下午兩點,長光所主樓二層的大會議室裡,坐滿了人。
長方形的會議桌旁,“星河計劃”光刻組的核心成員與協助單位代表齊聚一堂。
長光所陳光遠副所長坐在主位,左側是宋顏教授、呂辰、謝凱,以及光機所光學部、精密機械部的幾位負責人。
右側則是哈工大的周工、上海機床廠的劉工、武水院的趙工,以及他們所帶領的技術骨幹。
室內煙霧繚繞,茶香與菸草味混合在一起。
桌上攤滿了圖紙、技術報告、計算草稿。
每個人的面前都放著一個厚厚的筆記本,鋼筆或鉛筆夾在指間,隨時準備記錄。
陳光遠清了清嗓子,環視一週:“各位同志,咱們開門見山。今天這個會,就是要確定積體電路製造的工藝路線和技術指標。宋教授帶來了清華-紅星團隊的設計方案,我們光機所這邊也把家底亮一亮,大家一起討論,定個調子。”
他頓了頓,聲音沉穩:“咱們的目標很明確:要在下一次百工聯席會議,也就是明年四月之前,拿出中國第一塊可用的積體電路。不是實驗室裡的玩具,是能實際工作、能驗證設計思想的產品。”
宋顏教授微微頷首,從公文包裡取出一個用牛皮紙仔細包裹的資料夾。
他解開繫繩,將裡面的圖紙一份份取出,平鋪在會議桌中央。
那是“紅星一號”計算器的積體電路設計圖。
“這是我團團隊歷時三個月完成的初步設計。”宋顏教授的聲音平靜,“考慮到當前國內工藝水平的現實,我們做了兩個方案。”
宋顏教授拿起其中一套:“方案一,是理想狀態下的微控制器方案。將所有功能整合在一塊晶片上。包括鍵盤輸入編碼、控制邏輯、資料儲存、算術運算、輸出解碼和顯示驅動。整個系統需要整合兩千多個電晶體。”
圖紙上,一個個邏輯閘用標準的符號標註,之間的連線如蛛網般密集而有序。
運算器部分被重點標註,那裡需要完成加減乘除四則運算,邏輯最為複雜。
會議室裡響起一陣低低的吸氣聲。
兩千多個電晶體代表的挑戰,不僅僅是設計上的,更是製造上的。
“方案二,”宋顏教授拿起另一套圖紙,“是模組化方案。將系統功能分解到四塊獨立的積體電路上。”
“第一塊,輸入編碼與控制晶片,負責將鍵盤訊號轉換為二進位制碼,併產生基本的控制時序。大約需要五百個電晶體。”
“第二塊,資料儲存晶片,採用靜態隨機儲存器結構,能暫存中間計算結果。約三百多個電晶體。”
“第三塊,算術邏輯單元,這是計算器的核心,完成所有運算功能。設計規模最大,六百餘個電晶體。”
“第四塊,輸出解碼與顯示驅動晶片,將二進位制結果轉換為七段數碼管所需的驅動訊號。規模最小,一百四十個電晶體左右。”
宋顏教授抬起頭:“兩個方案各有優劣。微控制器方案整合度高,理論上效能更好、功耗更低,但對製造工藝的要求也最高。模組化方案雖然需要多晶片協同工作,介面複雜些,但單個晶片的規模小了,製造難度相對降低,也便於測試和除錯。”
他看向陳光遠:“陳副所長,這兩個方案,以長光所目前的光刻能力,哪個更現實?”
