12月11日，呂辰、宋顏、謝凱三人回到紅星軋鋼廠時，已是下午三點。
三人來到紅星工業研究所，放下行李後，直接就來到了劉星海教授的辦公室。
劉教授站在窗前，背對著門，手裡拿著一份檔案，窗臺上的菸灰缸裡堆滿了菸蒂。
王衛國坐在靠牆的椅子上，正埋頭整理一沓厚厚的資料。
“辛苦了。”劉教授見三人到來，與三人一一握手，“坐。衛國，倒茶。”
王衛國起身倒了四杯熱茶，熱氣嫋嫋升起。
“先說說此行調研的情況。”劉教授在辦公桌後坐下，點燃一支菸。
宋顏教授從公文包裡取出在西安、武漢、上海的調研報告、技術資料，以及於各單位的聯合攻關方案，將檔案推到劉教授面前。
劉教授翻開檔案，快速瀏覽。
他的閱讀速度極快，幾乎是掃視，但關鍵處會停下來，用紅筆標註。
他看了關於耐腐蝕陶瓷材料的實驗資料、與上海試劑總廠、中科院有機所關於耐腐蝕材料的合作意向、以及湯渺教授建議成立“高效能化工陶瓷裝備聯合攻關組”的方案時，劉教授的手指在桌面上輕輕敲擊起來。
“化工陶瓷......”他喃喃道：“高階化工裝備是工業體系的骨骼，我們如果能解決氫氟酸腐蝕這樣的極端難題，就意味著中國能在高溫、強腐蝕、超潔淨這些關鍵工況下，擁有完全自主的高階製造能力。這對化工、製藥、核工業、甚至未來的航天推進劑處理，都有不可估量的價值。”
劉教授深深吸了一口煙，煙霧在窗前的光柱中緩緩升騰：“但是，所裡經費有限，此時還得廠裡拿大頭。”
“湯渺教授建議成立聯合攻關組。”宋顏教授點點頭補充道，“上海試劑總廠、中科院有機所已經明確表示參與。如果再加上合肥通用機械研究院，這個鏈條就完整了。”
劉教授沉默片刻，目光在三人臉上掃過，最後落在《關於成立高效能化工陶瓷裝備聯合攻關組的緊急建議》上。
“好。”他最終說道，在建議稿上籤下“同意，立即推進”幾個字，並署上自己的名字。
“這件事，等湯教授從上海回來，由他具體負責推進。宋教授，你協助協調。”劉教授將簽好字的檔案遞給王衛國，“衛國，影印三份，一份存檔，一份給湯教授，一份給李懷德廠長。”
他頓了頓，補充道：“告訴李廠長，這是咱們紅星所孵化的重大產業方向，應當全力支援。所需經費和生產線建設，由紅星軋鋼廠出資和組織生產。後續我們以軋鋼廠的名義，向部裡申請專項支援。”
隨後，又聽取了關於和西軍電聯合攻關石英晶體技術、電子耳朵應用、西安電機廠的磁懸浮平面電機技術研究、上海感光膠片廠的聯合課題，他都一一細問，呂辰三人也介紹了相關過程，最後劉教授都一一鄭重的簽下名字，著王衛國送給方教授、李懷德、趙老師等人。
處理完調研的彙報，劉教授掐滅菸頭，看了看牆上的掛鐘。
“現在是五點鐘。”他說，“你們收拾一下，六點鐘，我們出發去中科院計算所。”
呂辰三人一愣：“這麼急？”
“理論組那邊等不及了。”劉教授站起身，從衣架上取下大衣，“夏先生、高先生，還有數學所、物理所的幾位老先生，非要今天開這個會，‘星河計劃’不能只盯著工藝和電路，必須從原理層把問題想清楚。”
他穿上大衣，圍上圍巾：“特別是關於第一代晶片的指令集架構、物理極限、設計方法學，這些根本性問題，不能再等了。”
王衛國已經收拾好資料，將四個裝得鼓鼓囊囊的公文包分給大家。
“車已經在樓下了。”他說。
