許居衍：集成電路中的愛(ài)國(guó)情懷

曹旻雨 何佳芮

他是中國(guó)微電子工業(yè)初創(chuàng)奠基的參與者和當(dāng)今最重要的微電子企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)建與開(kāi)拓者，他為中國(guó)微電子工業(yè)發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，他是中國(guó)工程院院士、微電子技術(shù)專(zhuān)家許居衍。

動(dòng)蕩之中苦讀書(shū) 結(jié)緣電子一生情

1934年7月，許居衍出生于福建省閩侯縣都巡村。父親早年畢業(yè)于馬尾海軍學(xué)校，擔(dān)任過(guò)海軍艦船輪機(jī)長(zhǎng)，1948年于江陰起義后加入中國(guó)人民解放軍海軍?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)期間，他的母親與父親失去聯(lián)系，只得獨(dú)自帶著兒女逃難到閩西北邵武縣。母親在極端困境中既堅(jiān)強(qiáng)自立、顧全大局，又樂(lè)于助人的品德深深感染著年幼的許居衍。整個(gè)少年時(shí)期，許居衍都處于苦難動(dòng)蕩之中，迫于生活隨母親四處奔波，學(xué)習(xí)時(shí)續(xù)時(shí)斷，中華人民共和國(guó)成立后才回到福州，讀完一個(gè)完整的高中。

1953年許居衍從福建省閩侯中學(xué)畢業(yè)后考入廈門(mén)大學(xué)物理系，1956年秋轉(zhuǎn)入北京大學(xué)半導(dǎo)體物理專(zhuān)業(yè)。當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體物理專(zhuān)業(yè)是一個(gè)嶄新的專(zhuān)業(yè)，學(xué)生來(lái)自北京大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、吉林大學(xué)5所學(xué)校。黃昆教授等在學(xué)術(shù)上把許居衍領(lǐng)進(jìn)了半導(dǎo)體科學(xué)的新領(lǐng)域。1957年畢業(yè)后，許居衍被分配到國(guó)防部第十研究院，負(fù)責(zé)半導(dǎo)體制冷效應(yīng)及其在無(wú)線(xiàn)電設(shè)備中的應(yīng)用研究。

1958年，美國(guó)德州儀器（TI）公司制造出第一塊鍺集成電路，一場(chǎng)新的“微電子工業(yè)革命”從此開(kāi)始。1960年，許居衍與成都電訊工程學(xué)院合作從事當(dāng)時(shí)被稱(chēng)之為“固體電路”的探索，1961年10月，他調(diào)入中國(guó)電子工業(yè)部門(mén)第一個(gè)半導(dǎo)體專(zhuān)業(yè)研究所——第13研究所，任固體電路預(yù)先研究課題組組長(zhǎng)，從此與半導(dǎo)體集成電路結(jié)下不解之緣，開(kāi)始了他獻(xiàn)身微電子事業(yè)的生涯。

1970年，許居衍參與了中國(guó)第一個(gè)集成電路專(zhuān)業(yè)研究所——第24研究所的創(chuàng)建，先后任課題組組長(zhǎng)、研究室主任、總工程師。1985年，許居衍參與了第24研究所無(wú)錫分所組建以及隨后與無(wú)錫742廠(chǎng)共創(chuàng)的第一個(gè)微電子科研生產(chǎn)聯(lián)合企業(yè)——中國(guó)華晶電子集團(tuán)公司的創(chuàng)建工作，任公司總工程師。其間，許居衍還被聘為國(guó)務(wù)院大規(guī)模集成電路辦公室顧問(wèn)。鑒于國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略研究的需要，他除繼續(xù)關(guān)注科研生產(chǎn)外，還涉足微電子技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究領(lǐng)域，為國(guó)家微電子技術(shù)工業(yè)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

既有全球眼光 又腳踏實(shí)地

微電子作為一個(gè)全新的行業(yè)，是全球性、基礎(chǔ)性、科研型的科技領(lǐng)域。但是，在20世紀(jì)60年代，中國(guó)的微電子工業(yè)在技術(shù)和物質(zhì)上都面臨極大困難。

