與“中國芯”一同成長的“芯青年”

近年來，一批年輕人在對國產(chǎn)芯片“卡脖子”技術(shù)的攻堅中得到實在的歷練，得以迅速成長。他們是與“中國芯”共同成長的新一代“芯青年”，他們準備好了——“站在前人的肩膀上，完成中國芯片從追隨到超越的歷史使命”。

科技創(chuàng)“芯”路上，“頭鐵”有用

要創(chuàng)新，有時不得不反復(fù)試錯。但就芯片制造而言，試錯成本十分高昂。

從設(shè)計到量產(chǎn)，芯片要經(jīng)歷關(guān)鍵的“流片”，即按照設(shè)計圖紙在晶圓上進行蝕刻，去檢驗每個工藝步驟是否可行，電路是否具備所需性能和功能。流片成功，就可以據(jù)此量產(chǎn)芯片，反之則需找出原因，再次優(yōu)化設(shè)計。其間，通常要經(jīng)歷1000多道工藝，持續(xù)3個月之久，耗資巨大。

身為芯片設(shè)計師，中國航天科工二院二十三所高級工程師、“90后”青年迦琛對流片的重要性體會得很深?！盀榱吮Ｗ×髌h(huán)節(jié)的成功率，我們唯有在設(shè)計層面追求極致，反復(fù)改版、反復(fù)測試，不漏過一處細節(jié)。”他說。

一次，迦琛所在的團隊設(shè)計了一款芯片，幾次實測中均表現(xiàn)正常，卻在低溫條件下發(fā)生了故障。雖是偶發(fā)故障，但大家心中已“警鈴大作”，迅速行動，逐個元件、逐條線路排查設(shè)計隱患。

小小芯片，精密度如同微縮版的城市，無數(shù)納米級的元件“屋舍林立”，電路線路“阡陌縱橫”，在這里尋找故障的難度可想而知。但他們不回避困難，竭盡所長、積極排障，終于找到了隱患。不僅如此，被發(fā)現(xiàn)的易在低溫條件下失靈的某個器件，成為促使團隊實現(xiàn)工藝突破的關(guān)鍵。

“要創(chuàng)新，就要看你的‘頭鐵不鐵?！笨偨Y(jié)經(jīng)驗時，迦琛多次使用了“主動”一詞，因為“遇到困難，被動等待它消失是不可能的，不如‘頭鐵一些，主動迎上去，或許能打通一條創(chuàng)新路”。

主動出擊，是迦琛的答案，也是中國芯片人的答案。如中國工程院院士倪光南所指出的那樣：“曾經(jīng)，我們希望能夠用更省事的辦法解決問題。實踐證明，核心技術(shù)是買不來的。中國芯片技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的短板最終還是需要中國人踏實創(chuàng)新來解決?！?/p>

靠著不逃避、不放棄的“頭鐵”姿態(tài)，近年來，中國研究者奮力追趕，一批國產(chǎn)芯片開始嶄露頭角?！拔覀兏牢康乜吹?，自主創(chuàng)新的拼搏精神能在這一代青年人身上薪火相傳?！敝袊教炜乒ざ豪走_心研制團隊有關(guān)負責(zé)人說，“‘中國芯的發(fā)展，依靠的正是這些腳踏實地、仰望星空的‘芯青年。”

科技向善，是造一顆匠“芯”的意義

2010年夏，北京一家醫(yī)院，等待許久的吳迎心情忐忑，他馬上就要拿到新生兒的耳聾相關(guān)基因檢測結(jié)果。吳迎是聽覺障礙者，對自己下一代最大的期望是擁有正常的聽力，和其他孩子一樣學(xué)習(xí)生活。

“235雜合，聽力學(xué)檢測正常?！笨吹浇Y(jié)果的吳迎喜極而泣！此時他最想感謝的人，就是“80后”科研工作者張冠斌，遺傳性耳聾基因診斷芯片系統(tǒng)主要開發(fā)人員。

對新生兒遺傳性耳聾基因進行檢測，曾經(jīng)是一道難題。而張冠斌憑借一枚小小的生物芯片，讓不可能成為可能。

從清華大學(xué)機械工程及自動化專業(yè)畢業(yè)后，張冠斌加入生物芯片北京國家工程研究中心攻讀博士學(xué)位，從事生物醫(yī)藥研究。那時，成人耳聾基因芯片診斷技術(shù)已經(jīng)較為成熟。

“謝謝你們的芯片技術(shù)幫我找到致聾原因，可是，我能生出健康的孩子嗎？”張冠斌讀博期間一次臨床實驗時，聽到一位耳聾患者的哀嘆。張冠斌內(nèi)心久久不能平靜：“芯片技術(shù)能檢測成年人的耳聾基因，可新生兒檢測領(lǐng)域卻是一片空白，這可能讓很多患有聽覺障礙的孩子失去及早干預(yù)的機會！”

