勇攀尖端集成电路技术最高峰

——记 天津大学微电子学院讲席教授杨杰圣

文/胡月

他是 Virtus芯片组的主要发明者。

他连续四年被美国斯坦福大学评为全球前2% 的科学家。

他也是新加坡科学院和工程院双院士(目前两院士只有六人)。

他还是国际电气与电子工程师协会IEEE会士、亚太人工智能协会AAIA会士和国际人工智能产业联盟AIIA会士。

他就是现任天津大学微电子学院讲席教授,同时担任集成电路科学与工程交叉学科负责人的杨杰圣。

杨杰圣主要从事芯片微系统器件与建模方面的研究,他出版了 14本书 (3本亚马逊畅销书) 、7个章节和 650多篇高水平期刊和会议论文,拥有55 (其中27美国专利) 项专利,大部分专利被转让或授权给全球的半导体和集成电路设计公司,为行业产业发展做出了重要贡献。

从20世纪 90年代开始,集成电路产业的迅速发展有目共睹,其在通信、汽车电子、消费电子、医疗卫生等方面应用十分广泛。而且,材料工程学发展已将硅 CMOS和硅锗器件的最大工作频率推到500GHz 以上。下一代无线通信和半导体技术有望满足从5G/6G 通信、移动计算、人工智能、先进物联网到大数据、云和边缘计算的广泛新需要。

当前,通信行业新产品的开发正变得极其复杂,创新性产品的推出需要通过新的方式来结合多种领域的各类技术。学界正考虑最先进的协议、未来的芯片设计和集成、6G 无线通信系统的标准化指南等。随着计算机技术的发展,半导体一直是工厂中连接生产各环节的中枢,而通信行业则一直是日常生活中连接人与人的领跑者。

杨杰圣致力于低功耗 /射频 /毫米波集成电路设计,希望实现毫米波 /太赫兹雷达与成像芯片的产业化。在毫米波 /太赫兹雷达与成像芯片产业化实现过程中 ,杨杰圣攻克了数个“拦路虎”,比如构建毫米波高性能发射机、宽带高功率高能效毫米波源,对毫米波 /太赫兹器件模型进行参数化建模。

杨杰圣在深亚微米级互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺建模和使用寄生混合模式器件领域,他拥有55项专利,其中包括2项世界上最小的集成变压器、1项世界上最小的60GHz标准集成滤波器;他是Virtus芯片组的主要发明者,此芯片组完全符合IEEE 802.11ad标准,比蓝牙2.0至少快1000倍,功耗低于300毫瓦,具有载波抑制和超低有害辐射等优势;他还参与发明了5G无线通信和RF/毫米波IC应用的许多新型电路技术。更重要的是,他所取得的所有专利几乎都被企业成功转化,取得了良好的社会经济效益。

杨杰圣提议开发世界首个人工智能和区块链(知识产权保护)驱动的芯片设计平台技术,可用于半导体IP、产品和系统的大规模创新加速,推进可行的商业化,以克服半导体和集成电路产业企业面临的设计挑战、禁令和制裁。

类似技术在亚马逊、Facebook、纽约股票交易所、上海证券交易所、阿里巴巴、微信、优步、滴滴等公司都取得了巨大成功。这些企业都是通过使其他企业能够在其平台上获得分销和参与来创造巨大的创新加速。

杨杰圣所提出的平台技术不仅仅是增加价值,而是通过向半导体价值链上游移动来创造和获取价值。这可以通过将平台上的已有IP 组合来创建新的和更强大的IP 来实现。此外, 共同设计和交互式平台环境将允许来自不同组织的授权设计师和工程师自由协作,从而通过进行“头脑风暴”获得宝贵的新创意。

对此,杨杰圣提出了“三步走”战略。第一步由政府部门统一创建知识产权数据库、开发平台技术并修订资助机制。第二步,在国家层面整合 EDA 工具,并逐渐向高等学府开放。第三步,在国家层面进行整合测试,ICFA 和测量设施,并逐渐向国内初创企业和中小企业开放,然后向跨国公司开放,最终实现向全世界开放。

从另一个角度来看,在先进平台技术的加持下,科研人员利用 EDA工具、巨大的 IP数据库不断进行交互式学习。政府部门规定的芯片设计规范为科研人员提供了可信任的创新环境,使得科研人员可以进行协同集成电路自动化设计。他们的设计同时反作用于芯片设计规范的迭代工作,以实现科研人员科研工作和设计规范条款的同时完善。与此同时,科研人员的交互学习也有利于为自己搭建可信任的网络环境。换而言之,杨杰圣实际上提出了具有可操作性的“协同集成电路设计工作流程”。

在杨杰圣看来,这项计划可以赋能中国初创企业、中小企业和现有半导体公司,加速其集成电路技术获得先人一步的发展,并能开拓出新的行业领域和市场。这有助于中国企业提升全球竞争力,在更短时间内开发高性价比的产品。而且,有关在芯片设计方面的资源和资金浪费、工作重复现象将大大减少,能提高社会资金的整体利用率和分配合理性。

由于集成电路技术是所有高科技行业的最前沿基础,所以该计划有可能扩大规模并跨越不同的行业和政府集群。凭借该计划提供的好处和赋权,由于目前全球范围内各种高科技行业对尖端集成电路技术具有极高的需求,所以它很有可能在未来 5到10年内改变芯片设计流程,为中国甚至全世界带来颠覆性技术创新,加快推动产业转型升级,实现重大经济效益。