年關將近，年味越濃，陳嬸開始做各種吃食，酥肉、年糕、豆包、臘腸、蜜餞等，小念青天天守在灶臺前，吃得小嘴流油，每天都混了肚兒圓。
又一個清晨，呂辰推著腳踏車進了研究所，車把上掛著一個網兜，裡面是陳嬸昨晚蒸的粘豆包，讓他帶來分給加班的同事。
他把車停好，拎著網兜上了右翼樓二樓。
驗證室的門虛掩著，裡面傳來諸葛彪的打火機聲，鐺，嚓，嘶，然後是一股菸草味飄出來。
“你這煙癮是越來越大了。”呂辰推門進去，把粘豆包往桌上一放。
諸葛彪坐在驗證臺前，手裡捏著煙，眼睛盯著示波器上跳動的波形。
錢蘭趴在另一張桌上，面前攤著厚厚一疊圖紙，手邊放著一個搪瓷缸，裡面的茶早就涼透了。
“一夜沒睡？”呂辰問。
“眯了兩個小時。”錢蘭直起腰，揉了揉眼睛。“放心不下，四點就醒了。”
“是有甚麼想法嗎？”
錢蘭揉了揉臉：“我想明白了一件事——咱們之前找原因，一直在找‘是誰的錯’。是設計的問題，還是工藝的問題。但昨天夜裡我突然想，這個問題可能本身就是錯的。”
她站起來，走到黑板前，拿起粉筆，畫了一個簡單的座標系。
橫軸是“設計餘量”，縱軸是“工藝波動”。
他在第一象限畫了一個小圈：“這裡是理想情況，設計留足了餘量，工藝又穩，良率高。”
然後在第三象限畫了一個大叉：“這裡是災難區，設計把工藝逼到了極限，工藝本身又有波動，兩者疊加，結果就是咱們看到的72%短路，48%擊穿。”
諸葛彪眼睛亮了：“你是說……”
“我是說，咱們可能錯怪自己了。”錢蘭放下粉筆，“不是設計錯了，也不是工藝錯了。是咱們把設計剛好放在了工藝波動的刀口上。就像一個裁縫，把衣服做得剛剛好合身，但布料本身有縮水的可能，一洗就穿不上了。”
呂辰走到黑板前，盯著那個座標系。
他想起前世那些晶片設計的故事，第一次流片，良率慘不忍睹，新人設計師第一反應是怪工藝線不行。
但資深工程師會告訴你，工藝永遠有波動，設計的責任，是在最差的工藝條件下，晶片依然能工作。
“你的意思是，咱們的設計太‘緊’了？”他問。
“對。”錢蘭點點頭，“版圖密度太高，最小間距剛好卡在設計規則的下限。電晶體尺寸太小，剛好在擊穿閾值的邊緣。長走線沒有加緩衝器，剛好在延遲容忍的邊界。所有地方都是剛好，但工藝不可能每一次都剛好。”
她走回驗證臺，拿起一塊廢品晶片，對著燈光照了照：“你們想想，60顆晶片，41顆短路，而且短路的區域高度一致。這說明甚麼？說明如果工藝完美地做到中線，這些晶片可能都是好的。但工藝有波動，只要往壞的方向偏一點點，就廢了。”
錢蘭翻開筆記本，找到她整理的資料：“我統計過，那些短路的晶片，電源線和地線之間的實測電阻不是均勻分佈的。有的是0歐，完全短路；有的是幾十歐，半短路；有的是幾百歐，漏電。這說明甚麼？說明那兩條線並不是真的連在一起了，而是捱得太近，氧化層裡有了雜質，或者刻蝕的時候留下了一點毛刺，在電壓作用下形成了導通路徑。”
呂辰沉默了幾秒：“錢師姐說的是，設計規則不是懸崖邊上的欄杆，而是安全區。我們要做的，不是在欄杆上走鋼絲，而是退後一步，穩穩地站在安全區裡。”
諸葛彪也點點頭：“有道理啊，咱們是走到懸崖邊上了，怪不得風大，退一步，海闊天空。”
錢蘭道：“是退一步寬。”
