与“中国芯”一同成长的“芯青年”

  【到新时代新天地中去·青年就业之“芯青年”】 

  在指甲盖大小的微小之地，布局上亿根晶体管和数公里长的导线，其工艺难度相当于在一根头发丝直径万分之一大小的地基上，建起高楼大厦——如此集高精尖科技之大成的芯片（载有集成电路的半导体元件），是大多数现代电子产品和新兴技术的“心脏”，也是当前全球高科技领域较量的焦点。

  “发丝上建高楼”的高端芯片设计制造人才，是这场较量的关键。

  2014年以来，我国集成电路产业连续保持每年20%左右的复合增长率，形成了巨大人才缺口，再叠加全球产业界“缺芯”的影响，“国产芯片产业比以往任何时候都迫切需要大量的高端人才”。专家表示，从芯片设计、制造和封测，到与之配套的材料、装备和应用，都“急需科研业务强、有一线工作经验的高素质工程师，还需具有前瞻视野的产业科学家，以及了解芯片行业的投资人”。

  近年来，一批年轻人在对国产芯片“卡脖子”技术的攻坚中得到实在的历练，得以迅速成长。他们是与“中国芯”共同成长的新一代“芯青年”，他们准备好了——“站在前人的肩膀上，完成中国芯片从追随到超越的历史使命。”

科技创“芯”路上，“头铁”有用

  要创新，有时不得不反复试错。但就芯片制造而言，试错成本十分高昂。

  从设计到量产，芯片要经历关键的“流片”，即按照设计图纸在晶圆上进行蚀刻，去检验每个工艺步骤是否可行、电路是否具备所需性能和功能。流片成功，就可以据此量产芯片，反之则需找出原因，再次优化设计。其间，通常要经历1000多道工艺，持续三个月之久，耗资巨大。

  身为芯片设计师，中国航天科工二院二十三所高级工程师、90后青年迦琛对流片的重要性体会得很深。“为了保住流片环节的成功率，我们唯有在设计层面追求极致，反复改版、反复测试，不漏过一处细节。”他说。

  一次，迦琛所在的团队设计了一款芯片，几次实测中均表现正常，却在低温条件下发生了故障。虽是偶发故障，但大家心中已“警铃大作”，迅速行动，逐个元件、逐条线路排查设计隐患。

  小小芯片，精密度如同微缩版的城市，无数纳米级的元件“屋舍林立”，电路线路“阡陌纵横”，在这里寻找故障的难度可想而知。但他们不回避困难，竭尽所长、积极排障，终于找到了隐患。不仅如此，被发现的易在低温条件下失灵的某个器件，成为促使团队实现工艺突破的关键。

  “要创新，就要看你的‘头铁不铁’。”总结经验时，迦琛多次使用了“主动”一词，因为“遇到困难，被动等待它消失是不可能的，不如‘头铁’一些，主动迎上去，或许能打通一条创新路”。

  主动出击，是迦琛的答案，也是中国芯片人的答案。如中国工程院院士倪光南所指出的那样：“曾经，我们希望能够用更省事的办法解决问题。实践证明，核心技术是买不来的。中国芯片技术和产业的短板最终还是需要中国人踏实创新来解决。”

  靠着不逃避、不放弃的“头铁”姿态，近年来，中国研究者奋力追赶，一批国产芯片开始崭露头角。“我们更欣慰地看到，自主创新的拼搏精神能在这一代青年人身上薪火相传。”中国航天科工二院雷达心研制团队有关负责人说，“‘中国芯’的发展，依靠的正是这些脚踏实地、仰望星空的‘芯青年’。”

科技向善，是造一颗匠“芯”的意义

  2010年夏，北京一家医院，等待许久的吴迎心情忐忑，他马上就要拿到新生儿的耳聋相关基因检测结果。吴迎是听觉障碍者，对自己下一代最大的期望是拥有正常的听力，和其他孩子一样学习生活。

  “235杂合，听力学检测正常。”看到结果的吴迎喜极而泣！此时他最想感谢的人，就是80后科研工作者张冠斌，遗传性耳聋基因诊断芯片系统主要开发人员。

  对新生儿遗传性耳聋基因进行检测，曾经是一道难题。而张冠斌凭借一枚小小的生物芯片，让不可能成为可能。

  从清华大学机械工程及自动化专业毕业后，张冠斌加入生物芯片北京国家工程研究中心攻读博士学位，从事生物医药研究。那时，成人耳聋基因芯片诊断技术已经较为成熟。

  “谢谢你们的芯片技术帮我找到致聋原因，可是，我能生出健康的孩子吗？”张冠斌读博期间一次临床实验时，听到一位耳聋患者的哀叹。张冠斌内心久久不能平静：“芯片技术能检测成年人的耳聋基因，可新生儿检测领域却是一片空白，这可能让很多患有听觉障碍的孩子失去及早干预的机会！”