中科院計算所位於中關村，是一棟灰白色的四層樓房，建於1956年，外觀樸素，與周圍的其他研究所建築沒甚麼兩樣。
但走進大門，氛圍就截然不同了。
一樓大廳的牆上掛著巨幅的標語：“計算技術為社會主義建設服務！”
旁邊是幾張展示圖，畫著104計算機的框圖、磁芯儲存器的原理示意圖、以及穿孔紙帶輸入輸出的工作場景。
雖是傍晚，樓裡卻依然繁忙，技術人員抱著圖紙、提著工具箱匆匆走過，走廊裡傳來隱約的機器轟鳴聲，那是機房裡的計算機在執行。
機油、臭氧、熱繼電器散發出的微焦氣味，還有舊書籍和粉筆灰混合的氣息，瀰漫在走廊裡。
“這邊。”劉星海教授帶著三人徑直上到三樓。
走廊盡頭的雙扇木門上掛著“學術會議室”的牌子，門虛掩著，裡面傳來激烈的討論聲。
推門進去，眼前的景象讓呂辰心頭一震。
會議室很大，能容納五六十人。
此時坐了約三十人，有老有少，但無一例外，都是專注而銳利的眼神，最令他震撼的是，許多後世如雷貫耳的名字都在這裡一一對應。
除了這些人，最引人注目的是牆上的黑板，整整三面牆都被漆成了黑板。
此刻，黑板上寫滿了公式、圖表、示意圖。
左邊黑板上是偏微分方程、矩陣運算式、傅立葉變換公式，筆跡工整，像是數學家的手筆。
中間黑板上畫著能帶示意圖、MOSFET結構剖面、載流子輸運方程，旁邊標註著物理常數和材料引數。
右邊黑板上則是馮·諾依曼結構框圖、指令執行流水線示意圖、以及用布林代數寫的邏輯表示式。
三塊黑板，像是數學、物理、工程三個世界的對話視窗。
會議室裡的桌椅被挪成了U形，與會者圍坐。
長條會議桌上攤滿了圖紙、稿紙、計算尺、以及各種顏色的粉筆。
空氣中有粉筆灰的味道，有舊書頁的黴味，還有幾位老先生菸斗裡飄出的淡淡菸絲香氣。
劉星海教授一進門，討論聲暫時停歇。
“劉教授來了！”一位戴著黑框眼鏡、頭髮花白的老先生站起身。
他是104機的主要設計者之一。
“夏先生，各位，抱歉來晚了。”劉星海與夏先生握手，又向在場的其他人點頭致意。
“不晚不晚，正是時候。”夏先生笑道，目光落在呂辰三人身上，“這三位就是剛從全國調研回來的年輕同志吧？來，坐前排。我們今天這個會，需要你們帶來一線的實際情況。”
呂辰、宋顏、謝凱被安排坐在U形桌的右側，王衛國坐在他們身後做記錄。
劉星海教授坐在夏先生旁邊的主位。
“人齊了，咱們開始。”夏先生清了清嗓子，敲了敲桌子，“今天是‘星河計劃’理論組第一次全體會議。我先介紹一下在場的同志——”
他依次指向在座的人：
“吳文俊先生的助手，數學所的陳教授，專攻機器證明與拓撲學。”
一位瘦削的年輕學者站起身，靦腆地點頭。
他戴著一副厚厚的眼鏡，眼神有些飄忽，像是還沉浸在某個數學問題裡。
“黃昆先生團隊的張老師，半導體物理專家。”
一位四十歲左右的研究員站起來，身材不高，但眼神銳利，他面前的稿紙上畫滿了能帶圖和波函式。
“咱們計算所的高先生，體系結構專家。”
高先生大約五十歲，方臉，濃眉，穿著灰色的中山裝，袖口沾著粉筆灰。
他面前攤開一本厚厚的筆記本，上面密密麻麻記滿了字。
“北大數學系的程先生，函式逼近論專家；清華數學系的徐先生，應用數學和運籌學專家；北大物理系的甘先生，固體物理；清華物理系的何先生，統計物理......”
