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筚路蓝缕:我国第一批通信专用集成电路诞生记

发布时间:2019-06-12 09:20 来源:未知 编辑:admin

  本人20年前从清华大学电子系毕业后,在芯片设计行业摸(cha)爬(ke)滚(da)打(hun)了十几年。近几年,芯片行业得到了国家、社会、以及投资机构的重视。特别是最近一段时间,因为中美贸易战的影响,中国芯片行业该如何发展,成为行业内外大家讨论的热点。正好前几天有个公众号发表了一篇“清华芯片往事”的文章,引起清华校友群的讨论。老父亲找出几年前为电子系纪念特刊撰写的关于清华大学发展集成电路设计的一段历史记录。特将其整理如下,希望以史为鉴,对新形势下的中国芯片行业发展能有一定启示。

  清华大学电子工程系 教授 冯重熙记得那是改革开放初期的1985年,在电子部科技委员会青岛会议上,当时的电子部通信导航司郭文昭司长谈起我国电子工业发展时,谈到了进入80年代后,大规模集成电路的发展与前景。郭文昭司长谈到,改革开放后,在引进生产线的同时要求引进核心技术的做法已经越来越难以实现。因为大规模集成电路是国外厂家不肯转让的知识产权,这样我们将难以用这种方式实现民族产业的引进发展之路。我以学校里的研究工作的例子来说明当时国内广为流行的走解剖国外专用集成电路仿制的路子,随着集成度的提高亦逐渐成为不可能实现的途径。因此我国急需培养能独立设计专用集成电路的系统工程师,设计自己的专用集成电路,这将是一条发展民族电子工业的重要出路。因为芯片集成电路设计技术一旦掌握在自己的手里,我们就可以利用国外的集成电路加工工艺环境加工出自己独有的专用集成电路,使我们能在同等硅片工艺水准上开发出我们自己的专用集成电路及新产品。这一意见得到了当时电子部孙俊人副部长和通信导航司郭司长的支持,继而在当年集中起11个电子部所属工厂和研究所在清华大学以集资形式(集资170万元)建立起“清华大学专用集成电路联合实验室”,目的是在从美国进口的计算机辅助设计工作站的环境下培养专用集成电路(ASIC)设计的工程技术人员,使其能通过掌握该系统并学会集成电路设计方法。当时在清华建立的这套系统是美国商业部历史上第一次批准出口中国的专用集成电路(ASIC)设计平台。我们先后为11个单位办了五届技术培训班。

  为了引导这一方向的研究实践落地,联合实验室承接了“八五”国家科技攻关项目中的四块用于光纤通信的专用集成电路的设计开发任务。1987年在实验室的工作站上设计出两块二、三次群复接器电路,随即在国家科委主任宋健和新技术局汤斌武规局长等领导的支持下,介绍到日本富士通公司与其常务董事长接洽加工专用集成电路事宜,并联系承接了芯片加工任务。

  在1988年9月我国第一届全国光纤通信大会上,由清华大学电子系冯重熙、曾烈光、韦文等自主设计的大规模通信专用集成电路THMTOO1和THMROO1正式宣布首次利用国外环境流片加工成功,并制作成PCM“脉冲编码”二次群数字复接设备。

  该芯片上集成了8000个门电路,电路中采用了团队自主知识产权的减少抖动的专利技术。该技术后来获得国家发明二等奖。该产品各项指标优于国外产品,系统体积功耗等都比当时其他产品减少许多倍,生产过程大为简化,可靠性有数量级的提高,同时其成本具有极大的竞争力。当时的“国务院电子振兴领导小组”李祥林主任为此向国家科委宋健主任做了汇报,宋健主任做了如下批示:“看了非常高兴,请向清华冯重熙同志转致衷心感谢,希望尽快商品化,批量供应,还希望清华的同志们再接再厉,向四次群和更高速前进!宋健9.13”。

  为进一步推动专用集成电路设计工作的进展,在1989年1月17日的《中国科学报》上,我以记者访谈的形式发表了我国电子设备生产行业的发展战略应该是“两头在内、中间在外”的意见。即专用电路和设备的设计和应用要自主地在国内进行,而大规模集成电路的加工受国内条件所限,在相当一段时间内可依靠国际加工能力实现。这样才能够推动国内设备制造水平,促使企业利用自己的技术力量开发出自有知识产权的具有当代水准的产品。实际上,只有在设备中用上以当代最先进的半导体工艺制造的器件才算得上是先进产品,才能提高产品的国际竞争力。

