張博士做出5G芯片

高千雯 游曉鵬

5G正在向我們走來(lái)。然而，不同國(guó)家劃分的5G通信頻段各不相同，

適應(yīng)這個(gè)頻段的芯片并不一定能夠適應(yīng)那個(gè)頻段，于是就可能出現(xiàn)尷尬的一幕：

出國(guó)旅游，5G手機(jī)竟然“失靈”了。

張凈植研發(fā)了一款芯片實(shí)現(xiàn)了多個(gè)頻段全部覆蓋， 將能實(shí)現(xiàn)5G全球通。

張凈植研發(fā)的這款芯片，源于三年前。2015年，他的導(dǎo)師康凱教授承擔(dān)國(guó)家5G技術(shù)方面的重大專項(xiàng)，張凈植負(fù)責(zé)頻率源部分。

在4G時(shí)代，各個(gè)國(guó)家所用的頻段都在3GHz以下，不少手機(jī)生產(chǎn)商采用了多個(gè)芯片來(lái)覆蓋所有頻段，并且在頻率較低的情況下，器件性能好，即使用一個(gè)芯片來(lái)覆蓋所有頻段，設(shè)計(jì)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單。而到了5G時(shí)代，不同國(guó)家劃分的應(yīng)用于5G通信的頻段大大提高，中國(guó)用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz頻段，美國(guó)用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz頻段，歐洲用的是24.25-27.5GHz頻段，日韓則采用26.5-29.5GHz。一個(gè)手機(jī)要支持這么多不同的高頻段，難度太大，但如果不支持，可能會(huì)導(dǎo)致手機(jī)出國(guó)后無(wú)法正常通信。

究竟能否研發(fā)一款寬頻帶“通用芯片”全部覆蓋以上各個(gè)不同的高頻段呢？

從2015年萌生想法到2016年9月真正開(kāi)始設(shè)計(jì)，張凈植嘗試了多種思路。他首先想到，輸入電流和工作帶寬是正相關(guān)的，如果要提高電路的帶寬就得想辦法增強(qiáng)輸入電流。而要增強(qiáng)輸入電流，一種方法是增大輸入信號(hào)，但一般而言，外部給的輸入信號(hào)大小是固定的，所以此路不通。還有一種方法，就是提高輸入極的增益，但業(yè)界已經(jīng)把輸入極優(yōu)化得很好，想進(jìn)一步提升基本不太可能。

在不斷提出問(wèn)題又不斷自我否定之后，張凈植提出了一個(gè)突破性的想法：能不能用無(wú)源電路把電流提升，然后插入一個(gè)變壓器，這樣就可以使電流提高N倍同時(shí)能把帶寬也提高N倍呢？又經(jīng)過(guò)三個(gè)月的努力，他和團(tuán)隊(duì)在2016年12月份完成芯片設(shè)計(jì)并進(jìn)行了第一次流片。

2017年3月，終于拿到芯片。測(cè)試的結(jié)果令他非常激動(dòng)：和2017年國(guó)際國(guó)內(nèi)最新的研究成果相比，他們的研究已經(jīng)在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝出。此前，業(yè)界做出的芯片工作帶寬大概在10-30%，而他們的芯片帶寬可以達(dá)到60%以上。于是，他和康凱教授商量，很有必要再次優(yōu)化設(shè)計(jì)并做第二次流片。

芯片優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)間十分緊湊：做芯片一般要依次完成原理圖、版圖、模塊級(jí)聯(lián)，最后才是完成總版并進(jìn)行評(píng)估。但到了2017年4月，他們才剛做到模塊級(jí)聯(lián)環(huán)節(jié)，進(jìn)度比預(yù)期慢很多。考慮到芯片設(shè)計(jì)不容有失，否則流片就會(huì)功虧一簣，他們決定不急于求成，最終到5月才完成第二版設(shè)計(jì)。

由于芯片造價(jià)成本高昂，而且準(zhǔn)備第二次流片時(shí)沒(méi)有項(xiàng)目支撐，他們經(jīng)過(guò)許多周折，向國(guó)內(nèi)外其他單位尋求支持。第二次流片終于結(jié)束，但在過(guò)海關(guān)時(shí)卻卡了很久，直到8月底才拿到第二版芯片。他們快速行動(dòng)，花了一周時(shí)間測(cè)試芯片的性能，然后快速寫論文投給了國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議。10月，國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議給出了評(píng)審意見(jiàn)。團(tuán)隊(duì)成員終于松了一口氣：總算沒(méi)有失之交臂！

2018年2月，國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議召開(kāi)。該會(huì)議是目前國(guó)際公認(rèn)集成電路領(lǐng)域的權(quán)威會(huì)議，有著“Chip Olympics（芯片奧林匹克）”的雅稱。張凈植獲得了大會(huì)為亞太地區(qū)的優(yōu)秀學(xué)生論文設(shè)立的“Silkroad Award（絲綢之路獎(jiǎng)）”獎(jiǎng)項(xiàng)。

他說(shuō)：“我們的芯片設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就是面向應(yīng)用并且和工業(yè)界緊密結(jié)合的，隨著5G通信時(shí)代的到來(lái)和各種應(yīng)用逐漸推廣，我們的芯片也可能會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品化階段，應(yīng)用到手機(jī)和基站，讓5G也可以實(shí)現(xiàn)‘全球通”。