許居衍：集成電路中的愛國情懷

曹旻雨 何佳芮

他是中國微電子工業初創奠基的參與者和當今最重要的微電子企業的技術創建與開拓者，他為中國微電子工業發展作出了重大貢獻，他是中國工程院院士、微電子技術專家許居衍。

動蕩之中苦讀書 結緣電子一生情

1934年7月，許居衍出生于福建省閩侯縣都巡村。父親早年畢業于馬尾海軍學校，擔任過海軍艦船輪機長，1948年于江陰起義后加入中國人民解放軍海軍。抗日戰爭期間，他的母親與父親失去聯系，只得獨自帶著兒女逃難到閩西北邵武縣。母親在極端困境中既堅強自立、顧全大局，又樂于助人的品德深深感染著年幼的許居衍。整個少年時期，許居衍都處于苦難動蕩之中，迫于生活隨母親四處奔波，學習時續時斷，中華人民共和國成立后才回到福州，讀完一個完整的高中。

1953年許居衍從福建省閩侯中學畢業后考入廈門大學物理系，1956年秋轉入北京大學半導體物理專業。當時半導體物理專業是一個嶄新的專業，學生來自北京大學、廈門大學、復旦大學、南開大學、吉林大學5所學校。黃昆教授等在學術上把許居衍領進了半導體科學的新領域。1957年畢業后，許居衍被分配到國防部第十研究院，負責半導體制冷效應及其在無線電設備中的應用研究。

1958年，美國德州儀器（TI）公司制造出第一塊鍺集成電路，一場新的“微電子工業革命”從此開始。1960年，許居衍與成都電訊工程學院合作從事當時被稱之為“固體電路”的探索，1961年10月，他調入中國電子工業部門第一個半導體專業研究所——第13研究所，任固體電路預先研究課題組組長，從此與半導體集成電路結下不解之緣，開始了他獻身微電子事業的生涯。

1970年，許居衍參與了中國第一個集成電路專業研究所——第24研究所的創建，先后任課題組組長、研究室主任、總工程師。1985年，許居衍參與了第24研究所無錫分所組建以及隨后與無錫742廠共創的第一個微電子科研生產聯合企業——中國華晶電子集團公司的創建工作，任公司總工程師。其間，許居衍還被聘為國務院大規模集成電路辦公室顧問。鑒于國家發展戰略研究的需要，他除繼續關注科研生產外，還涉足微電子技術經濟研究領域，為國家微電子技術工業的發展作出了貢獻。

既有全球眼光 又腳踏實地

微電子作為一個全新的行業，是全球性、基礎性、科研型的科技領域。但是，在20世紀60年代，中國的微電子工業在技術和物質上都面臨極大困難。

由于信息不靈、技術路線難以捉摸，許居衍帶領課題組查閱了當時能獲得的僅有的少量技術資料，經過分析研究，正確地選定了硅平面集成技術和面向數字電路（計算機邏輯門）的方向。當時，正值國民經濟三年困難時期，科研設施和技術物資都極度缺乏，他克服困難，組織全組自力更生，勤儉辦科研，學習窮棒子“沙石峪”的創業精神，從廢舊庫里挖潛力，自己動手建立起了擴散、蒸發和光刻等工藝設備。這個只有五六個人和兩臺破舊設備的研究小組，在沒有現成技術可借鑒的情況下，成功研究出了優質氧化等關鍵工藝技術，終于在1964年做出了硅平面二極管、三極管組合件，他個人因此榮立了三等功。

1965年5月，13所在該課題組基礎上成立集成電路研究室，許居衍仍擔任課題組組長，從事二極管——晶體管邏輯（DTL）電路研究。他帶領課題組成員攻堅克難，先后解決了晶體管制造中所沒有的元件隔離、鋁反刻布線和多引腳封裝等集成電路特殊工藝問題，于當年12月完成了DTL電路和擴展器的部級定型鑒定，并移交工廠生產，使中國跨入了硅單片集成電路發展的新階段。

20世紀70年代初，國外半導體集成電路技術進入了大規模集成電路（LSI）時代。許居衍以特有的拼搏精神，大膽開發計算機輔助設計技術，研制成功了光學圖形發生器、圖形數字轉換機等機、電、光設備，組成全套計算機輔助制版系統。根據他所提出的技術方案研制成功的圖形數字轉換機填補了國內空白。

既有獨家經驗 也廣泛交流

許居衍既有從事工程技術的實踐能力，又有理論創新方面的基礎。從1958年起，他就陸續在國內外專業刊物上發表論文和文章60多篇。

1982年，他和一位同事在國外期刊上發表論文，提出了埋層雜質擴散和非均勻摻雜層遷移率等理論，為集成電路工藝工程設計提供依據。雖然該研究成果在時隔17年之后才發表，但仍受到國外重視，國外科研機構和專家學者紛紛來函索取。

