北大人物

王阳元:亲历产业化

发布时间:2007/09/26 信息来源:信息来源:科技中国9月26日 编辑:碧荷

身为院士,他最不愿意科研成果在试验室里走完一生。在他的亲历亲为下,中芯国际已成为中国第一、世界第三的集成电路厂商

2007年7月26日,中芯国际公布了2007年度第二季度的综合经营业绩:虽然比第一季度略有下滑,但是与2006年同期相比,销售额增加至3.748亿美元,增加了3.7%。
 
    公司旗下80%的65纳米技术生产线也已经通过了测试,中芯国际已经由只能制作8英寸直径硅片圆晶的时代发展到可以生产12英寸圆晶产品的新时代。

就在两年前,中芯国际董事会选举王阳元为董事会主席,王阳元表示:“我盼望担任公司董事会主席一职,利用我对业界的了解,我将使中芯国际有最好的表现,带动公司的增长。”

作为中科院院士,王阳元在半导体领域已经有52多年的经验,除企业任职外,他还担任北京大学教授、博士生导师,北京大学微电子学研究院首席科学家,中国电子学会副理事长,复旦大学、电子科技大学和香港科技大学等校兼职教授,美国IEEE Fellow,英国IEE Fellow和中国CIE Fellow等。

虽然带领的企业已经有了长足的进步,王阳元最喜欢的还是自己学者的身份:“说到底,我还是大学教授,是个科学家。我还保持着一个科学家的本份:作为院士,我做一些战略研究,关注我国集成电路产业的发展;作为教师,我从事教学研究,培养学生。”面对《科技中国》时,王阳元向后一仰开怀大笑,作为科学家的荣耀与自豪溢于言表。但他并不表示会放弃科研成果产业化,建设中国成为集成电路产业强国依旧是他最大的梦想。“企业家的事我不去参与,但我也会不失时机地关注企业的发展。”王阳元说。

在集成电路领域中的摸爬滚打,使王阳元的思维变得非常敏捷,眼光也更加高远。他经常会问:市场需要什么?科研能不能走得更早?和世界还有多大差距?

三次试水产业化

“微电子对国民经济和国防建设具有重要意义,是一个经济性、战略性的基础产业。”王阳元指着身后架子上的一块集成电路板,向《科技中国》解释,“集成电路也罢,微电子也罢,都属于高新技术产业,必须产业化。”

集成电路渗透在国民经济各个领域,上至航天飞机、宇宙飞船,下至人们每天使用的手机、银行卡和电脑,无处不在。“到了2020年时候,集成电路和GDP的比例会达到1:100,即1块集成电路支撑100个点的GDP。”王阳元说。

上世纪80年代,中国科学院、北京大学、清华大学、复旦大学、交通大学等研究机构的优秀力量齐聚一堂,经过6年,中国第一个集成化的超大规模集成电路计算机辅助设计系统(三级系统)研制成功,王阳元等人一举摘得了集成电路这个皇冠上的“明珠”,开始了产业化的尝试。“现在说起来,那时走的就是以企业为主体,政、产、学、研相结合的道路。”

王阳元说:“这不仅表明,我国具备了开发大型集成电路计算机辅助设计系统的能力,并且培养了人才,但是缺点是产业化搞的不好。”分析原因,王阳元认为主要是受计划经济的影响,后来的产业化效果不明显,没有成长为国际上有影响的品牌。

进入上世纪九十年代,超大规模集成电路已经能够在一个芯片上制造出1000万~1亿个以上的晶体管和元件,以此为基础的微处理器和微型计算机,使通信、娱乐、保健、制造、管理以及其他与人们生活息息相关的方面发生了革命性的变化。同时,把集成传感器和执行器与集成电路结合在一起形成一个从信息系统,到处理和随动执行的微机电系统(MEMS)也在迅速发展。国际上兴起了投资开发微机电系统的潮流。发达国家更是不惜巨资开展微机电系统研究。美国的大学、国家实验室和公司已建有几十个微机电系统研究小组,日本从1991年起也启动了研究开发计划。

基于这种形势,王阳元认为微机电系统将会是一个全新发展的科学方向和产业动向,便向国家有关部门申请了一个国家级重点实验室。1996年,国家主管部门在北大设立了国家级微米/纳米加工技术重点实验室,王阳元出任主任。

后经过七年的努力,实验室建立了中国第一个与集成电路设计兼容的微机电系统设计平台和加工平台。“这个项目去年得到国家发明二等奖,从加工和设计技术的层次上再次提升了我国MEMS的水平。”王阳元向《科技中国》介绍说。