  与此同时,为推动这一工作进行,经由校党委书记李传信同志将“促进在电子工业的系统设计人员中推动专用集成电路设计技术”的意见转送到当时电子部副部长。针对这一意见,曾副部长利用部长基金,委托通信导航司在电子部系统的通信研究所和学校中装备了一批专用集成电路设计工作站,并在局内发文推动这一工作。这一举措在当时有很大影响力。

  但是由于芯片设计技术的难度以及这一理念在厂级领导层中一时很难建立,该项工作的实际效果并未因一两次的推动而有大的起色。为了继续示范这一举措,推动通信ASIC发展,在90年代初我们以两块专用集成电路作为投资,会同电子部通信工程公司和香港招商局等单位,集资100万元建立起“华环电子有限公司”。在公司建立初期确定以一种单板二、三次群复接板作为产品。该产品在功耗、体积和可靠性等方面全面优于国内外其他产品。因此,当时生产微波通信机的电子部611厂和邮电部506厂都利用单板复接器的优点,将其插在微波机内组成微电一体化设备打入市场,而不必另立机柜来实现同一功能。

  公司初期产品获得了市场欢迎,对团队也是一个信心的建立。在进入90年代后,市场发生突然的变化。光纤通信的技术已趋成熟,并迅速地被国内电信建设部门所接受,而微波通信电路这时急速退让到备用手段。面对这一形势,公司急速调转方向朝光纤系统产品的方向发展。这一改变是对公司的一个很大的挑战,要直接面对电信市场提供全套光纤电信网络产品。公司首先急需扩大技术力量,当时电子系王一超、林孝康、阮方、葛宁、孙明海等一批教师加入到公司起到了决定性作用。我们根据电信网络的发展形势,在国内首先提出研发面向网络型的准同步数字系列(N-PDH)的数字复接产品这一新思路,继而开发出系列化产品。其中当时达到世界先进水平的跳群专用集成电路HMX3101的开发成功并投产具有决定性作用。该芯片将复接器中21个晶体锁相环电路全部以数字电路方法实现在硅片上,并且为适应网络型产品发展,加入了交叉连接电路实现了16个E1接口的交换。这实际上是将完整的跳群复接设备整体电路在芯片上实现了,葛宁博士的工作实际上是首次实现了复接设备在芯片上的系统集成(system on chip),当时国外并未有同等规模产品。

  与此同时,林孝康等开发出四次群复接器电路M4320,该产品首次实现了CMOS工艺输出口达到150Mb/s能力。由于一系列ASIC产品开发成功,数年间华环公司有了全套高水平的PDH专用集成电路系列产品。公司在这些集成电路基础上开发有H600、H700、H800、H1000等多个系列产品并推向市场,并相继取得邮电部电讯产品的入网证,公司产值由几百万元很快超过5000万元的水平,用自己的力量在上地信息产业基地建起6000平方米华环电子大厦。面貌有了崭新的变化,步入先进中型企业行列。

  公司于90年代中期通过了ISO9001质量管理体系认证的工作,公司的管理也上升到一个新阶段。长年在学校环境下发展成长的教授们变身公司骨干决不是一个简单的转变,不仅公司管理的理念需要实践-学习-实践的过程,就是在技术上,要使研究成果转化为适销对路、能批量流水生产的产品,也有许多重要知识层面要学习、钻研,应该说这是知识的深化与全面发展。清华大学先后有多名教授以各种形式参加到华环公司的工作中,特别是历届在华环学习的数十名研究生,他们为华环公司开发ASIC,实现新技术产品做出了巨大的贡献。这说明成果的转化需要有一大批高级人才的投入才可实现。

  华环电子公司的发展证实了十多年前提出以ASIC自主开发来推动产业发展的方向是正确的,在十多年后的今天,国内通信界的有识之士无不以拥有自己的芯片作为公司发展的重要战略步骤,这是非常可喜的进步与可贵的认识。目前我国半导体工业界也都认识到要有系统产品的设计队伍才能带动整个IC工业的发展。

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