下午两点,长光所主楼二层的大会议室里,坐满了人。
长方形的会议桌旁,“星河计划”光刻组的核心成员与协助单位代表齐聚一堂。
长光所陈光远副所长坐在主位,左侧是宋颜教授、吕辰、谢凯,以及光机所光学部、精密机械部的几位负责人。
右侧则是哈工大的周工、上海机床厂的刘工、武水院的赵工,以及他们所带领的技术骨干。
室内烟雾缭绕,茶香与烟草味混合在一起。
桌上摊满了图纸、技术报告、计算草稿。
每个人的面前都放着一个厚厚的笔记本,钢笔或铅笔夹在指间,随时准备记录。
陈光远清了清嗓子,环视一周:“各位同志,咱们开门见山。今天这个会,就是要确定集成电路制造的工艺路线和技术指标。宋教授带来了清华-红星团队的设计方案,我们光机所这边也把家底亮一亮,大家一起讨论,定个调子。”
他顿了顿,声音沉稳:“咱们的目标很明确:要在下一次百工联席会议,也就是明年四月之前,拿出中国第一块可用的集成电路。不是实验室里的玩具,是能实际工作、能验证设计思想的产品。”
宋颜教授微微颔首,从公文包里取出一个用牛皮纸仔细包裹的文件夹。
他解开系绳,将里面的图纸一份份取出,平铺在会议桌中央。
那是“红星一号”计算器的集成电路设计图。
“这是我团团队历时三个月完成的初步设计。”宋颜教授的声音平静,“考虑到当前国内工艺水平的现实,我们做了两个方案。”
宋颜教授拿起其中一套:“方案一,是理想状态下的单片机方案。将所有功能集成在一块芯片上。包括键盘输入编码、控制逻辑、数据存储、算术运算、输出解码和显示驱动。整个系统需要集成两千多个晶体管。”
图纸上,一个个逻辑门用标准的符号标注,之间的连线如蛛网般密集而有序。
运算器部分被重点标注,那里需要完成加减乘除四则运算,逻辑最为复杂。
会议室里响起一阵低低的吸气声。
两千多个晶体管代表的挑战,不仅仅是设计上的,更是制造上的。
“方案二,”宋颜教授拿起另一套图纸,“是模块化方案。将系统功能分解到四块独立的集成电路上。”
“第一块,输入编码与控制芯片,负责将键盘信号转换为二进制码,并产生基本的控制时序。大约需要五百个晶体管。”
“第二块,数据存储芯片,采用静态随机存储器结构,能暂存中间计算结果。约三百多个晶体管。”
“第三块,算术逻辑单元,这是计算器的核心,完成所有运算功能。设计规模最大,六百余个晶体管。”
“第四块,输出解码与显示驱动芯片,将二进制结果转换为七段数码管所需的驱动信号。规模最小,一百四十个晶体管左右。”
宋颜教授抬起头:“两个方案各有优劣。单片机方案集成度高,理论上性能更好、功耗更低,但对制造工艺的要求也最高。模块化方案虽然需要多芯片协同工作,接口复杂些,但单个芯片的规模小了,制造难度相对降低,也便于测试和调试。”
他看向陈光远:“陈副所长,这两个方案,以长光所目前的光刻能力,哪个更现实?”
