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纽扣上造城市:中国硅谷脱离“无芯时代”
徐 哲
         2009年10月4日
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    上世纪八十年代,先行者曾寄望于“自给自足”。位于京郊的中关村被规划为高科技园区。此后,这个“中国硅谷”一直被低矮小门面房“软件要么?”的叫卖所包围。中国工程院院士倪光南由此心生感慨,“空芯化”,一直是民族产业的切肤之痛。

特刊封面

 

特刊封底

晨报特派记者 徐 哲 北京报道

实践证明,真正的核心技术是很难通过正常贸易得到的。技术,核心技术,这是最大的难题,亦是国盛民享的动力源泉。

有谁见过,在1颗纽扣上造1座城市?

不可能?那你错了。2001年3月11日晚,一群留美电子工程学博士在一颗纽扣还小的芯片上,造了一座特大城市。

直至今日,数亿枚“中国芯”已经植入索尼、苹果、LG的摄像头、手机。在彩铃、彩信、视频的背后,是一个关于核心技术的中国工程师的故事。

“这只是开始。”中星微电子创始人邓中翰说。他身后的办公室中央,竖着一块写满方程式的黑板。

这是邓中翰第二次说“开始”,第一个“开始”是在10年前,北京西四环的一个仓库里,一群年轻人着手破解中国“空芯化”困局。

无“芯”:103号破旧仓库的缩影

2009年8月,京城大热。穿过奶茶铺子和香肉酥饼店,就是中关村北土城西路103号。

整整10年前,1999年深秋的一天,邓中翰和他的团队,在这个地方停下脚步。彼时,这里几乎啥也没有,干脆就是幢破旧大楼,地下还藏着个仓库。

这个景象几乎是当时中国芯片业的1个缩影。尽管此前,摆脱了文化大革命的阻滞,我国计算机、家电行业彻底苏醒,发展迅猛。但摆满货架的产品并不能掩盖它们自身“灵魂”的缺失——作为产业链内最高端的芯片,从设计、生产,几乎完全依赖进口。每年数以亿计。

上世纪八十年代,先行者曾寄望于“自给自足”。位于京郊的中关村被规划为高科技园区。此后,这个“中国硅谷”一直被低矮小门面房“软件要么?”的叫卖所包围。中国工程院院士倪光南由此心生感慨,“空芯化”,一直是民族产业的切肤之痛,

归根结底,在芯片领域,中国没有技术,没有核心技术,没有属于自己的核心技术。

这时,有一部分人将目光标准了大洋彼岸。20世纪70年代以来,在加州一个小镇上,后来的芯片巨头英特尔研发出了第一枚电脑的cpu基础芯片,并迅速将其产业化。

这个小东西预示着,人人都有1台电脑不再是梦想。20多年后,小镇附近50公里的狭长地带被称为硅谷。硅,正是芯片的原材料。在美国硅谷成功的背后,无法磨灭来自黄皮肤、黑眼睛的智慧和技术。

如果有一天,这些人回国,能改变中国“空芯”的困局吗?有个声音这样问道。

尝试开始在1999年初。这一年,在国家有关部委的支持和倡导下,“星光中国芯工程”启动。

这一个带有国家意志的任务,落在了当时已创业的电子工程学博士邓中翰身上。作为硅谷的“近邻”,这个加州伯克利大学学生见证了小芯片带来的巨大变革,并决定从物理学“跳槽”到电子工程学。芯片正是后者的研究对象之一。

技术的关键是人。

当一个“光杆司令”肯定不行,邓中翰对自己说。而在组建核心团队时,他更倾向于在硅谷的中国人。以他们掌握的一流技术,在业内已积累下人脉,一旦归来,几乎立即能投入开发。

环顾四周,几个潜在目标浮出水面——斯坦福大学的电子工程学博士杨晓东,他曾在英特尔和惠普的工作经历,长期从事CMOS大规模集成电路系统的研究,有技术特长;已移民加拿大的金兆玮,这位成都电子科大毕业生,拥有十几项专利。

这些人或是邓中翰多年挚交,或是同窗好友,彼此可谓知根知底。但是,如何让他们放弃已有的事业,重头开始呢?