每一位被點到名的學者都微微頷首。
他們中有年過花甲的老先生，也有三十出頭的年輕研究員，但無一例外，眼神中都閃爍著那種只有沉浸在基礎研究中的人才有的專注光芒。
“今天會議的主題是——”夏先生轉身，在黑板上寫下幾個大字：積體電路的數學原理、物理基礎與體系結構方向。
“‘星河計劃’不能只埋頭做工藝、畫版圖。”夏先生轉過身，面對眾人，“我們必須從根子上想清楚：我們究竟要造甚麼樣的晶片？它要解決甚麼數學問題？會撞上甚麼物理限制？該用甚麼體系結構？以及——如何用數學方法來設計它？”
他頓了頓，目光掃過全場：“今天有五個核心議題。每個議題，我們都必須達成共識，形成可指導工程實踐的技術路線。”
“現在，第一個議題——”夏先生看向北大數學系的程教授，“程先生，請您開場。”
程教授站起身，他六十多歲，頭髮全白，但腰板挺直，聲音洪亮。
“同志們，造計算機，最終是為了求解數學問題。”他走到左邊的黑板前，拿起粉筆，“在工業與國防中，最常見的是哪類問題？是微分方程、線性方程組，還是邏輯判斷？”
他在黑板上寫下三類問題：
微分方程（流體力學、彈道計算、反應堆中子輸運）
線性方程組（結構力學、電網潮流、經濟計劃）
邏輯判斷（自動控制、解碼譯碼、協議處理）
“我從‘兩彈一星’工程中，申請到了一份脫密後的典型算題統計。”程教授從公文包裡取出一份檔案，遞給旁邊的助手，在牆上投影出一個計算圖表。
圖表顯示，在過去三年的大型科學計算任務中，線性方程組求解佔比42%，常微分方程數值積分佔比28%，偏微分方程離散求解佔比18%，其他如傅立葉變換、矩陣特徵值、最最佳化等佔比12%。
“超過70%的計算資源，用在了方程求解上。”程教授指著圖表，“這意味著甚麼？意味著我們的第一代晶片，必須優先支援科學計算，特別是浮點運算和矩陣運算。”
“但工業過程控制呢？”高先生插話，“實時控制需要確定性的響應時間。一個化工廠的反應釜溫度控制，要求毫秒級響應，不能等一個複雜的矩陣分解算完。”
“這正是矛盾所在。”程教授點頭，“為科學計算設計的計算機，追求高精度和通用性，但響應時間不確定；為實時控制設計的計算機，要求在最壞情況下都能保證響應時間上限，但計算能力往往有限。”
會議室裡響起了低聲討論。
數學家們傾向於支援科學計算優先，因為那是國家戰略需求的核心；而來自工業一線的代表則強調實時控制的重要性。
呂辰舉手發言：“程教授，高先生，我有個不成熟的想法。”
他站起來，走到黑板前：“我們能不能設計一種可配置的架構？在晶片內部，劃分出不同的計算單元，有些單元專門做高精度浮點運算，最佳化科學計算；有些單元做定點的快速邏輯運算，最佳化實時控制。”
他在黑板上畫了一個粗略的框圖：“這些單元可以獨立工作，也可以協同。當需要科學計算時，調動浮點單元；當需要實時控制時，排程邏輯單元。作業系統，或者說排程程式，根據任務型別動態分配資源。”
這個想法讓在場的幾位體系結構專家眼睛一亮。
高先生立刻追問：“硬體上怎麼實現？代價會不會太大？”
“可以用‘指令集擴充套件’的思路。”呂辰解釋道，“基礎指令集是精簡的、確定的，保證實時性。然後透過擴充套件指令，增加浮點運算、向量運算等複雜功能。需要科學計算時，呼叫擴充套件指令；不需要時，這些硬體單元可以處於低功耗狀態。”