她走回黑板，在剛才那個座標系旁邊，寫下兩個句話：設計上後退半步，工藝上向前一步。
“咱們雙管齊下。”她說，“設計上，給工藝留出餘量。縮窄設計規則，把最小間距從5微米放寬到6微米。關鍵電晶體做雙倍尺寸，提高抗過壓能力。長走線上插入中繼器，減少延遲。這些改動，會讓晶片面積大一點，功耗高一點，但換來的，是晶片能在更寬的工藝波動下正常工作。”
她頓了頓：“工藝這邊，最佳化氧化工藝，降低生長速率，提高氧化層緻密性。調整摻雜濃度，精確控制擴散爐的溫度和時間。提升潔淨度，查漏補缺，看有沒有哪個環節的過濾器失效了。把工藝的波動範圍收窄，讓更多的晶片落在設計能容忍的區域裡。”
呂辰明白，這不是認輸，這是成熟。
第一次流片，憑著一股衝勁，把設計做到極致，把所有引數都推到極限。
然後被現實狠狠地打回來，才發現“極限”不是用來追求的，是用來敬畏的。
真正的工程師，不是能把設計做得多極限，而是能在極限和可靠之間，找到那個平衡點。
他道：“好，那就先改版圖，重新流片。”
諸葛彪點點頭：“按這個思路改，面積可能會增大15%到20%，電晶體數量多兩三百個。但良率……至少能到30%以上。”
“30%也夠了。”錢蘭說，“比8%強。”
三個人對視一眼，都笑了。
那笑裡沒有沮喪，只有一種說不清的輕鬆，終於找到了真正的病根，終於知道該怎麼治。
接下來的日子，三個人開始了漫長而繁瑣的修改工作。
首先是縮窄設計規則。
呂辰把原來的版圖拿出來，一條線一條線地量。
那些間距剛好卡在5微米的地方，全部標紅。
電源匯流排旁邊的訊號線，暫存器堆裡密密麻麻的走線，時鐘網路的分支點……，整整標了四十七處。
“這四十七處，全部改到6微米以上。”他對諸葛彪說。
諸葛彪看著那張標滿紅點的圖紙，倒吸一口氣：“全改？那面積得擴大多少？”
“擴大就擴大。”呂辰說，“寧可大一點，也不能再冒短路的險。”
諸葛彪點點頭，沒再說甚麼，拿起鉛筆開始改。
這是一件磨人的細活。
不是簡單地“把線往外挪一挪”，而是牽一髮而動全身。
一條線動了，周圍的線可能都得動，佈局可能得重新排，甚至整個模組的尺寸都可能變化。
諸葛彪趴在繪圖桌前，拿著放大鏡，一筆一筆地挪。有時候挪一條線，得花半個小時。
有時候挪完發現不對，又得重新來過。
錢蘭那邊也不輕鬆。
她負責改電晶體，那些關鍵路徑上的小尺寸管子，全部換成大一號的。
原來寬長比1:2的，改成1:3；原來用最小尺寸的，全部加大一倍。
“這樣做，功耗會上升。”她對著圖紙說。
“上升就上升。”呂辰說，“咱們這塊晶片，不是用在手錶裡的，是用在電機上的。功耗大一點，有電源撐著。但要是擊穿了，甚麼都沒用。”
錢蘭點點頭，繼續畫。
呂辰自己負責加緩衝器。
那些長走線，有的從晶片一頭通到另一頭，長度超過兩毫米。
在5微米工藝下，這麼長的線，寄生電容大，訊號傳輸慢。
之前的版本沒加緩衝器，結果所有能用的晶片都有延遲問題。
他在每條長走線上，每隔一段距離插入一箇中繼器——其實就是兩個首尾相連的反相器，把訊號重新整形、重新驅動。
加一個緩衝器，要改動周圍的佈局，要重新走線，要調整時序。
加十幾個緩衝器，就是十幾倍的活兒。
三個人起早貪黑，日子就這麼一天一天地過去。
……
時間到了臘月二十八，版圖修改漸漸即將完成。