到目前为止,实验室已经自主开发了三套加工工艺,有六项技术创新,申请了40多项发明专利,已授权的有23项。在此基础上,又组建了元芯公司来搞产业化,生产压力传感和其他惯性器件,已有6000万元产值,但是这次产业化还是不理想,终究是秀才在办厂。”这已是王阳元参与的第二次产业化,虽有成绩,但仍没有实际他希望实现的目标。

错的不是产业化的道路。王阳元强调,“MEMS是分散生产的,单位很多,但是每个单位都各自为阵,形成不了大气候,特别需要一个加工设计平台。”实验室实际就是一个标准化的设计平台和加工工艺平台,面向国内外开放和推广应用。现已有国内外30多个研究开发单位到北大微机电系统实验室从事研究和开发,仪器设备的开机率基本达到了100%,加工图形达到了世界先进水平。

“美国的第一大汽车设备零部件厂等公司都来这儿研发加工。”王阳元说。目前,由北大微机电系统实验室主持研制成的硅加速计、硅压力计和射频开关等十多种器件,已在汽车与汽车防撞、制导与导航、环境保护与家庭环境检测、危险行业生产自动化控制和国家与人身安全防护等领域得到了应用。

2000年6月,国务院颁布的《鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》,奠定了中国集成电路发展的政策基础。基于对企业发展长期宿望,王阳元预感国内集成电路产业很快就会掀起一轮前所未有的发展热潮。“所以我就跟国外的同行,创建了中芯国际——世界第三大、中国最大的集成电路芯片制造厂,开始第三次产业化探索。”

中芯国际,是王阳元第三次产业化探索,也是最成功的一次。“中芯国际的定位是世界市场,跟大学不一样,市场需要什么,就会组织力量做什么。比如今年投产的90纳米芯片,虽然产量仅占整个中芯国际芯片总产量的15%,但是利润却占到40%。65纳米芯片明年就要投产,利润将会更高。”说到这些,王阳元很兴奋。

通过实践操作,王阳元深深地认识到产业化做不好,最终也会制约科学技术的发展。“我培养了100多个博硕生,过去都到美国去了。因为国内无用武之地。另外我们搞了那么多的科研成果,都放在那儿,没有转化、也没地方去转化。”提起这些,王阳元就很痛心。

目标科学家,不是少年轻狂

理想谁人都有,能持之以恒实现的却寥寥无几。小学时,理想是要当“科学家”;中学时,理想成了“考上大学”;大学时,理想却仅仅是“要找一份好工作”……这个关于理想蜕变的故事发生在许多人身上,而王阳元却将以一贯之的“科学家”理想变成了现实。

王阳元上中学时,语文老师布置了一篇关于个人理想的作文。他给老师交了一篇题目为《未来的科学家——宇耕在成长》的作文,尽情抒发了他渴望成为一名原子物理学家的情怀,“宇耕”是当时他给自己起的笔名,意思就是“宇宙的耕耘者”。

一个普通的中学生,居然口出“狂言”,要做宇宙的耕耘者,要做大科学家?这在同学中引起了不小的轰动,当老师在讲台上读他的作文时,同学们都在台下“嗤嗤”地笑。

可谁也没有想到,多年之后的王阳元不仅走出宁波、考上大学,而且果真成了科学家,并且成为世界第一大基础产业——集成电路产业在中国的开拓者。

1958年王阳元从北京大学物理系毕业后留校任教,1982至1983年在美国加州伯克莱大学做访问学者,1995年当选为中国科学院院士。

从主持研究成功中国第一块三种类型1024位MOS动态随机存储器,到提出多晶硅薄膜“应力增强”氧化模型、工程应用方程和掺杂浓度与迁移率的关系;从对多种硅化物薄膜及亚微米和深亚微米CMOS电路的硅化物的研究,到发现磷掺杂对固相外延速率增强效应;从提出SOI器件浮体效应模型,到研制成功多种新器件;从研制成功中国第一个集成化三级系统,到第一个MEMS微米纳米加工技术重点实验室的建立和成功运行,王阳元发表科研论文230多篇,出版著作6部,现有20项重大科技成果,获全国科学大会奖、国家发明二、三等奖、国家教委科技进步一等奖、光华科技基金一等奖等共19项国家级和部委级奖励。

对于王阳元来说,他对理想一直就是这样真真切切,始终如一。小时候的“宇耕”并不是他的玩笑和冒失,他清楚地知道他将会为此付出一生。“我钦佩爱因斯坦、居里和居里夫人等科学大师,也钦佩我国古代和当代的著名科学家与发明家,如张衡、祖冲之、毕升、詹天佑、钱学森、李四光等,他们深深地感染了我,我以他们为榜样。”王阳元对《科技中国》说。

