黃令儀：為“中國(guó)芯”傾盡一生

李雷

現(xiàn)代化國(guó)家，沒(méi)有芯片寸步難行。小到手機(jī)、家電、馬路上的紅綠燈，大到高鐵、衛(wèi)星，甚至是重武器，沒(méi)有一樣離得開(kāi)芯片。所以從某個(gè)角度講，芯片決定了一個(gè)國(guó)家的核心競(jìng)爭(zhēng)力。她，從22歲進(jìn)入微電子領(lǐng)域，現(xiàn)如今85歲仍然奮斗在芯片的最前線；她，見(jiàn)證了中國(guó)整個(gè)芯片發(fā)展史，是我國(guó)第一批半導(dǎo)體專業(yè)的領(lǐng)軍女科學(xué)家。她就是“中國(guó)芯片之母”黃令儀。

經(jīng)歷挫折暗下決心，設(shè)計(jì)出高水平的中國(guó)芯片

黃令儀，1936年出生于廣西南寧。她在抗戰(zhàn)中長(zhǎng)大，隨新中國(guó)一起成長(zhǎng)，1958年華中工學(xué)院（現(xiàn)華中科技大學(xué)）畢業(yè)后，進(jìn)入清華大學(xué)半導(dǎo)體專業(yè)深造，因?yàn)楸憩F(xiàn)出色，于1962年加入中科院。自此，黃令儀與微電子結(jié)下了不解之緣。

1977年，中科院計(jì)算所引入了一個(gè)“電路預(yù)研”項(xiàng)目，黃令儀被點(diǎn)名負(fù)責(zé)集成電路、器件工藝和芯片研制這幾項(xiàng)工作。集成電路是芯片的基礎(chǔ)，芯片運(yùn)行的快慢、功耗大小，全靠集成電路設(shè)計(jì)。為了讓自己設(shè)計(jì)的芯片盡快投產(chǎn)，黃令儀在對(duì)比不同電路特性上下了大功夫：ECL運(yùn)行速度快，但功耗太大，不要；CMOS成品率低，不要；I2L速度太慢，也不行。市面上主流的電路設(shè)計(jì)都不行，怎么辦？黃令儀思前想后，用了一個(gè)“笨辦法”：把決定集成電路功耗、速度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)一個(gè)一個(gè)拆解，逐個(gè)突破。

當(dāng)時(shí)，她和研究小組成員幾乎整天泡在辦公室里，一人拿著幾個(gè)版圖來(lái)回對(duì)比，直到把主流集成電路的器件原理、工藝原理完全摸透了，才研究出一種“新型I2L結(jié)構(gòu)”，用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一款256ROM內(nèi)存，還獲得了1980年院科技成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

1984年正當(dāng)晶體管研發(fā)已有很大進(jìn)展的時(shí)候，科技處卻來(lái)人叫停了科研，黃令儀聽(tīng)到后先是大吃一驚，隨后斬釘截鐵地說(shuō)：“計(jì)算所若不研究芯片，今后做計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的人只知道用芯片，芯片怎么制作完全不懂，怎么能設(shè)計(jì)一臺(tái)好的計(jì)算機(jī)呢？”但是當(dāng)時(shí)的領(lǐng)導(dǎo)全然沒(méi)有聽(tīng)進(jìn)黃令儀的建議，只是淡淡地告訴她：“所里經(jīng)費(fèi)太緊張了，拿不出錢(qián)來(lái)支持大規(guī)模集成電路的研究。”

這對(duì)黃令儀來(lái)說(shuō)打擊太大了，項(xiàng)目取消不但意味著之前的努力全部白費(fèi)，還意味著我國(guó)在芯片技術(shù)上肯定要落后于世界。走出辦公大樓，黃令儀忍不住失聲痛哭，和同事們嘔心瀝血十幾年創(chuàng)建的研究室以及正在進(jìn)行的研究就這樣被一句話宣告結(jié)束了。在萬(wàn)般無(wú)奈中黃令儀到微電子中心報(bào)到了，此時(shí)已是1986年底，已經(jīng)50歲的黃令儀開(kāi)始了CAD的研究。