三個人把那四十七處紅線，全部改到了6微米以上。
關鍵路徑上的電晶體，全部加大了一號。
十五條長軸線，加了二十三個緩衝器。
新版的面積，比原來大了18%，電晶體數量，多了272個。
“這版再流片，良率至少能到30%。”諸葛彪看著最終的版圖，“如果片子質量沒問題，可能還能更高。”
“30%夠了。”錢蘭說，“比8%強。”
她拿出一個冊子：“這是GPMC-01晶片首次流片失效分析報告，大家看看。”
這是她整理的，這一個月來的所有資料。
失效晶片的座標圖，典型故障的顯微照片，擊穿點的版圖對照，延遲測試的波形圖，設計問題的清單，工藝問題的清單，原材料問題的分析報告……
她把這些資料一頁一頁歸攏，一頁一頁核對。
寫這份報告的初衷，第一次流片的經過，發現問題的過程，分析問題的思路。
包括設計缺陷、工藝波動，以及延遲超標背後的長線問題。以及這一個月來，他們是怎麼一條線一條線地改，怎麼一個電晶體一個電晶體地換，怎麼一個緩衝器一個緩衝器地加。
她寫得很詳細，每一處改動的理由，每一個引數的取捨，每一次爭論的焦點，都寫得清清楚楚。
這份報告不僅僅是對過去的總結，更是對未來的教材。
那些後來者，那些也要經歷第一次流片失敗的人，可以從這份報告裡，看到一條從失敗走向成功的路。
此刻，報告已經被列印出來，裝訂成冊。
封面是白色的硬紙，上面印著一行字：《GPMC-01晶片首次流片失效分析報告》。
下面還有一行小字：積體電路實驗室年1月。
三個人圍坐在桌前，一頁一頁翻著這份報告。
六十顆晶片的座標圖，每一顆的故障型別都標得清清楚楚。
典型故障的顯微照片，那些短路、擊穿的痕跡，像一道道傷疤。
擊穿點的座標與版圖對照，精確到微米。
延遲測試的波形圖，每一張都有詳細的標註。
最後是結論與建議。
設計問題：電源線與地線間距過小，電晶體尺寸偏小，長走線缺乏緩衝器。
工藝問題：氧化層緻密性不足，摻雜濃度波動大，潔淨度有薄弱環節。
原材料問題：晶圓存在位錯密度高的缺陷帶。
下一版改進方案：縮窄設計規則，加大電晶體尺寸，增加緩衝器；最佳化氧化工藝，調整摻雜工藝，加強來料檢驗。
諸葛彪翻完最後一頁，長長地吐了一口氣：“這報告，夠寫一篇畢業論文了。”
錢蘭笑了：“那你拿去答辯。”
……
中午的時候，柳工來到驗證室，他是收到《GPMC-01晶片首次流片失效分析報告》後來的。
此時，他手裡也拿著一份：“我仔細看了一遍，寫得很好。問題找得準，分析得透，建議也提得對。”
呂辰直起腰：“柳工，您看工藝這邊，我們提的那些改進……”
“我正在想這個事。”柳工拉過一把椅子坐下，“你們報告裡寫的，氧化層質量不穩，光刻有偏差，摻雜濃度波動都對。但怎麼改，我得跟你們商量商量。”
他拿起桌上的筆，在報告的空白處畫了一個簡單的爐管示意圖。
“氧化工藝，現在用的是高溫幹氧氧化，每分鐘生長速度大概1000埃。速度快，但緻密性差，容易有針孔。”他用筆點著圖上的幾個點，“如果降低生長速度，比如降到每分鐘500埃，氧化層會更緻密，針孔會少。但代價是時間翻倍，爐管的產能就降下來了。”
錢蘭抬起頭：“柳工，您的意思是，要改工藝引數？”