由于信息不靈、技術(shù)路線(xiàn)難以捉摸，許居衍帶領(lǐng)課題組查閱了當(dāng)時(shí)能獲得的僅有的少量技術(shù)資料，經(jīng)過(guò)分析研究，正確地選定了硅平面集成技術(shù)和面向數(shù)字電路（計(jì)算機(jī)邏輯門(mén)）的方向。當(dāng)時(shí)，正值國(guó)民經(jīng)濟(jì)三年困難時(shí)期，科研設(shè)施和技術(shù)物資都極度缺乏，他克服困難，組織全組自力更生，勤儉辦科研，學(xué)習(xí)窮棒子“沙石峪”的創(chuàng)業(yè)精神，從廢舊庫(kù)里挖潛力，自己動(dòng)手建立起了擴(kuò)散、蒸發(fā)和光刻等工藝設(shè)備。這個(gè)只有五六個(gè)人和兩臺(tái)破舊設(shè)備的研究小組，在沒(méi)有現(xiàn)成技術(shù)可借鑒的情況下，成功研究出了優(yōu)質(zhì)氧化等關(guān)鍵工藝技術(shù)，終于在1964年做出了硅平面二極管、三極管組合件，他個(gè)人因此榮立了三等功。

1965年5月，13所在該課題組基礎(chǔ)上成立集成電路研究室，許居衍仍擔(dān)任課題組組長(zhǎng)，從事二極管——晶體管邏輯（DTL）電路研究。他帶領(lǐng)課題組成員攻堅(jiān)克難，先后解決了晶體管制造中所沒(méi)有的元件隔離、鋁反刻布線(xiàn)和多引腳封裝等集成電路特殊工藝問(wèn)題，于當(dāng)年12月完成了DTL電路和擴(kuò)展器的部級(jí)定型鑒定，并移交工廠(chǎng)生產(chǎn)，使中國(guó)跨入了硅單片集成電路發(fā)展的新階段。

20世紀(jì)70年代初，國(guó)外半導(dǎo)體集成電路技術(shù)進(jìn)入了大規(guī)模集成電路（LSI）時(shí)代。許居衍以特有的拼搏精神，大膽開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，研制成功了光學(xué)圖形發(fā)生器、圖形數(shù)字轉(zhuǎn)換機(jī)等機(jī)、電、光設(shè)備，組成全套計(jì)算機(jī)輔助制版系統(tǒng)。根據(jù)他所提出的技術(shù)方案研制成功的圖形數(shù)字轉(zhuǎn)換機(jī)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

既有獨(dú)家經(jīng)驗(yàn) 也廣泛交流

許居衍既有從事工程技術(shù)的實(shí)踐能力，又有理論創(chuàng)新方面的基礎(chǔ)。從1958年起，他就陸續(xù)在國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)刊物上發(fā)表論文和文章60多篇。

1982年，他和一位同事在國(guó)外期刊上發(fā)表論文，提出了埋層雜質(zhì)擴(kuò)散和非均勻摻雜層遷移率等理論，為集成電路工藝工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。雖然該研究成果在時(shí)隔17年之后才發(fā)表，但仍受到國(guó)外重視，國(guó)外科研機(jī)構(gòu)和專(zhuān)家學(xué)者紛紛來(lái)函索取。

1987年，許居衍從“造”與“用”的對(duì)立統(tǒng)一觀出發(fā)，提出了硅主流產(chǎn)品總是圍繞通用與專(zhuān)用特征循環(huán)、每10年波動(dòng)一次的“硅產(chǎn)品特征循環(huán)”規(guī)律（后被稱(chēng)為“許氏循環(huán)”）。1991年，他以“硅微電子產(chǎn)品史上的六次波動(dòng)”（第七波當(dāng)時(shí)用“？”表示）為節(jié)題撰寫(xiě)的研究論文，入編《未來(lái)軍事電子》一書(shū)中。2000年，他把“？”拉直、提出下一個(gè)硅主流產(chǎn)品將進(jìn)入“用戶(hù)可重構(gòu)系統(tǒng)級(jí)芯片”，并稱(chēng)硬件可重構(gòu)技術(shù)終將成為硅產(chǎn)品主流技術(shù)，這一預(yù)示已為發(fā)展事實(shí)所不斷證實(shí)。

1988年，他在第一屆微電子研究生學(xué)術(shù)研討會(huì)上提出：微電子技術(shù)在經(jīng)歷了分立功能器件、功能機(jī)械集成以后，將向功能物理集成發(fā)展;終端裝置由分立零件堆積仿形、零件集成仿形后，將向功能自然仿真發(fā)展;人類(lèi)在掌握了金屬鐵器、非金屬硅器等時(shí)代工具后，將向掌握有機(jī)物器具方向長(zhǎng)驅(qū)直入。他的這一觀點(diǎn)被《21世紀(jì)世界預(yù)測(cè)》引用于該書(shū)序言中。