所有人的目光转向陈光远。
陈光远戴上老花镜,俯身仔细查看图纸,特别是那些标注了最小线宽、晶体管间距的关键区域。
光学部的张工、精密机械部的王工也凑过来,三人低声交换着意见。
会议室里安静下来,大家点着香烟等着。
五分钟后,陈光远摘下眼镜,揉了揉眉心。
“宋教授,诸位同志,”他语气严谨,“我先说说我们这边的现状。”
他示意张工将一份实验报告分发给大家。
“这是我们最新一批曝光测试的结果。在玻璃基板上,我们目前能稳定实现的线宽是五微米。注意,是‘稳定实现’——指的是成品率能达到百分之六十以上,线条边缘相对整齐,断线率控制在可接受范围内。”
报告上的显微照片被传阅。吕辰接过一张,凑近细看。
照片是在金相显微镜下拍摄的,黑白影像,分辨率不算高,但足以看清细节。
那是一组平行线条测试图形,标尺显示线条宽度约五微米。
线条基本平直,但边缘有细微的锯齿状起伏,像是手绘时笔尖的抖动。
在线条交汇处,有明显的圆角,而不是理想的直角。
“陈副所长,两微米呢?”谢凯忍不住问。
陈光远苦笑:“实验室环境下,偶尔能做到。但成品率不到百分之十,而且批次之间波动极大。可能今天这炉参数调好了,出来几片不错的;明天同样的参数,一塌糊涂。”
他顿了顿,加重语气:“关键在于‘稳定’和‘可重复’。实验室里灵光一现的成功,对工业化生产没有意义。我们要的是今天能造出来,明天还能造出来,下个月、明年还能造出来。”
哈工大的周工点头:“陈副所长说到点子上了。我们搞机械的也是这个理儿。实验室里调出一台精度惊人的样机不难,难的是批量生产时,每一台都能达到那个精度。”
上海机床厂的刘工、武水院的赵工等人也表示认同。
陈光远等大家说完,回到图纸上:“所以回到宋教授的问题。以我们目前五微米的稳定工艺水平,这个单片机方案,两千多个晶体管,按照设计图中的晶体管尺寸和间距推算,需要至少两微米的线宽才能容纳得下。五微米的话,芯片面积会大到不现实,功耗、性能都会出问题。”
他指着第二个方案:“而这个模块化方案,最大的一块芯片是算术逻辑单元,六百多个晶体管。我们计算过,如果用五微米工艺,芯片面积大约四毫米见方,虽然比理想情况大,但在可接受范围内。其他几块芯片面积更小。”
他抬起头:“我的意见是:暂时放下对终极精度的追求,先专注于可用性和一致性。我们接受五微米线宽,甚至在某些非关键区域,可以放宽到十微米。重点保证这个精度能稳定、可重复地实现。用这个工艺,先把方案二的四块芯片造出来。”
会议室里沉默了片刻。
宋颜教授缓缓点头:“我同意陈副所长的判断。临行前,刘星海教授也表示,科研不能只盯着最理想的目标,更要看清脚下的路。要先解决‘有无’问题,再解决‘好坏’问题。”
他转向吕辰:“小吕是‘红星一号’的总设计,并且负责了芯片的定义和架构,你从应用角度,模块化方案能实现‘红星一号’的基本功能。”
吕辰起身行礼,走到会议室前沿的小黑板前,拿起粉笔。
“陈副所长,各位同志。从系统功能角度,模块化方案完全能够实现‘红星一号’的所有设计要求。”
他在黑板上画了一个简单的框图,四块芯片用方框表示,之间用箭头连接。
然后他从信号流开始,详细讲解了“红星一号”总体设计思路和各芯片单元的功能。
讲解完毕,吕辰总结道:“所以从功能完整性上说,模块化方案没有问题。唯一的代价是:因为分成了四块芯片,它们之间需要通过外部引线连接,这会引入额外的寄生电容和电阻,影响信号传输速度。同时,芯片面积总和比单片方案要大,功耗也会高一些。”
他顿了顿,语气坚定:“但这些代价,在现阶段是可以接受的。我们需要的是尽快验证集成电路设计的正确性,验证从图纸到硅片的整个制造流程是否可行。模块化方案降低了制造门槛,让我们有机会在明年四月前拿出实实在在的成果。”
陈光远连连点头:“说得好!先解决主要矛盾。我们现在的主要矛盾是什么?是集成电路在中国还是‘零’。我们要把这个‘零’突破,证明这条路走得通。至于性能优化、集成度提升,那是下一步的事。”
他看向哈工大的周工:“周工,你们机械部分,五微米精度的工作台,有把握吗?”
