與“中國芯”一同成長的“芯青年”
作者：本報記者 李丹陽 本報見習記者 殷澤昊《光明日報》( 2022年08月02日 12版)
【到新時代新天地中去·青年就業之“芯青年”】
在指甲蓋大小的微小之地，布局上億根晶體管和數公里長的導線，其工藝難度相當于在一根頭發絲直徑萬分之一大小的地基上，建起高樓大廈——如此集高精尖科技之大成的芯片(載有集成電路的半導體元件)，是大多數現代電子產品和新興技術的“心臟”，也是當前全球高科技領域較量的焦點。
“發絲上建高樓”的高端芯片設計制造人才，是這場較量的關鍵。
2014年以來，我國集成電路產業連續保持每年20%左右的復合增長率，形成了巨大人才缺口，再疊加全球產業界“缺芯”的影響，“國產芯片產業比以往任何時候都迫切需要大量的高端人才”。專家表示，從芯片設計、制造和封測，到與之配套的材料、裝備和應用，都“急需科研業務強、有一線工作經驗的高素質工程師，還需具有前瞻視野的產業科學家，以及了解芯片行業的投資人”。
近年來，一批年輕人在對國產芯片“卡脖子”技術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“芯”路上，“頭鐵”有用
要創新，有時不得不反復試錯。但就芯片制造而言，試錯成本十分高昂。
從設計到量產，芯片要經歷關鍵的“流片”，即按照設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，就可以據此量產芯片，反之則需找出原因，再次優化設計。其間，通常要經歷1000多道工藝，持續三個月之久，耗資巨大。
身為芯片設計師，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。“為了保住流片環節的成功率，我們唯有在設計層面追求極致，反復改版、反復測試，不漏過一處細節。”他說。
一次，迦琛所在的團隊設計了一款芯片，幾次實測中均表現正常，卻在低溫條件下發生了故障。雖是偶發故障，但大家心中已“警鈴大作”，迅速行動，逐個元件、逐條線路排查設計隱患。
小小芯片，精密度如同微縮版的城市，無數納米級的元件“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，被發現的易在低溫條件下失靈的某個器件，成為促使團隊實現工藝突破的關鍵。
“要創新，就要看你的‘頭鐵不鐵’。”總結經驗時，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，我們希望能夠用更省事的辦法解決問題。實踐證明，核心技術是買不來的。中國芯片技術和產業的短板最終還是需要中國人踏實創新來解決。”
靠著不逃避、不放棄的“頭鐵”姿態，近年來，中國研究者奮力追趕，一批國產芯片開始嶄露頭角。“我們更欣慰地看到，自主創新的拼搏精神能在這一代青年人身上薪火相傳。”中國航天科工二院雷達心研制團隊有關負責人說，“‘中國芯’的發展，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基因檢測結果。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，和其他孩子一樣學習生活。
“235雜合，聽力學檢測正常。”看到結果的吳迎喜極而泣！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主要開發人員。
對新生兒遺傳性耳聾基因進行檢測，曾經是一道難題。而張冠斌憑借一枚小小的生物芯片，讓不可能成為可能。
從清華大學機械工程及自動化專業畢業后，張冠斌加入生物芯片北京國家工程研究中心攻讀博士學位，從事生物醫藥研究。那時，成人耳聾基因芯片診斷技術已經較為成熟。
“謝謝你們的芯片技術幫我找到致聾原因，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。張冠斌內心久久不能平靜：“芯片技術能檢測成年人的耳聾基因，可新生兒檢測領域卻是一片空白，這可能讓很多患有聽覺障礙的孩子失去及早干預的機會！”
從零開始，向那片空白地進發，研究新生兒遺傳性耳聾基因診斷芯片系統！
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。
輾轉反側，夜不能寐。
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：“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。或許可以增加探針的密度，去實現連接！”
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獲得國家技術發明二等獎。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，我國生物芯片技術的應用已走進醫療領域，尤其是在遺傳性耳聾篩查、檢測和醫療干預等方面，領先世界許多國家及地區。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，這不就是科學的意義所在嗎？”張冠斌說。
從追趕到開創，相信自己、相信“中國芯”
“小伙子，外面什么天氣啊？”中國科學院計算技術研究所的走廊里，站滿了等候研究生面試的學生，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”。回了回神，才回答“是晴天”。
“下一位，陳云霽。”他推開考場的大門，卻發現這位中年人坐在了面試官席上。原來，這就是國產芯片領域的專家胡偉武教授，陳云霽后來的導師。
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。”
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。
近十年間，陳云霽在導師的帶領下一直在國產芯片領域深耕。2008年，25歲的陳云霽博士畢業后成為龍芯3號主要架構師之一。29歲，他成為中科院計算所的博士生導師。
“要向無人區進發。”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相關領域的空白，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”，另辟一條新賽道，讓中國成為領跑者。于是，他把研究領域轉向人工智能與芯片設計的交叉研究。
蹚一條新路絕非易事，何況那時人工智能領域的研究才剛起步，前景未知。陳云霽和學生做了大量調研，卻鮮有收獲，甚至最前沿的國際會議上都缺乏相關論文。
漸漸地，有的學生想打退堂鼓，有的同行也認為找不到這樣的路。
陳云霽不信！那時對機器學習的計算、訪存和通信的基本規律并不清楚，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，慢慢算，總能算出來。”
像導師曾經做過的那樣，陳云霽把床搬進了研究所，一心撲在研究上。經過幾年努力，第一個深度學習處理器問世，這是國際首個深度學習處理器芯片。
堅持，讓陳云霽守得云開見月明。2021年，陳云霽的“深度學習處理器體系結構新范式”獲得2020年度國家自然科學獎二等獎。
“從‘追趕’到‘開創’，不是須臾便能達成的，需要一代代有科學理想、坐得住冷板凳的人久久為功地做下去。”陳云霽說，更重要的是相信自己，相信能夠在我們手中，創造屬于自己的“中國芯”。
(本報記者 李丹陽 本報見習記者 殷澤昊)
(本期選題支持：詹媛)