这一年,恰逢50周年国庆阅兵。就在观礼当天下午,邓中翰趁热打铁,把当时已然沉浸在强烈国家情绪中的伙伴们,带上了八达岭长城。在一种豪情壮志的氛围中,这些年轻人决定放手一试。这张誓师照片如今仍挂在公司过道上,在岁月流逝中渐渐泛黄。

2周后,中星微电子成立。

不过,一旦面对即将成为办公室兼实验室的大仓库时,这几个留美电子工程学博士感到了未来的艰辛。尽管,他们明确知道,将来,自己一定要在这片土地干出些名堂。

但何时开始,怎样进展,是否完成?都如同这年北京深秋的早晨,身处迷雾,欲待骄阳。

寻“芯”:“10%海归人+60%研发人”

一切,都在摸索中展开。

从回国到搬进大仓库,没有任何人告诉过邓中翰和他的核心团队,要做一枚怎样的芯片?

可是,这些在硅谷打拼多年的技术精英太了解“中国芯”的对手了。在后者面前,横亘着英特尔、IBM、AMD、三星等众多行业巨头。他们几乎垄断了包括电脑基础芯片、存贮器芯片在内的核心技术和市场。

1994年,英特尔凭借着486芯片处理器,登上了全球最大半导体商的宝座。此后,它推出新一代产品586(Pentium)。在中国,人们取其谐音,称之为“奔腾”,这个大名恰如其分地象征着英特尔在芯片领域的地位。

即使是在和中国“一衣带水”的日本,经历了上世纪80年代的经济泡沫后,索尼、松下、东芝、日立、富士通等厂家纷纷改变策略,大量投资亚洲其他国家,生产各种产品,而把芯片的核心技术研发、生产基本留在了本土。

这一结构转型为今后日本成为全球“芯片新贵”,甚至挑战西方巨头打下极佳的基础。

相形之下,中国的大部分企业只能站在产业链下游,满足于通过引进外国流水线,生产芯片。

那么,我们要做什么?邓中翰和他的伙伴们扪心自问,求解难题。

当时的一个例外是伴随个人电脑兴起的数字多媒体芯片领域。在今后可能到来的互联网时代,摄像头有了它,全世界就能互相看见;手机有了它,人们就能更方便地听音乐,看照片。

更为关键的是,在技术和市场上,数字多媒体芯片可谓“群雄割据”。这可能是个机会——如果,一片森林里已经有狮子老虎,只能另找森林当大王。

或许,邓中翰和他的核心团队找到了答案。

但是,芯片到底由谁来做?显然,仅仅依靠几个人的核心团队是不够的。还需要更多的技术人才,研发骨干。

1999年11月,26岁的郭小川是“打的”来到103号仓库的。此前,他刚从一家中关村芯片公司辞职,正在硅谷创业和国内研发之间犹豫。不久,一家猎头公司找到了他,说有个海归团队急需一流芯片研发人才。郭小川决定去试试。

面试地址居然是个大仓库,这是郭小川没想到的。但他还是走了进去,里面没有窗户,有个人坐着。然后,他开始说话。那天,那人说了很多——要做数字多媒体芯片,因为后者有前途,有市场。而我们有技术,有能力。

那些黑暗中的话语,让熟知国内芯片现状的郭小川觉得靠谱。因此,他决定加入这个完全陌生的团队,员工编号“007”。如今,“007”已是“中星微”副总裁。

截至1999年底,“中星微”招了15个人。他们中有刚毕业的大学生、研究生,还有在研究所、实验室或国企中做过几年的。此后,核心团队再度杀回硅谷招兵买马。

这个“10%海归人+60%研发人=技术团队”的人才等式持续至今,它给“中国芯”一共带来了1800多项专利,而且没有任何污点,甚至外界争议。

2000年春节前的一天,郭小川照常上班。一进门他发现,不少人正在布置场地,还有些人出去买吃的,说一会儿有重要消息宣布。郭小川一听,赶紧帮忙。

一个简短会议后,“星光一号”研发正式启动。北土城西路103号大仓库“开张”了,真正的考验也随之而来。

造“芯”:在“芯片城市”里,“规划交通”

技术!核心技术!这是最大的难题。

芯片,指内含集成电路的硅片,体积很小。和作为电脑“灵魂”的cpu芯片不同,同属于核心技术的数字多媒体芯片通常被装进摄像头、手机、数码相机、高清电视中。借助这个“心脏”,人们才能听声音,看视频,甚至远隔重洋,也能千里相见。

邓中翰和他的团队所要制造的就是这样一枚放置在电脑摄像头里的“图像芯片”——星光一号。但这枚小东西究竟怎么做?当时,在国内的相关技术领域几乎是一片空白。

更糟糕的是,飞利浦、IBM也已推出这方面的产品。当时,芯片中每个基本单元的工艺尺寸已下降到0.25微米。人类肉眼能识别的长度是0.2毫米,等于200微米。相比直径是20微米的一根头发,0.25微米仅仅是后者的百分之一多一点。