1987年，許居衍從“造”與“用”的對立統一觀出發，提出了硅主流產品總是圍繞通用與專用特征循環、每10年波動一次的“硅產品特征循環”規律（后被稱為“許氏循環”）。1991年，他以“硅微電子產品史上的六次波動”（第七波當時用“？”表示）為節題撰寫的研究論文，入編《未來軍事電子》一書中。2000年，他把“？”拉直、提出下一個硅主流產品將進入“用戶可重構系統級芯片”，并稱硬件可重構技術終將成為硅產品主流技術，這一預示已為發展事實所不斷證實。

1988年，他在第一屆微電子研究生學術研討會上提出：微電子技術在經歷了分立功能器件、功能機械集成以后，將向功能物理集成發展;終端裝置由分立零件堆積仿形、零件集成仿形后，將向功能自然仿真發展;人類在掌握了金屬鐵器、非金屬硅器等時代工具后，將向掌握有機物器具方向長驅直入。他的這一觀點被《21世紀世界預測》引用于該書序言中。

參與政策設計 著眼產業發展

許居衍幾乎參與了中國微電子事業的每一次重大行動或決策。1983年，作為國務院大規模集成電路與計算機領導小組顧問，提出了科研生產結合、建立微電子工業基地的建議。

這一建議得到高層重視。國家決定抽調24所的主要技術骨干在無錫建立24所無錫分所（無錫微電子科研中心），開始了探索科研生產、技術經濟結合的國家無錫微電子基地的實施。許居衍以技術負責人的身份，提出聯合體的3個主攻方向：通信集成電路、專用集成電路，高檔消費類集成電路，并為此后發展制定了正確方向。

20世紀90年代初，為加速中國微電子科技成果商品化進程，許居衍主持申報與完成的國家“八五”重大科技攻關項目，獲國家科技進步二等獎。在此項科研成果基礎上，無錫微電子科研中心通過產業化示范工程項目研究，形成了國內最早的多代技術兼容、名為“多進多出”服務體系的集成電路CMOS代工線。

1991年，許居衍主持完成了機電部組織的集成電路技術產業化研究，提出改變傳統偏重芯片制造業為狠抓設計業與封裝業來促進芯片業的發展思路，并從技術、市場、資金3個方面分析了選擇封裝業和設計業作為中國IC技術產業化突破口的理由。據此撰寫的《集成電路技術產業化研究》獲中國電子學會優秀學術論文一等獎。

1994年，在電子工業部主持下，許居衍作為中方專家組組長，參與了“909”項目的推動咨詢研究，該咨詢研究促進了上海華虹公司的建立。“九五”期間，他主持“微控制器系列產品開發與應用”國家重大科技攻關項目，聯合國內多家企業進行集中攻關，不僅申報了多項專利，而且使科技成果轉化為批量產品，改變了微控制器全部依賴進口的局面。

這些年，人工智能技術方興未艾。雖然距離真正的人工智能還有一段距離，但這項技術的發展速度驚人。有研究機構預測，到2030年，中國的人工智能產業規模將達到七萬億美元。

許居衍在一次演講中提出一個驚人的觀點：“摩爾定律已死，人工智能萬歲。” 所謂摩爾定律，是由英特爾創始人之一戈登·摩爾所提出，即當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，每隔18～24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。

然而許居衍指出，這個定律已經無法解釋這兩年集成電路驚人的發展速度，也就是說每一美元所能買到的電腦性能，已經不再是每隔18～24個月翻一倍以上，現在性能翻番要遠遠短于這個時間。

這樣爆炸式的發展，得益于人工智能技術的推進。人工智能在1956年被提出，如今已有60多年的歷史，當下正處于第三次浪潮時期，即深度學習時期。伴隨人工智能技術快速發展，扮演核心角色的芯片，也能夠不斷提供更高的處理、存儲信息的能力。

許居衍期望集成電路在人工智能技術中有更大的作為，他將目光投向可重構芯片，因為這種芯片具有低功耗、高性能、安全性、靈活性、并行性、低成本的特點。目前，國內有兩款可重構芯片，分別是清華Thinker可重構人工智能芯片和南大RASP可重構芯片。這兩款芯片都表現出優異的性能。只有進一步改進這兩款芯片的性能，才能適應人工智能技術日新月異的發展需求。為此，許居衍不顧自己年事已高，依舊在各個研究所、實驗室奔走，為攻克這個“科研高地”而殫精竭慮。

（四月摘自《思維與智慧》2020年第19期）