周工打开桌上的笔记本,翻到其中一页,上面密密麻麻记录着日期、温度、湿度、电压、工作台移动距离、实际定位误差、重复定位误差等数据。“陈副所长,这是我们团队过去半年积累的工作台测试数据。目前我们自研的蜗轮蜗杆传动工作台,在恒定温度、稳定供电的条件下,重复定位精度能做到正负三微米。”
他指着数据中的几处异常值:“但问题在于稳定性。你看这里,下午两点车间大功率设备启动时,电压有波动,误差就跳到八微米。这里,室温升高两度,热胀冷缩,误差又大了。”
周工合上笔记本,神情严肃:“所以我的想法和陈副所长一样:不追求极限精度,先保证基本可用。”
他加重语气:“而且这个精度要能持续,不能干两个小时就磨损超标。我们要做寿命测试,记录运行一千次、一万次后的精度衰减数据。根据数据改进设计,而不是凭感觉。”
上海机床厂的刘工也表示全力支持,当场就表示立即提供十套工作台传动部件,用于制造原型光刻机。
武水院的赵工分享了他们设计的‘三级稳压滤波’方案:第一级,用大功率稳压器将输入电压稳定在220伏±5%;第二级,给每台光刻机配独立的中功率稳压器,将波动压缩到±2%;第三级,在光刻机控制柜内部,再加一个小型精密稳压模块和Lc滤波电路,最终输出波动可以做到±0.5%。”
这个方案比不上理想的纯净电源,但胜在实施快、成本低。
这些肯定的回答,让会议室里的气氛明显活跃起来。
当目标从“追求完美”调整为“先做出可用的”,那些看似无解的问题,突然都有了现实的解决方案。
陈光远当即拍板,定下了先在五微米工艺站稳脚跟,再攻关两微米,进军亚微米的战略决定。
他对宋颜教授道:“宋教授,我们正式决定,‘星河计划’光刻组,第一阶段目标定为:采用五微米工艺,实现‘红星一号’模块化方案四块芯片的制造和系统集成。时间节点:明年四月百工联席会议前,拿出可工作的样品。”
宋颜教授没有丝毫犹豫:“我完全同意。清华大学和红星研究所这边,会全力配合。设计方案可以根据五微米工艺的要求进行微调,确保可制造性。”
这种“样机秀技术,量产见真章”的务实策略,得到了所有人的支持。
在量产中积累数据、改进工艺,比在实验室里憋大招更有效。
接下来,陈光远、宋颜教授和周工、刘工、赵工正式制定了详细的时间表。
“十一月底前,工作台机械部分完成十套零件的加工和初装配。”周工在笔记本上记录。
“十二月中旬前,电力稳压滤波系统安装到位,完成初步调试。”赵工写下时间节点。
“明年一月底前,光刻机整机完成第一次集成调试。”陈光远定下关键里程碑,“二月初开始工艺试验,用测试图形验证五微米工艺的稳定性和成品率。”
“三月开始正式流片。”宋颜教授接上,“四块芯片,每块至少流片三批次,每批次二十片。从中筛选出性能合格的芯片,进行封装和测试。”
窗外,天色渐暗。
晚上七点,食堂送来了晚饭。
简单的玉米窝头、白菜炖豆腐、小米粥,还有一小碟咸菜。
众人就着会议桌,匆匆吃完,继续讨论。
晚上九点,初步方案和时间表终于成形。
众人走出主楼,深秋的夜风扑面而来,带着松针和泥土的气息。
天空中没有月亮,只有几颗稀疏的星,在遥远的夜空中闪烁。
陈光远送宋颜教授三人到招待所门口。
“宋教授,今天这个会,开得好啊。”陈光远感慨,“把大家从‘追求完美’的牛角尖里拉了出来,找到了切实可行的路。”
宋颜教授微笑道:“这要感谢你们长光所的务实态度。科研最怕好高骛远,脚踏实地才能走远。”
“是啊。”陈光远望向黑暗中的实验楼,那里还有几扇窗户亮着灯,“我们这些人,总想着为国家造出最先进的东西。但有时候,最先进的不一定是最适合的。先把能造的东西造出来,用起来,在应用中改进、升级——这可能才是咱们现阶段最该走的路。”
吕辰静静地听着,心中涌起复杂的情绪。
这就是中国科技发展的真实写照。
没有捷径,没有奇迹,只有一步一个脚印的积累,只有面对现实、解决问题的智慧。
他内心激动,忍不住说道:“陈所长,我始终认为,咱们现在做的这些事,很多年后,会被人写进历史书里!”
陈光远笑道:“年轻人了不起,能用历史的眼光看问题,这是你最宝贵的品质,不过,历史是后来者书写的。对身处其中的我们来说,最重要的不是创造历史的荣耀,而是解决眼前问题的责任。”
说完拍了拍吕辰的肩膀,对宋教授说:“刘教授找了个好弟子啊,小谢也是思维缜密、基础扎实,你们红星所当真是英材济济,难怪能取得如此成就!”
宋教授笑道:“陈所别折了小辈,他们要学的还很多,以后难免要陈所多多关照。”
“哈哈,应该的!”陈光远道。