面对强手,如何尽快做出1枚能耗低,效率好、体积小的“中国芯”,已箭在弦上。

这群年轻人把目标瞄准了0.18微米,比0.25微米小了一半左右,这在当时是最先进的。唯有这样,成本更低的“星光一号”才有竞争力。硬币的另一面是,一旦失败,损失的不仅是30万美金的成本,还有市场。

“0.18微米”,首先面临的挑战是地方、设备的不足。为此,大仓库被隔成两块,除了负责打电话传真的办公室,就是研发区域,还特地辟出一间暗房做视频测试。郭小川常在研发之余,跑去附近院校借设备;如果国内没有,邓中翰晚上联系美国硅谷,马上运。此后,价廉物美的美式“枪炮”陆续到达,及时补充了“弹药”。“0.18微米”,对设计团队而言,更意味着技术的突破。芯片设计,好比在规划一座人口、车辆过百万的特大城市。不过,建筑师需要在现实世界里最合理地安排人、车辆、道路、公共设施,电子工程师则是比纽扣还小的硅片里,搞定集成电路以及流动其间的数据。现在,芯片缩小了近1倍,但数据量一点儿没少。这就要求在技术上必须匹配,甚至完成超越。

到底该怎么做?

邓中翰和他的伙伴们冥思苦想。根据在美国硅谷从事芯片研发的经验,他们想到了“数据驱动平行计算技术”。

所谓“平行计算”,就是根据数据量的多少,重新设计、优化芯片的集成电路分布。正如同规划一座城市中的道路,车流多的地方,拓宽车道。这样排队等候的车辆,就能跑得更快、更畅。相应地,那些平时车辆较少的道路,则被减少、甚至压缩了。

这样,对一枚同等面积的芯片而言,由于有效整合电路,效率得到提升。可是,这种“平行计算”仅仅是被运用于cpu芯片上,而非多媒体数字芯片。如此移植,可行吗?

没人能告诉他们。因为在这之前,国内没人这样做过。

但是,他们决定试试。当编程完毕,输入负责测试的逻辑分析仪时,所有设计人员盯着屏幕,不敢喘气,等待结果。很快,分析仪显示,新技术完全适用于新芯片。大伙儿终于松了一口气。

这次成功不仅意味着0.25微米完全可能缩小成0.18微米,更意味着一项核心技术的突破。

迈过这一难关,“中国芯”曙光初现。这些突破使“星光一号”在和当时同等产品的竞争中,占据了明显优势。而这对于普通百姓而言,配置这样的芯片,摄像头拍出的图像才会更清晰,且价格更低。

但很快,冬天来了。

测“芯”:近乎苛刻的“全扫描链”

这一年的北京下了很多雪。

仓库没有暖气,邓中翰和同事们穿着羽绒服,用电烤炉取暖。大脑累极,他们就在院子里玩橄榄球。地上积雪厚重,每挪动一步,异常吃力。不少人得了北方少见的冻疮。

没日没夜的研发,让单身的郭小川根本没时间找女朋友。在他的周围,不少海归在创业之初,把老婆孩子留在了他乡。他们只能在工作之余向大洋彼岸送上一声问候。至今,他们仍不愿向外界讲述这段往事,唯一知道的,恐怕只有深夜里往来两地的一封封电子邮件了。

此时,难题又出现了——摄像头里的芯片,如何实现模拟信号和数字信号的转换。

简单地说,自然界里,声音就是一种模拟信号。它是连续的,波动的,但容易受到干扰。数字信号则属于另一个世界——它是断开的,一般以“0”和“1”表示。

显然,要让人们看到优质的画面,听到一流的音乐,波形必须被翻译成芯片能识别的“0”和“1”。即使在当时,这种转换技术在硅谷也属尖端。

这一重担再一次考验着核心团队。

信号转换,必须要有一个“翻译器”。这时,这群年轻人想到了利用美国硅谷对外的电脑软件平台。借助后者,他们能替颜色、声音、图像找到对应的“0”和“1”,这就是所谓的编码。

问题是,自然界里,存在的各种颜色、声音、图像太多了,而核心团队必须为每一个都编码,然后才开始设计集成电路,制成版图,最终通过测试。

这是一个异常漫长的过程。郭小川已经不记得一共试了多少次。很多个晚上,仓库附近小饭馆的“黄金大饼”卖得很火,那是工程师们在通宵编程后的最爱,“又便宜又好吃。”

