黃令儀：為“中國芯”傾盡一生

李雷

現(xiàn)代化國家，沒有芯片寸步難行。小到手機、家電、馬路上的紅綠燈，大到高鐵、衛(wèi)星，甚至是重武器，沒有一樣離得開芯片。所以從某個角度講，芯片決定了一個國家的核心競爭力。她，從22歲進入微電子領域，現(xiàn)如今85歲仍然奮斗在芯片的最前線；她，見證了中國整個芯片發(fā)展史，是我國第一批半導體專業(yè)的領軍女科學家。她就是“中國芯片之母”黃令儀。

經(jīng)歷挫折暗下決心，設計出高水平的中國芯片

黃令儀，1936年出生于廣西南寧。她在抗戰(zhàn)中長大，隨新中國一起成長，1958年華中工學院（現(xiàn)華中科技大學）畢業(yè)后，進入清華大學半導體專業(yè)深造，因為表現(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，中科院計算所引入了一個“電路預研”項目，黃令儀被點名負責集成電路、器件工藝和芯片研制這幾項工作。集成電路是芯片的基礎，芯片運行的快慢、功耗大小，全靠集成電路設計。為了讓自己設計的芯片盡快投產(chǎn)，黃令儀在對比不同電路特性上下了大功夫：ECL運行速度快，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計都不行，怎么辦？黃令儀思前想后，用了一個“笨辦法”：把決定集成電路功耗、速度的關鍵環(huán)節(jié)一個一個拆解，逐個突破。

當時，她和研究小組成員幾乎整天泡在辦公室里，一人拿著幾個版圖來回對比，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”，用這種結(jié)構設計出一款256ROM內(nèi)存，還獲得了1980年院科技成果獎二等獎。

1984年正當晶體管研發(fā)已有很大進展的時候，科技處卻來人叫停了科研，黃令儀聽到后先是大吃一驚，隨后斬釘截鐵地說：“計算所若不研究芯片，今后做計算機設計的人只知道用芯片，芯片怎么制作完全不懂，怎么能設計一臺好的計算機呢？”但是當時的領導全然沒有聽進黃令儀的建議，只是淡淡地告訴她：“所里經(jīng)費太緊張了，拿不出錢來支持大規(guī)模集成電路的研究。”

這對黃令儀來說打擊太大了，項目取消不但意味著之前的努力全部白費，還意味著我國在芯片技術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行的研究就這樣被一句話宣告結(jié)束了。在萬般無奈中黃令儀到微電子中心報到了，此時已是1986年底，已經(jīng)50歲的黃令儀開始了CAD的研究。

1989年黃令儀被公派到美國一家公司進行合作。11月在拉斯維加斯有一個國際芯片的展覽會，她在那里參觀了一周。然而，令黃令儀失望的是，她在成千上萬的攤位駐足觀看，卻找不到一個中國攤位。好不容易在擁擠的人群中，看到了幾個國人手中拿著長城公司的塑料袋，黃令儀立馬迎上去，親切地問：“你們是來參展的吧？”“不，我們是來參觀的。”黃令儀心中猛然一震：1963年我國集成電路的研究水平與國外是同步的啊！怎么十幾年下來，反而無立足之地了？為什么現(xiàn)在差距如此之大？黃令儀覺得這是莫大的恥辱，暗下決心：一定要設計出一塊高水平的芯片，讓中國重新站起來！

66歲放棄退休，再次主持中國龍芯項目的研究

1990年回國后，黃令儀就潛心鉆研各種集成電路的設計方法，從建立版圖庫、時序庫開始，到寄生參數(shù)對性能的影響、時鐘樹的生成、全局規(guī)劃、時序驅(qū)動布線等，全定制、標準單元、宏單元的設計方法都研究過，用戶包括華為的程序控制芯片、計算所的模糊控制芯片等，批準了兩項發(fā)明專利。

2000年她參加了一個在德國紐綸堡召開的國際發(fā)明專利博覽會。黃令儀報送的專利被評為銀獎，她感到十分高興。但是興奮之余，她仔細一想：真正用上的芯片在哪里？雖然在設計時，就像一個年老之人，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的路，然后一咬牙，又頑強地一步一步地爬上那座更高的山峰，可是令人痛心的是，芯片做出來了，沒有用，鎖在抽屜中，得了獎又怎樣？它只是一張紙。