從零開始，向那片空白地進發(fā)，研究新生兒遺傳性耳聾基因診斷芯片系統(tǒng)！

張冠斌和團隊很快遇到了問題，如何把識別基因序列的磁珠通過探針連接到芯片上？磁珠量級以微米計，探針只有6.8納米長，二者差距甚遠。

一天上班路上，他無意間觀察到一只毛毛蟲攀附在路邊綠植的莖稈上，蠕動著向上爬行。靈感就在此時意外迸發(fā)：“毛毛蟲的腳這么小，可它能將自己碩大的身軀緊緊附著在植物上。為什么？因為它的腳足夠多?；蛟S可以增加探針的密度，去實現(xiàn)連接！”

幾番嘗試后，磁珠與芯片連接問題終于得到解決。2018年，遺傳性耳聾診斷芯片系統(tǒng)獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎。2021年11月，全國接受了遺傳性耳聾基因篩查的新生兒突破500萬人，直接避免了受檢者及家庭成員13萬多人因使用藥物不當致聾。

當前，我國生物芯片技術(shù)的應(yīng)用已走進醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是在遺傳性耳聾篩查、檢測和醫(yī)療干預(yù)等方面，領(lǐng)先世界許多國家及地區(qū)。浸透著“芯青年”汗水與匠心的芯片，承載著人們對美好生活的希望。

“當患兒的父母緊握著我的手時，我感受到愛、希望和溫暖，這不就是科學(xué)的意義所在嗎？”張冠斌說。

從追趕到開創(chuàng)，相信自己、相信“中國芯”

“小伙子，外面什么天氣?。俊敝袊茖W(xué)院計算技術(shù)研究所的走廊里，站滿了等候研究生面試的學(xué)生，一位中年人突然走來問了陳云霽這樣一句話，把一心準備面試的他給“問蒙了”?；亓嘶厣?，才回答“是晴天”。

“下一位，陳云霽?！彼崎_考場的大門，卻發(fā)現(xiàn)這位中年人坐在了面試官席上。原來，這就是國產(chǎn)芯片領(lǐng)域的專家胡偉武教授，陳云霽后來的導(dǎo)師。

胡偉武教授詢問面試者天氣的原因，陳云霽是后來才知道的。胡偉武說：“那時候，我整整一周都沒出研究所了，才想問問外面的天氣情況?！?/p>

這意外的回答，深深感動了陳云霽。忘我精神，在師徒之間傳承了下來。

近10年間，陳云霽在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下一直在國產(chǎn)芯片領(lǐng)域深耕。2008年，25歲的陳云霽博士畢業(yè)后成為龍芯3號主要架構(gòu)師之一。29歲，他成為中科院計算所的博士生導(dǎo)師。

“要向無人區(qū)進發(fā)。”隨著科研的深入，陳云霽腦海中的這個聲音越來越響。此前的工作大多是“追趕”，雖然一些成績填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，但終究是和國際上的芯片研究者在同一個賽道競爭。陳云霽想做的是“開創(chuàng)”，另辟一條新賽道，讓中國成為領(lǐng)跑者。于是，他把研究領(lǐng)域轉(zhuǎn)向人工智能與芯片設(shè)計的交叉研究。

蹚一條新路絕非易事，何況那時人工智能領(lǐng)域的研究才剛起步，前景未知。陳云霽和學(xué)生作了大量調(diào)研，卻鮮有收獲，甚至最前沿的國際會議上都缺乏相關(guān)論文。

漸漸地，有的學(xué)生想打退堂鼓，有的同行也認為找不到這樣的路。

陳云霽不信！那時對機器學(xué)習(xí)的計算、訪存和通信的基本規(guī)律并不清楚，問題層出不窮，他仍鼓勵大家：“憑龍芯項目時期打下的堅實基礎(chǔ)，慢慢算，總能算出來?！毕駥?dǎo)師曾經(jīng)做過的那樣，陳云霽把床搬進了研究所，一心撲在研究上。經(jīng)過幾年努力，第一個深度學(xué)習(xí)處理器問世，這是國際首個深度學(xué)習(xí)處理器芯片。

堅持，讓陳云霽守得云開見月明。2021年，陳云霽的“深度學(xué)習(xí)處理器體系結(jié)構(gòu)新范式”獲得2020年度國家自然科學(xué)獎二等獎?！皬摹汾s到‘開創(chuàng)，不是須臾便能達成的，需要一代代有科學(xué)理想、坐得住冷板凳的人久久為功地做下去?！标愒旗V說，更重要的是相信自己，相信能夠在我們手中，創(chuàng)造屬于自己的“中國芯”。

（摘自《光明日報》李丹陽）