1989年黃令儀被公派到美國(guó)一家公司進(jìn)行合作。11月在拉斯維加斯有一個(gè)國(guó)際芯片的展覽會(huì)，她在那里參觀了一周。然而，令黃令儀失望的是，她在成千上萬(wàn)的攤位駐足觀看，卻找不到一個(gè)中國(guó)攤位。好不容易在擁擠的人群中，看到了幾個(gè)國(guó)人手中拿著長(zhǎng)城公司的塑料袋，黃令儀立馬迎上去，親切地問(wèn)：“你們是來(lái)參展的吧？”“不，我們是來(lái)參觀的?！秉S令儀心中猛然一震：1963年我國(guó)集成電路的研究水平與國(guó)外是同步的啊！怎么十幾年下來(lái)，反而無(wú)立足之地了？為什么現(xiàn)在差距如此之大？黃令儀覺(jué)得這是莫大的恥辱，暗下決心：一定要設(shè)計(jì)出一塊高水平的芯片，讓中國(guó)重新站起來(lái)！

66歲放棄退休，再次主持中國(guó)龍芯項(xiàng)目的研究

1990年回國(guó)后，黃令儀就潛心鉆研各種集成電路的設(shè)計(jì)方法，從建立版圖庫(kù)、時(shí)序庫(kù)開(kāi)始，到寄生參數(shù)對(duì)性能的影響、時(shí)鐘樹(shù)的生成、全局規(guī)劃、時(shí)序驅(qū)動(dòng)布線等，全定制、標(biāo)準(zhǔn)單元、宏單元的設(shè)計(jì)方法都研究過(guò)，用戶包括華為的程序控制芯片、計(jì)算所的模糊控制芯片等，批準(zhǔn)了兩項(xiàng)發(fā)明專利。

2000年她參加了一個(gè)在德國(guó)紐綸堡召開(kāi)的國(guó)際發(fā)明專利博覽會(huì)。黃令儀報(bào)送的專利被評(píng)為銀獎(jiǎng)，她感到十分高興。但是興奮之余，她仔細(xì)一想：真正用上的芯片在哪里？雖然在設(shè)計(jì)時(shí)，就像一個(gè)年老之人，用戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的雙腿爬上了一座山峰，仰頭一看，又一座更高的山峰堵住了前進(jìn)的路，然后一咬牙，又頑強(qiáng)地一步一步地爬上那座更高的山峰，可是令人痛心的是，芯片做出來(lái)了，沒(méi)有用，鎖在抽屜中，得了獎(jiǎng)又怎樣？它只是一張紙。

因此，當(dāng)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)視察微電子所時(shí)，召開(kāi)了座談會(huì)，在會(huì)上黃令儀說(shuō)：“一個(gè)科技工作者最大的痛苦，就是他用心血灌溉的珍貴芯片做出來(lái)了，卻沒(méi)有用！”好心人對(duì)她說(shuō)：“你只會(huì)干活，不會(huì)說(shuō)話。”可那些話卻是黃令儀的肺腑之言。

2001年，在中科院計(jì)算所有一位叫胡偉武的教授，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研發(fā)龍芯CPU，立志研制出真正的“中國(guó)芯”，但是當(dāng)時(shí)研究人員非常匱乏。2002年，黃令儀第一次見(jiàn)到胡偉武，他說(shuō)：“我要讓全體中國(guó)人都會(huì)設(shè)計(jì)CPU！”真是心有靈犀一點(diǎn)通，為中國(guó)人民服務(wù)，這也是她一生的追求！黃令儀被深深地感動(dòng)了，他們共同的理想一下子融在一起了。當(dāng)時(shí)的黃令儀已經(jīng)66歲了，她毅然決定放棄退休，二度出山，主持中國(guó)龍芯項(xiàng)目的研究，自此她開(kāi)啟了“中國(guó)芯”的研發(fā)征途。

當(dāng)?shù)弥珜?shí)驗(yàn)室的可用研究經(jīng)費(fèi)只有100萬(wàn)元時(shí)，黃令儀“拒絕”兩個(gè)字幾乎就要脫口而出了。100萬(wàn)元？軟件費(fèi)、投片費(fèi)、人工費(fèi)、返工費(fèi)算下來(lái)都不止100萬(wàn)元，想做芯片，怎么可能？

經(jīng)歷過(guò)“大規(guī)模集成電路”因缺少經(jīng)費(fèi)夭折之后，黃令儀對(duì)這種經(jīng)費(fèi)緊張的項(xiàng)目就非常慎重，她承受不起再次半途而廢的打擊了?？墒侨绻€想在有生之年做出一塊讓自己驕傲的芯片，錯(cuò)過(guò)這次，還有更好的機(jī)會(huì)嗎？想通了這一層，黃令儀毫不猶豫地敲開(kāi)負(fù)責(zé)人辦公室的門(mén)：“我來(lái)和你們一起加油干！”