“數學上，這相當於一個資源排程最佳化問題。”清華的徐教授開口了，“我們可以建立一個多目標最佳化模型：在晶片面積、功耗、製造成本的約束下，最大化科學計算效能和實時控制效能的加權和。權重要根據實際應用場景來定。”
討論持續了四十分鐘。
最終達成共識，即第一代“星河”晶片應優先支援科學計算，但硬體設計必須為實時控制留出可擴充套件的介面和確定的響應時間上界。
數學組承諾在三個月內提交《“星河”指令集數學需求白皮書》，明確各類演算法的計算特徵和效能要求。
接下來討論第二個議題，電晶體縮小會遇見甚麼牆？
黃昆團隊的張研究員走到中間的黑板前，他說話語速很快，帶著南方口音。
“同志們，電晶體尺寸縮小，可以提高開關速度、降低功耗。但——”他頓了頓，用粉筆在黑板上畫出一個MOSFET的剖面圖，“縮小到一定程度，會撞上根本性的物理限制。”
他畫出能帶示意圖，標註出費米能級、導帶、價帶。
“在矽平面工藝中，柵極對溝道的控制能力，取決於氧化層厚度和介電常數。”張立綱用粉筆指著柵氧化層的位置，“當溝道長度縮短到與耗盡層寬度相當時，會出現短溝道效應，柵極失去控制，電流關不斷。”
他在黑板上寫出一個公式。
L_min ≈ 3 * √(ε_si * φ_t / (q * N_a))
“根據這個模型，在典型的摻雜濃度下，矽MOSFET的溝道長度極限大約在0.5微米左右。再往下，就需要全新結構。”
宋顏教授提問：“張老師，這個0.5微米是理論極限，還是當前工藝下的實際極限？”
“理論極限。”張老師推了推眼鏡，“實際上，由於工藝波動、介面態、熱效應等因素，實際能達到的可靠尺寸可能要到0.8微米甚至1微米。再往下，漏電流會急劇增大，功耗失控。”
“絕緣層呢？”宋顏教授問，“除了二氧化矽，有沒有更高介電常數的材料？”
“有。”張老師在黑板上寫下幾種材料，氮化矽（ε≈7.5）、氧化鋁（ε≈9）、以及一些稀土氧化物（ε可達20以上）。
“但這些材料與矽的介面態問題需要研究。”他補充道，“二氧化矽之所以成功，很大程度上是因為它在高溫下能與矽形成近乎完美的Si-SiO2介面，介面態密度極低。換用其他材料，介面物理完全不同。”
“也就是說，我們未來必須在兩個方向同時突破。”呂辰總結道，“一是器件結構，比如讓柵極從三面包圍溝道，增強控制能力；二是材料，尋找更高介電常數的柵介質，以及更高遷移率的溝道材料。”
“正是！”張立綱讚賞地點頭，“這就是‘多柵電晶體’和‘高k介質/金屬柵’的方向。你們現在就應該開始材料研究。”
“這就像一個帶約束的最佳化問題。”數學所的陳教授忽然開口，聲音很輕，但異常清晰，“在泊松方程、載流子輸運方程等物理約束下，尋找器件幾何引數和材料引數的最優解，使得開關速度最快、功耗最低、可靠性最高。我們可以建立一個多目標最佳化模型......”
物理學家和數學家開始用公式對話。
張老師寫出泊松方程和電流連續性方程，陳教授在旁邊標註出哪些是約束條件，哪些是最佳化變數。
討論的結果是，成立“器件物理與新型材料聯合研究組”，由黃昆團隊、材料所、以及紅星所的材料中心共同組成。第一階段目標：建立矽基MOSFET的尺寸縮放理論模型，明確0.5微米節點的關鍵技術挑戰；同步開展高k介質和化合物半導體的基礎研究。
討論完第二個議題，已經是晚上九點過，計算所的工作人員前來繼茶。
夏先生宣佈原地休息，大家相互遞煙，聊起近來的一些課題之類。