  从零开始，向那片空白地进发，研究新生儿遗传性耳聋基因诊断芯片系统！

  张冠斌和团队很快遇到了问题：如何把识别基因序列的磁珠通过探针连接到芯片上？磁珠量级以微米计，探针只有6.8纳米长，二者差距甚远。

  辗转反侧，夜不能寐。

  一天上班路上，他无意间观察到一只毛毛虫攀附在路边绿植的茎秆上，蠕动着向上爬行。灵感就在此时意外迸发：“毛毛虫的脚这么小，可它能将自己硕大的身躯紧紧附着在植物上。为什么？因为它的脚足够多。或许可以增加探针的密度，去实现连接！”

  几番尝试后，磁珠与芯片连接问题终于得到解决。2018年，遗传性耳聋诊断芯片系统获得国家技术发明二等奖。2021年11月，全国接受了遗传性耳聋基因筛查的新生儿突破500万人，直接避免了受检者及家庭成员13万多人因使用药物不当致聋。

  当前，我国生物芯片技术的应用已走进医疗领域，尤其是在遗传性耳聋筛查、检测和医疗干预等方面，领先世界许多国家及地区。浸透着“芯青年”汗水与匠心的芯片，承载着人们对美好生活的希望。

  “当患儿的父母紧握着我的手时，我感受到爱、希望和温暖，这不就是科学的意义所在吗？”张冠斌说。

从追赶到开创，相信自己、相信“中国芯”

  “小伙子，外面什么天气啊？”中国科学院计算技术研究所的走廊里，站满了等候研究生面试的学生，一位中年人突然走来问了陈云霁这样一句话，把一心准备面试的他给“问蒙了”。回了回神，才回答“是晴天”。

  “下一位，陈云霁。”他推开考场的大门，却发现这位中年人坐在了面试官席上。原来，这就是国产芯片领域的专家胡伟武教授，陈云霁后来的导师。

  胡伟武教授询问面试者天气的原因，陈云霁是后来才知道的。胡伟武说：“那时候我整整一周都没出研究所了，才想问问外面的天气情况。”

  这意外的回答，深深感动了陈云霁。忘我精神，在师徒之间传承了下来。

  近十年间，陈云霁在导师的带领下一直在国产芯片领域深耕。2008年，25岁的陈云霁博士毕业后成为龙芯3号主要架构师之一。29岁，他成为中科院计算所的博士生导师。

  “要向无人区进发。”随着科研的深入，陈云霁脑海中的这个声音越来越响。此前的工作大多是“追赶”，虽然一些成绩填补了国内相关领域的空白，但终究是和国际上的芯片研究者在同一个赛道竞争。陈云霁想做的是“开创”，另辟一条新赛道，让中国成为领跑者。于是，他把研究领域转向人工智能与芯片设计的交叉研究。

  蹚一条新路绝非易事，何况那时人工智能领域的研究才刚起步，前景未知。陈云霁和学生做了大量调研，却鲜有收获，甚至最前沿的国际会议上都缺乏相关论文。

  渐渐地，有的学生想打退堂鼓，有的同行也认为找不到这样的路。

  陈云霁不信！那时对机器学习的计算、访存和通信的基本规律并不清楚，问题层出不穷，他仍鼓励大家：“凭龙芯项目时期打下的坚实基础，慢慢算，总能算出来。”

  像导师曾经做过的那样，陈云霁把床搬进了研究所，一心扑在研究上。经过几年努力，第一个深度学习处理器问世，这是国际首个深度学习处理器芯片。

  坚持，让陈云霁守得云开见月明。2021年，陈云霁的“深度学习处理器体系结构新范式”获得2020年度国家自然科学奖二等奖。

  “从‘追赶’到‘开创’，不是须臾便能达成的，需要一代代有科学理想、坐得住冷板凳的人久久为功地做下去。”陈云霁说，更重要的是相信自己，相信能够在我们手中，创造属于自己的“中国芯”。

  （本报记者 李丹阳 本报见习记者 殷泽昊）

  （本期选题支持：詹媛）