所有人的目光轉向陳光遠。
陳光遠戴上老花鏡,俯身仔細檢視圖紙,特別是那些標註了最小線寬、電晶體間距的關鍵區域。
光學部的張工、精密機械部的王工也湊過來,三人低聲交換著意見。
會議室裡安靜下來,大家點著香菸等著。
五分鐘後,陳光遠摘下眼鏡,揉了揉眉心。
“宋教授,諸位同志,”他語氣嚴謹,“我先說說我們這邊的現狀。”
他示意張工將一份實驗報告分發給大家。
“這是我們最新一批曝光測試的結果。在玻璃基板上,我們目前能穩定實現的線寬是五微米。注意,是‘穩定實現’——指的是成品率能達到百分之六十以上,線條邊緣相對整齊,斷線率控制在可接受範圍內。”
報告上的顯微照片被傳閱。呂辰接過一張,湊近細看。
照片是在金相顯微鏡下拍攝的,黑白影像,解析度不算高,但足以看清細節。
那是一組平行線條測試圖形,標尺顯示線條寬度約五微米。
線條基本平直,但邊緣有細微的鋸齒狀起伏,像是手繪時筆尖的抖動。
線上條交匯處,有明顯的圓角,而不是理想的直角。
“陳副所長,兩微米呢?”謝凱忍不住問。
陳光遠苦笑:“實驗室環境下,偶爾能做到。但成品率不到百分之十,而且批次之間波動極大。可能今天這爐引數調好了,出來幾片不錯的;明天同樣的引數,一塌糊塗。”
他頓了頓,加重語氣:“關鍵在於‘穩定’和‘可重複’。實驗室裡靈光一現的成功,對工業化生產沒有意義。我們要的是今天能造出來,明天還能造出來,下個月、明年還能造出來。”
哈工大的周工點頭:“陳副所長說到點子上了。我們搞機械的也是這個理兒。實驗室裡調出一臺精度驚人的樣機不難,難的是批次生產時,每一臺都能達到那個精度。”
上海機床廠的劉工、武水院的趙工等人也表示認同。
陳光遠等大家說完,回到圖紙上:“所以回到宋教授的問題。以我們目前五微米的穩定工藝水平,這個微控制器方案,兩千多個電晶體,按照設計圖中的電晶體尺寸和間距推算,需要至少兩微米的線寬才能容納得下。五微米的話,晶片面積會大到不現實,功耗、效能都會出問題。”
他指著第二個方案:“而這個模組化方案,最大的一塊晶片是算術邏輯單元,六百多個電晶體。我們計算過,如果用五微米工藝,晶片面積大約四毫米見方,雖然比理想情況大,但在可接受範圍內。其他幾塊晶片面積更小。”
他抬起頭:“我的意見是:暫時放下對終極精度的追求,先專注於可用性和一致性。我們接受五微米線寬,甚至在某些非關鍵區域,可以放寬到十微米。重點保證這個精度能穩定、可重複地實現。用這個工藝,先把方案二的四塊晶片造出來。”
會議室裡沉默了片刻。
宋顏教授緩緩點頭:“我同意陳副所長的判斷。臨行前,劉星海教授也表示,科研不能只盯著最理想的目標,更要看清腳下的路。要先解決‘有無’問題,再解決‘好壞’問題。”
他轉向呂辰:“小呂是‘紅星一號’的總設計,並且負責了晶片的定義和架構,你從應用角度,模組化方案能實現‘紅星一號’的基本功能。”
呂辰起身行禮,走到會議室前沿的小黑板前,拿起粉筆。
“陳副所長,各位同志。從系統功能角度,模組化方案完全能夠實現‘紅星一號’的所有設計要求。”
他在黑板上畫了一個簡單的框圖,四塊晶片用方框表示,之間用箭頭連線。
然後他從訊號流開始,詳細講解了“紅星一號”總體設計思路和各晶片單元的功能。
講解完畢,呂辰總結道:“所以從功能完整性上說,模組化方案沒有問題。唯一的代價是:因為分成了四塊晶片,它們之間需要透過外部引線連線,這會引入額外的寄生電容和電阻,影響訊號傳輸速度。同時,晶片面積總和比單片方案要大,功耗也會高一些。”
他頓了頓,語氣堅定:“但這些代價,在現階段是可以接受的。我們需要的是儘快驗證積體電路設計的正確性,驗證從圖紙到矽片的整個製造流程是否可行。模組化方案降低了製造門檻,讓我們有機會在明年四月前拿出實實在在的成果。”
陳光遠連連點頭:“說得好!先解決主要矛盾。我們現在的主要矛盾是甚麼?是積體電路在中國還是‘零’。我們要把這個‘零’突破,證明這條路走得通。至於效能最佳化、整合度提升,那是下一步的事。”
他看向哈工大的周工:“周工,你們機械部分,五微米精度的工作臺,有把握嗎?”