国家兴亡,匹夫有责

在上世纪五六十年代,半导体、计算机和无线电等领域在中国基本空白,属于重点发展学科。王阳元就是在这个时候投身半导体、集成电路领域的。“就是因为国家要重点发展半导体这个领域,我才投身到这个领域,我做的每一件事,都是跟国家发展和民族需要联系在一起。”

在那时,集成电路刚刚发明,微电子学的社会价值还几乎没有得到体现。但有一个问题王阳元每时每刻都在不停地想——选择什么样的课题才能对国家微电子产业发展有更大贡献?王阳元和其他几位同事在当时一致认定“硅栅N沟道技术”必然会成为集成电路产业最有影响力的技术,所以决心研制硅栅N沟道1024位MOS随机存储器。王阳元受命担任该课题领导小组组长。在随后的六年多内,在北京大学昌平分校图书馆内,王阳元和其他同事的灯常常亮到凌晨。

1975年,中国第一块1024位MOS动态随机存储器问世,这被称为是中国MOS集成电路技术和产业发展过程中具有里程碑意义的事件,它比Intel公司研制的硅栅N沟道MOSDRAM只晚了4年。

到了上世纪八十年代,世界集成电路技术得到了较大的发展。Intel公司开始转型,日本和韩国也发展迅猛。当时集成电路被誉为高新技术的“皇冠”,而集成电路的计算机辅助设计技术与软件工具被称为皇冠上的“明珠”。谁拥有这颗“明珠”,就意味着谁拥有了发展高新技术的主动权。

中国政府试图通过引进技术来掌握主动权。但西方国家不愿意,也不希望中国发展战略高技术。他们在技术和设备上对中国实行了封锁禁运,技术引进的问题经过多方面的努力与谈判均没能成功。“即使国家高层出面,西方国家也不愿意让我们引进技术,所以国家就决心自主研发这项技术。”时任国家电子工业部部长的李铁映专门致函北大党委书记王学珍和校长丁石荪,商量拟请王阳元担起重任。这时的王阳元,作为访问学者刚从美国回国,任北大微电子研究所所长。

在相关领导部门的支持下,王阳元迅速将全国优势力量组织起来,并引进国外优秀人才,产学研相结合,带领科研人员开始攻克这一技术。“这是我们科技人员报效祖国的最好机遇,我们一定会克服困难,不解决问题,决不罢休。”这是王阳元的心里话。

  经过六年奋战,王阳元等人不负众望,一举摘得了王冠上的明珠,中国第一个集成化三级系统诞生了。该系统的研制成功使中国成为继美国、西欧、日本之后,第四个进入到能自主开发大型集成电路计算机辅助设计系统的先进行列,具有完全的自主知识产权。

从此,中国集成电路产业特别是设计业,能够在平等基础上与西方国家谈国际合作与交流了。

王阳元以前阅读了不少优秀文学作品,例如《钢铁是怎样炼成的》、普希金诗篇等等,他认为这对树立正确的世界观和人生观都有着深刻的影响。保尔•柯察金的名言——“人的一生应当是这样度过:当回忆往事的时候,他不会因为虚度年华而悔恨,也不会因为碌碌无为而羞愧;在临死的时候,他能够说,我的整个生命和全部精力,都已经献给了世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。”以及普希金的墓碑铭“在通往墓碑的小道上,青草将不再生长”被王阳元视为一生的座右铭。

2007年,中芯国际成立8周年。王阳元感慨万千:“我深感几十年来,这么走过来,我们如果还不能把集成电路产业搞上去,我就于心不甘。”

一年后的2008年,则是集成电路诞生50周年。“50年来,在集成电路的每个发展阶段,我的研究都是跟国家的需求、集成电路产业的发展和电子事业联系在一起。”对于总是能走在最需要走的路上,王阳元颇为自豪。

弥补致命弱点

从1024位MOS动态随机存储器到集成化三级系统,从微机电系统到“中国芯”,王阳元一边搞研究、一边抓产业化,50年来,他就这样一路走来。

在创业之初,王阳元为了凝聚所有研究人员的力量推动中国微电子事业,他带领硅栅N沟道科研小组,组织了三期短训班,无偿地将苦苦奋斗了六年的科研成果——硅栅N沟道工艺和1024位MOSDRAM的设计版图转给20个单位,并派出小分队去讲课、辅导,帮助同行解决技术上的困难。当时并没有考虑知识产权的问题。