“對。”柳工點頭，“但不是簡單地把速度降下來。我想的是，能不能分兩步走？先快速生長一層，再慢速生長一層。快的那層用來控制厚度，慢的那層用來提高緻密性。這樣既能保證產能，又能提高質量。”
呂辰眼睛亮了，這就是經驗。
他們做設計，只知道“氧化層質量不穩”，但怎麼穩，是工藝的事。
而柳工這種一線老師傅，腦子裡裝著的，就是這些“怎麼穩”的辦法。
“摻雜那邊呢？”諸葛彪問。
柳工又畫了一個擴散爐的示意圖：“現在用的是恆定源擴散，靠控制時間和溫度來控制摻雜濃度。但這個方法的缺點是，爐子裡不同位置的片子，摻雜濃度不一樣。前端的比後端的濃，中間的比邊緣的濃。”
他頓了頓，用筆在圖上畫了一個箭頭：“我想試試‘兩步擴散法’。先沉積，再推進。沉積的時候，在片子表面塗一層含摻雜劑的氧化物，然後低溫推進，讓摻雜劑慢慢擴散進去。這樣濃度更均勻，控制也更精確。”
錢蘭在旁邊飛快地記著，這不是簡單地“把波動收窄”，而是實實在在地改進工藝，讓波動本身變小。
“潔淨度呢？”她問。
柳工沉默了幾秒，臉上的表情有些凝重：“這個我正在查。你們報告的座標圖，我看得很仔細。41顆短路的晶片，短路區域集中在暫存器堆。如果是過濾器失效，缺陷應該是隨機分佈的，不會這麼集中。所以我懷疑，不是過濾器的問題。”
“那是甚麼？”諸葛彪問。
柳工搖搖頭：“還沒查出來。但有一個可能，是那批片子本身有問題。半導所的來料，有時候會有批次性的缺陷。比如某個區域的電阻率偏高，或者某個區域的位錯密度大。這些東西，用常規手段查不出來，但在後續工藝裡，就會表現出來。”
他站起來：“我已經讓人把那批剩下的片子封存了，等過完年，送到物理所去做X射線形貌分析。看看那批片子的晶體結構到底怎麼樣。”
呂辰點點頭，這就是查漏補缺，不是隻看自己這一畝三分地，而是把整個鏈條都捋一遍，看看有沒有哪個環節被忽略了。
“柳工，”他開口，“謝謝您。”
柳工拿起桌上的報告：“謝甚麼？你們在前面衝鋒陷陣，我們在後面擦屁股，這不是應該的？”
說完，就走了出去。
柳工走後，三個人繼續改版圖。
過了一會兒，宋顏教授走了進來，手裡也拿著那份報告。
他把報告放在桌子上：“這個報告，我看了，非常不錯，我已經上報劉教授，劉教授非常認可，他的意思是要以此為機會，組織一次集體學習。”
呂辰愣了一下：“集體學習？”
“對。”宋顏教授說，“不光是咱們整個積體電路實驗室、還有6305廠的職工、以及驚雷專案組的軍方技術人員。”
“規模這麼大？”錢蘭和諸葛彪也很驚訝。
宋顏教授點點頭：“這是值得的，咱們‘星河計劃’搞積體電路，已經做了紅星一號、紅星二號、電子耳朵、二維卡，現在又有了高頻脈衝電機這樣的案例，是時候來一次設計專場的集中培訓了。”
他頓了頓：“這是一次不錯的機會，讓操作工看看，設計方是怎麼想問題的，工藝波動會給設計帶來甚麼影響。也讓設計員聽聽聽，操作方怎麼理解這些問題，說不定能換個角度看事情。”
又說了一會兒，宋顏教授起身：“手裡的活先放一放吧，回家好好過年，先祝你們新年快樂了。”
三人起身：“謝謝宋教授，您也新年快樂！”
宋顏教授走後，三個人又忙活了一會。
呂辰直起腰，活動了一下僵硬的脖子，看了看桌上的鬧鐘，快四點了。
諸葛彪、錢蘭也放下鉛筆。
今天就到這兒吧。
該回家過年了。