周工開啟桌上的筆記本,翻到其中一頁,上面密密麻麻記錄著日期、溫度、溼度、電壓、工作臺移動距離、實際定位誤差、重複定位誤差等資料。“陳副所長,這是我們團隊過去半年積累的工作臺測試資料。目前我們自研的蝸輪蝸桿傳動工作臺,在恆定溫度、穩定供電的條件下,重複定位精度能做到正負三微米。”
他指著資料中的幾處異常值:“但問題在於穩定性。你看這裡,下午兩點車間大功率裝置啟動時,電壓有波動,誤差就跳到八微米。這裡,室溫升高兩度,熱脹冷縮,誤差又大了。”
周工合上筆記本,神情嚴肅:“所以我的想法和陳副所長一樣:不追求極限精度,先保證基本可用。”
他加重語氣:“而且這個精度要能持續,不能幹兩個小時就磨損超標。我們要做壽命測試,記錄執行一千次、一萬次後的精度衰減資料。根據資料改進設計,而不是憑感覺。”
上海機床廠的劉工也表示全力支援,當場就表示立即提供十套工作臺傳動部件,用於製造原型光刻機。
武水院的趙工分享了他們設計的‘三級穩壓濾波’方案:第一級,用大功率穩壓器將輸入電壓穩定在220伏±5%;第二級,給每臺光刻機配獨立的中功率穩壓器,將波動壓縮到±2%;第三級,在光刻機控制櫃內部,再加一個小型精密穩壓模組和LC濾波電路,最終輸出波動可以做到±0.5%。”
這個方案比不上理想的純淨電源,但勝在實施快、成本低。
這些肯定的回答,讓會議室裡的氣氛明顯活躍起來。
當目標從“追求完美”調整為“先做出可用的”,那些看似無解的問題,突然都有了現實的解決方案。
陳光遠當即拍板,定下了先在五微米工藝站穩腳跟,再攻關兩微米,進軍亞微米的戰略決定。
他對宋顏教授道:“宋教授,我們正式決定,‘星河計劃’光刻組,第一階段目標定為:採用五微米工藝,實現‘紅星一號’模組化方案四塊晶片的製造和系統整合。時間節點:明年四月百工聯席會議前,拿出可工作的樣品。”
宋顏教授沒有絲毫猶豫:“我完全同意。清華大學和紅星研究所這邊,會全力配合。設計方案可以根據五微米工藝的要求進行微調,確保可製造性。”
這種“樣機秀技術,量產見真章”的務實策略,得到了所有人的支援。
在量產中積累資料、改進工藝,比在實驗室裡憋大招更有效。
接下來,陳光遠、宋顏教授和周工、劉工、趙工正式制定了詳細的時間表。
“十一月底前,工作臺機械部分完成十套零件的加工和初裝配。”周工在筆記本上記錄。
“十二月中旬前,電力穩壓濾波系統安裝到位,完成初步除錯。”趙工寫下時間節點。
“明年一月底前,光刻機整機完成第一次整合除錯。”陳光遠定下關鍵里程碑,“二月初開始工藝試驗,用測試圖形驗證五微米工藝的穩定性和成品率。”
“三月開始正式流片。”宋顏教授接上,“四塊晶片,每塊至少流片三批次,每批次二十片。從中篩選出效能合格的晶片,進行封裝和測試。”
窗外,天色漸暗。
晚上七點,食堂送來了晚飯。
簡單的玉米窩頭、白菜燉豆腐、小米粥,還有一小碟鹹菜。
眾人就著會議桌,匆匆吃完,繼續討論。
晚上九點,初步方案和時間表終於成形。
眾人走出主樓,深秋的夜風撲面而來,帶著松針和泥土的氣息。
天空中沒有月亮,只有幾顆稀疏的星,在遙遠的夜空中閃爍。
陳光遠送宋顏教授三人到招待所門口。
“宋教授,今天這個會,開得好啊。”陳光遠感慨,“把大家從‘追求完美’的牛角尖里拉了出來,找到了切實可行的路。”
宋顏教授微笑道:“這要感謝你們長光所的務實態度。科研最怕好高騖遠,腳踏實地才能走遠。”
“是啊。”陳光遠望向黑暗中的實驗樓,那裡還有幾扇窗戶亮著燈,“我們這些人,總想著為國家造出最先進的東西。但有時候,最先進的不一定是最適合的。先把能造的東西造出來,用起來,在應用中改進、升級——這可能才是咱們現階段最該走的路。”
呂辰靜靜地聽著,心中湧起復雜的情緒。
這就是中國科技發展的真實寫照。
沒有捷徑,沒有奇蹟,只有一步一個腳印的積累,只有面對現實、解決問題的智慧。
他內心激動,忍不住說道:“陳所長,我始終認為,咱們現在做的這些事,很多年後,會被人寫進歷史書裡!”
陳光遠笑道:“年輕人了不起,能用歷史的眼光看問題,這是你最寶貴的品質,不過,歷史是後來者書寫的。對身處其中的我們來說,最重要的不是創造歷史的榮耀,而是解決眼前問題的責任。”
說完拍了拍呂辰的肩膀,對宋教授說:“劉教授找了個好弟子啊,小謝也是思維縝密、基礎紮實,你們紅星所當真是英材濟濟,難怪能取得如此成就!”
宋教授笑道:“陳所別折了小輩,他們要學的還很多,以後難免要陳所多多關照。”
“哈哈,應該的!”陳光遠道。