參與政策設(shè)計(jì) 著眼產(chǎn)業(yè)發(fā)展

許居衍幾乎參與了中國(guó)微電子事業(yè)的每一次重大行動(dòng)或決策。1983年，作為國(guó)務(wù)院大規(guī)模集成電路與計(jì)算機(jī)領(lǐng)導(dǎo)小組顧問(wèn)，提出了科研生產(chǎn)結(jié)合、建立微電子工業(yè)基地的建議。

這一建議得到高層重視。國(guó)家決定抽調(diào)24所的主要技術(shù)骨干在無(wú)錫建立24所無(wú)錫分所（無(wú)錫微電子科研中心），開(kāi)始了探索科研生產(chǎn)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)結(jié)合的國(guó)家無(wú)錫微電子基地的實(shí)施。許居衍以技術(shù)負(fù)責(zé)人的身份，提出聯(lián)合體的3個(gè)主攻方向：通信集成電路、專(zhuān)用集成電路，高檔消費(fèi)類(lèi)集成電路，并為此后發(fā)展制定了正確方向。

20世紀(jì)90年代初，為加速中國(guó)微電子科技成果商品化進(jìn)程，許居衍主持申報(bào)與完成的國(guó)家“八五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。在此項(xiàng)科研成果基礎(chǔ)上，無(wú)錫微電子科研中心通過(guò)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目研究，形成了國(guó)內(nèi)最早的多代技術(shù)兼容、名為“多進(jìn)多出”服務(wù)體系的集成電路CMOS代工線(xiàn)。

1991年，許居衍主持完成了機(jī)電部組織的集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究，提出改變傳統(tǒng)偏重芯片制造業(yè)為狠抓設(shè)計(jì)業(yè)與封裝業(yè)來(lái)促進(jìn)芯片業(yè)的發(fā)展思路，并從技術(shù)、市場(chǎng)、資金3個(gè)方面分析了選擇封裝業(yè)和設(shè)計(jì)業(yè)作為中國(guó)IC技術(shù)產(chǎn)業(yè)化突破口的理由。據(jù)此撰寫(xiě)的《集成電路技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究》獲中國(guó)電子學(xué)會(huì)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文一等獎(jiǎng)。

1994年，在電子工業(yè)部主持下，許居衍作為中方專(zhuān)家組組長(zhǎng)，參與了“909”項(xiàng)目的推動(dòng)咨詢(xún)研究，該咨詢(xún)研究促進(jìn)了上海華虹公司的建立?！熬盼濉逼陂g，他主持“微控制器系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”國(guó)家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家企業(yè)進(jìn)行集中攻關(guān)，不僅申報(bào)了多項(xiàng)專(zhuān)利，而且使科技成果轉(zhuǎn)化為批量產(chǎn)品，改變了微控制器全部依賴(lài)進(jìn)口的局面。

這些年，人工智能技術(shù)方興未艾。雖然距離真正的人工智能還有一段距離，但這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展速度驚人。有研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2030年，中國(guó)的人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到七萬(wàn)億美元。

許居衍在一次演講中提出一個(gè)驚人的觀點(diǎn)：“摩爾定律已死，人工智能萬(wàn)歲。” 所謂摩爾定律，是由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾所提出，即當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。

然而許居衍指出，這個(gè)定律已經(jīng)無(wú)法解釋這兩年集成電路驚人的發(fā)展速度，也就是說(shuō)每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，已經(jīng)不再是每隔18～24個(gè)月翻一倍以上，現(xiàn)在性能翻番要遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于這個(gè)時(shí)間。

這樣爆炸式的發(fā)展，得益于人工智能技術(shù)的推進(jìn)。人工智能在1956年被提出，如今已有60多年的歷史，當(dāng)下正處于第三次浪潮時(shí)期，即深度學(xué)習(xí)時(shí)期。伴隨人工智能技術(shù)快速發(fā)展，扮演核心角色的芯片，也能夠不斷提供更高的處理、存儲(chǔ)信息的能力。

許居衍期望集成電路在人工智能技術(shù)中有更大的作為，他將目光投向可重構(gòu)芯片，因?yàn)檫@種芯片具有低功耗、高性能、安全性、靈活性、并行性、低成本的特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)有兩款可重構(gòu)芯片，分別是清華Thinker可重構(gòu)人工智能芯片和南大RASP可重構(gòu)芯片。這兩款芯片都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。只有進(jìn)一步改進(jìn)這兩款芯片的性能，才能適應(yīng)人工智能技術(shù)日新月異的發(fā)展需求。為此，許居衍不顧自己年事已高，依舊在各個(gè)研究所、實(shí)驗(yàn)室奔走，為攻克這個(gè)“科研高地”而殫精竭慮。

（四月摘自《思維與智慧》2020年第19期）