黃令儀雖然有過(guò)研究芯片的經(jīng)驗(yàn)，可畢竟十幾年過(guò)去了，技術(shù)迭代，自己熟悉的那一套早就不適應(yīng)2000年之后的工藝規(guī)范了。

不熟悉，就讓自己熟悉。她抓緊一切時(shí)間惡補(bǔ)相關(guān)知識(shí)，遇到難懂的問(wèn)題就硬啃，雖然偶爾也會(huì)覺(jué)得“心有余而力不足”，但“龍芯課題組”的工作氛圍，總能讓黃令儀有一種回到年輕時(shí)的感覺(jué)，滿懷激情的一群人，不服輸敢于拼搏。

設(shè)計(jì)之初，黃令儀給自己和大家提了一個(gè)要求：同時(shí)設(shè)計(jì)兩款芯片，1B和1C，這兩個(gè)芯片互為備份，并且兩款都要投片（找到對(duì)接的公司）和流片（試著成批量生產(chǎn)）。只有投片、流片成功了，他們?cè)O(shè)計(jì)的芯片才能投入使用，他們的研究才有意義。

耄耋之年仍在研發(fā)一線，愿意付出所有甚至生命

在那段精神高度緊張的日子里，黃令儀經(jīng)常做噩夢(mèng)，夢(mèng)里都是這里有錯(cuò)，那里有錯(cuò)，醒來(lái)上機(jī)一查又沒(méi)有錯(cuò)。每天都心驚肉跳，但黃令儀從來(lái)沒(méi)有給過(guò)自己退路，她心里清楚，如果做不出來(lái)，中國(guó)要繼續(xù)低頭求人買(mǎi)芯片的日子就沒(méi)有盡頭。

長(zhǎng)時(shí)間緊張的高壓伏案工作，黃令儀的脖子突然就不能動(dòng)了，醫(yī)生囑咐她要臥床，不能再用電腦了。整整一個(gè)月，黃令儀都不安地躺在床上，1C回來(lái)時(shí)，也不敢去看，直到一個(gè)電話打到家：“成功了！”聽(tīng)到這個(gè)好消息，黃令儀心花怒放，沉浸在喜悅中的她脖子也奇跡般的好了，緊接著1B也傳來(lái)了捷報(bào)，這是中國(guó)自主研發(fā)的第一片CPU芯片。

2018年，82歲的黃令儀又再度出山，帶著團(tuán)隊(duì)一起自主研發(fā)出中國(guó)龍芯最新一代處理器“龍芯3號(hào)”，打破了美國(guó)嚴(yán)密防守多年的技術(shù)，讓中國(guó)高鐵復(fù)興號(hào)實(shí)現(xiàn)了百分之百國(guó)產(chǎn)，讓殲-20的雷達(dá)裝上了中國(guó)芯，讓北斗衛(wèi)星也裝上中國(guó)芯。這款芯片的誕生，讓我國(guó)能省下每年幾萬(wàn)億向國(guó)外購(gòu)買(mǎi)芯片的錢(qián)。

2019年12月，黃令儀再次取得重大突破，她主持的龍芯3A4000/3B4000系列處理器，性能追上了美國(guó)AMD的挖掘機(jī)CPU水平。

因?yàn)樽吭降呢暙I(xiàn)，2020年1月6日，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)給黃令儀頒發(fā)了CCF夏培肅獎(jiǎng)項(xiàng)。獲獎(jiǎng)理由寫(xiě)著：“黃令儀在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，一直在研發(fā)一線，參與了從分立器件、大規(guī)模集成電路，到通用龍芯CPU芯片的研發(fā)過(guò)程，為我國(guó)計(jì)算機(jī)核心器件的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。”

時(shí)至今日，耄耋之年的黃令儀，仍然精神矍鑠地站在研發(fā)一線，帶領(lǐng)著新一代科學(xué)工作者們保持初心、砥礪前行。每一張?jiān)O(shè)計(jì)版圖，每一項(xiàng)數(shù)據(jù)，她都要一一過(guò)目，絕不允許有絲毫的閃失和偏差。為此，黃令儀說(shuō)：“這是我久違了的激情燃燒的歲月，這是我無(wú)比熱愛(ài)的事業(yè)，我愿意付出所有甚至生命。”