因此，當上級領導視察微電子所時，召開了座談會，在會上黃令儀說：“一個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了，卻沒有用！”好心人對她說：“你只會干活，不會說話。”可那些話卻是黃令儀的肺腑之言。

2001年，在中科院計算所有一位叫胡偉武的教授，帶領團隊開始研發(fā)龍芯CPU，立志研制出真正的“中國芯”，但是當時研究人員非常匱乏。2002年，黃令儀第一次見到胡偉武，他說：“我要讓全體中國人都會設計CPU！”真是心有靈犀一點通，為中國人民服務，這也是她一生的追求！黃令儀被深深地感動了，他們共同的理想一下子融在一起了。當時的黃令儀已經(jīng)66歲了，她毅然決定放棄退休，二度出山，主持中國龍芯項目的研究，自此她開啟了“中國芯”的研發(fā)征途。

當?shù)弥珜嶒炇业目捎醚芯拷?jīng)費只有100萬元時，黃令儀“拒絕”兩個字幾乎就要脫口而出了。100萬元？軟件費、投片費、人工費、返工費算下來都不止100萬元，想做芯片，怎么可能？

經(jīng)歷過“大規(guī)模集成電路”因缺少經(jīng)費夭折之后，黃令儀對這種經(jīng)費緊張的項目就非常慎重，她承受不起再次半途而廢的打擊了。可是如果還想在有生之年做出一塊讓自己驕傲的芯片，錯過這次，還有更好的機會嗎？想通了這一層，黃令儀毫不猶豫地敲開負責人辦公室的門：“我來和你們一起加油干！”

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

不熟悉，就讓自己熟悉。她抓緊一切時間惡補相關知識，遇到難懂的問題就硬啃，雖然偶爾也會覺得“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的感覺，滿懷激情的一群人，不服輸敢于拼搏。

設計之初，黃令儀給自己和大家提了一個要求：同時設計兩款芯片，1B和1C，這兩個芯片互為備份，并且兩款都要投片（找到對接的公司）和流片（試著成批量生產(chǎn)）。只有投片、流片成功了，他們設計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，夢里都是這里有錯，那里有錯，醒來上機一查又沒有錯。每天都心驚肉跳，但黃令儀從來沒有給過自己退路，她心里清楚，如果做不出來，中國要繼續(xù)低頭求人買芯片的日子就沒有盡頭。

長時間緊張的高壓伏案工作，黃令儀的脖子突然就不能動了，醫(yī)生囑咐她要臥床，不能再用電腦了。整整一個月，黃令儀都不安地躺在床上，1C回來時，也不敢去看，直到一個電話打到家：“成功了！”聽到這個好消息，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也傳來了捷報，這是中國自主研發(fā)的第一片CPU芯片。

2018年，82歲的黃令儀又再度出山，帶著團隊一起自主研發(fā)出中國龍芯最新一代處理器“龍芯3號”，打破了美國嚴密防守多年的技術，讓中國高鐵復興號實現(xiàn)了百分之百國產(chǎn)，讓殲-20的雷達裝上了中國芯，讓北斗衛(wèi)星也裝上中國芯。這款芯片的誕生，讓我國能省下每年幾萬億向國外購買芯片的錢。

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AMD的挖掘機CPU水平。

因為卓越的貢獻，2020年1月6日，中國計算機學會給黃令儀頒發(fā)了CCF夏培肅獎項。獲獎理由寫著：“黃令儀在長達半個多世紀的時間里，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)過程，為我國計算機核心器件的發(fā)展做出了突出貢獻。”

時至今日，耄耋之年的黃令儀，仍然精神矍鑠地站在研發(fā)一線，帶領著新一代科學工作者們保持初心、砥礪前行。每一張設計版圖，每一項數(shù)據(jù)，她都要一一過目，絕不允許有絲毫的閃失和偏差。為此，黃令儀說：“這是我久違了的激情燃燒的歲月，這是我無比熱愛的事業(yè)，我愿意付出所有甚至生命。”