期间,公司在不断壮大,邓中翰的团队搬离了大仓库。走那天,郭小川正好在深圳出差。至今,他还为没能和旧址告别,留有遗憾。

将近一年后的2000年,在新的实验室,这群年轻的工程师们等来了好消息——编码终于通过了测试。这意味着,芯片设计已接近完工。

这时,他们又做出一个大胆决定——设计一条“全扫描链”,实时检测每1条集成电路的运行状态,以便随时检查出芯片设计中可能存在的问题。这就像在一座城市的每条道路,装上一个“安全探头”,及时找到“酒驾”者和犯罪嫌疑人。“因为代价昂贵,那个年代,放眼全球,没几家芯片公司能有如此魄力,如此技术。”全程参与研发的“中星微”副总裁朱军如今回忆。

这条“全扫描链”保证了“星光一号”以及以后一系列相关芯片的品质:100万块芯片,不合格者不多于200块。

近乎苛刻的技术,才能达到近乎苛刻的标准,并最终打动飞利浦、三星等近乎苛刻的国际巨头们。

2001年前后,“星光一号”被送往台湾委托加工。接下来,年轻的中国芯设计者只能等待。

等“芯”:无酒的干杯最让人醉

“星光一号”回来了。

这是2001年3月11日,它被封装在一个黑色铅盒里,从首都机场接回。在北京中关村里,邓中翰和他的团队等着这一刻,似乎已经很久了。

这一天,没有人刻意通知,所有人早早来到公司等着。邓中翰穿上藏青色西装,系上黄色领带,和他的同事们一起见证各自人生历程中的首枚“中国芯”。

晚上11点左右,这枚芯片装载着过百万集成电路,看上去却比纽扣还小。随后,它被技术人员装进电脑摄像头测试版。实验室里,所有人摒住呼吸,紧紧盯住屏幕,屋里刹时宁静——“中国芯”的成败在此一举。

这时,一个图像清晰地出现在屏幕上——这是由摄像头拍下的实验室场景,格外清晰。这意味着,中国首枚具有自主知识产权的数字多媒体芯片“星光一号”获得成功,中国已告别无“芯”时代。

成功了!所有人热烈鼓掌。这时,不知谁提议:“咱们大家干一杯吧!”立即获得大家响应,没有酒,大家就把茶杯、一次性纸杯,甚至矿泉水瓶子一同举起,“干!”

“喝过那么多次酒,这一次无酒的干杯最让人醉。”邓中翰说。至今,这一幕仍被珍藏在他办公室。

当年9月,飞利浦、三星、TCL、联想、方正、海尔、紫光等品牌电脑中的一个核心部件改用 “星光一号”。2002年,微软提出合作;2003年,“星光五号”实现手机、移动存储、数码相机的有机结合;2004年底,索尼笔记本电脑的摄像头配置 “中国芯”。2005年,“中星微”在美国纳斯达克上市。

许多年轻人喜欢的手机彩信、和弦铃声,都源自于“中国芯”。“原来2000块的手机,现在800块钱就能买了。”邓中翰说。

朱军说,短时间内,技术可以复制,但戴尔、索尼不会放弃一个好伙伴,把要求告诉一个陌生客户。比微米还小1000倍的纳米,将是“中国芯”下一阶段的技术目标。

在“中星微”大堂,挂着一幅被放大的“星光五号”芯片电路剖析图。“这是一座城市。黄色方块是公用设施;绿色长条是高速公路。那些密密麻麻的蓝色细线则是一个个紧张工作中的芯片研发团队。”邓中翰说。

而在遥远的美国硅谷,首次有了“中国芯”的研发中心。在那里,许多黄皮肤黑眼睛正奉献出智慧和技术。

和很多年前不一样的是,这一次,他们为了自己的民族,瞄准、蓄势、出发,冲刺。

在倪光南看来,比起注重理论的科学家,工程师则解决实际问题,“前者回答为什么能,后者解决为什么不能。”

他说,我们自古就有“学而优则仕”的传统。希望今后多一些来自一线,善于创新的工程师。这样,下一个甲子,中国才可能会出一流科学家和科技领军人才。

2009年9月,芯片巨头英特尔宣布,将自己的产品线延伸到服务器,每个单元的工艺技术达到了目前世界最先进的32纳米。

显然,在漫漫的征途上,“中国芯”和他的工程师团队仍有一段很长的路要走。


 
  来源:《新闻晨报》      (责任编辑:冯千)  

 

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