的》