32年后,王阳元发现他的得意之作——中芯国际有一致命的弱点,就是自主知识产权不够。这也正是当前中国集成电路产业发展所必须面对的最大问题。

所以,32年之后的王阳元多方奔走,呼吁建立产前研发联盟。“这是中芯国际的升级版,将会克服其缺点,它以企业为主体,政、产、学、研、用结合在一起,面向产业、面向核心竞争力、面向世界。”根据他的设想,各个企业都可以派人参与产前联盟,在共享产前技术、各自开发know-how的前提下,攻克新一代集成电路核心技术。产后根据产品特性,再各自进行研发,各取所需。“可以实行会员制,会员可以共享成果。”“也可以为企业培养人才,成为高级专业人才培养基地。”这是王阳元最近几年中最希望做的一件事。

他迫切希望在此基础上构建国家集成电路研发中心,搭建先进技术的实验平台,通过开展国际合作,建设全国科研院所和企业开展自主研究与开发的中心基地。王阳元建议,研发中心的初期建设费用应主要由国家和主要企业共同投入,将一流设备、一流人才、一流技术整合到这一平台上来,使其逐渐形成一个具有较强自主创新能力、成果不断向企业辐射的中心。“这是一盘总的棋,能够提升产业竞争力,在技术研究与开发层面上,能推广科研成果。”他充满信心。

此外,王阳元还认为,应该加强超前和基础研究,主要是针对十年以后中国集成电路产业的需求。“在国家集成电路研发中心成立之前,科研机构一定要把它的研究跟产业结合起来,向产业转化,但科研院所应该把力气花到三到五年以后产业需求的研究上。”王阳元说,“企业则应该做近期研究,应把重点放在一到三年的研究上,目的就是为了加强产业转化力,增强企业的核心竞争力。”

“说白了,集成电路产业能不能在中国扎根,关键看两条:一是科技创新成果和自主知识产权,二是人才。只要能保证这两条,就够了。”王阳元对《科技中国》说。

享受冲刺

王阳元一向认为,体育和科学研究是相通的。“胜利往往产生于坚持一下的努力之中。”

他喜欢锻炼,养成了每天早晚锻炼的习惯,年青时不管是跑步还是打篮球、踢足球,风雨无阻。上高中时,王阳元曾是学校1500米和5000米中长跑记录的保持者。如今,他却是中国集成电路研究领域“中长跑”记录的开创者。

他最喜欢向着终点冲刺的感觉。“尽管已经精疲力竭,但有意志支撑着你鼓足干劲冲向前方。”王阳元说,“那是一种能让你兴奋的感觉。”所以,“再坚持一下”,就成为王阳元在数十年科研和人生道路上克服困难的精神动力,成为引导他从低谷走向成功,从一个成功走向更大成功的坚定信念。

1958年,王阳元从北京大学物理系毕业后留校任教。他选择了微电子学研究,在那个年代,集成电路产业初露端倪,微电子学究竟有着什么样的社会价值,没有多少人看得清。但是他义无反顾地坚持了自己在中学时代的选择,说:“只要向着理想坚定地走下去,是怎么样,就怎么样。”正是怀着这样的信念,王阳元在集成电路领域创造了一个又一个最新记录。

特别是在文革期间,国外最新的理论和研究成果基本上处于被屏蔽的状态。微电子学这个对设备、技术、人员要求十分苛刻的研究领域,当时在中国的发展前景并不乐观。有些同伴被迫放弃了,有些同伴改行了,但是以王阳元为代表的一批“不识时务者”,不但没有放弃,反而坚持研究,继续向着理想的终点奔去。

王阳元也承认人类认识有着局限性,科学研究有着极大的失败的可能性。“但是每一次失败都向成功迈进一步。在这个过程中,可能会多次地错过成功的机遇,但只要坚持不懈,必然会看到胜利的曙光,胜利往往产生于再坚持一下的努力之中。”

“这就类似于科研创新,遇到一个问题,系统地开展研究,碰到困难、分析困难和解决困难的过程,就是创新,创新是一个艰苦的奋斗过程。” 王阳元再次重申他的人生信条:“做科学研究千万不要东一榔头、西一棒子。创新需要一个基础,要锲而不舍,不能碰到困难就往后缩,坚持再坚持,胜利往往产生于再坚持一下之中。”

也正是因为王阳元和中芯国际的坚持再坚持,这家2000年才破土动工开始建设的芯片制造工厂,2003年就与Intel公司的一座12英寸制造厂一起,被世界知名的《半导体国际》杂志评为全球“2003年度最佳半导体厂”,它更使中国的芯片制造水平在短短两三年的时间里,跨越了十几年,紧紧赶上了国际前沿。“这一下,我国集成电路技术已经与国际前沿同步,在大生产技术研究方面仅相差1至2代的水平。”王阳元这样告诉《科技中国》。

 

编辑:碧荷

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