第256章 国产通信芯片自主设计启动

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卷首语

【画面：1975 年 10 月的上海半导体研究所保密实验室，45 岁的芯片设计总工程师老唐正趴在 30 倍显微镜前，用鸭嘴笔在聚酯薄膜上绘制晶体管版图，笔尖在 10 微米宽的栅极线条上微微颤抖。他的白大褂口袋里露出半截 1974 年的《国外集成电路发展动态》，“Intel 8080 芯片集成 6000 只晶体管” 的译文旁，用红笔写着 “我们的目标：1000 只”。镜头扫过斑驳的铁皮工作台，国产 “红旗 - 2 型” 光刻机的紫外灯正在预热，旁边散落着算盘、三角板和手绘的芯片架构图，图上 “通信专用芯片” 的标题下，用铅笔标注着 “从零开始” 的字样。字幕浮现：1975 年深秋，当国际芯片产业已进入小规模集成时代，中国科研人员在算盘与显微镜之间展开芯片突围。老唐团队用坐标纸绘制逻辑门电路，在晶体管的排列组合中寻找通信密码，于国产光刻胶的黏性与紫外光的曝光时间里探索制造边界 —— 那些被橡皮蹭破的聚酯薄膜、在算盘上演算的晶体管参数、在保密柜里保存的首版设计图，终将在历史的硅片上，刻下中国通信芯片自主设计的第一组逻辑门电路。】

1975 年 10 月 10 日，第四机械工业部的技术论证会上，老唐将《国产通信芯片可行性报告》摔在覆盖着绿漆的会议桌上，28 页报告中 “设备空白率 85%” 的结论让 26 岁的助手小陈手中的圆规滑落。“我们连 5 微米的光刻工艺都没掌握，” 老唐敲了敲从香港辗转获得的 Intel 4004 芯片照片，“但战场上的通信设备等不了进口芯片。” 他的目光落在墙角积灰的 “108 乙型” 计算机，这台每秒运算 1.2 万次的设备，即将承担起芯片逻辑模拟的核心任务。

一、坐标纸上的架构突围

根据《1975 年国产通信芯片研发档案》（档案编号 xJ-KF-1975-10-01），老唐团队的首要任务是确定芯片架构。在保密室的黑板上，老唐用粉笔写下 “通信芯片三要素”：信号调制、数据编码、电源管理。当讨论到 “是否采用国外流行的 pmoS 工艺” 时，负责工艺的老张提出异议：“上海冶金所的硅栅材料还在试验，pmoS 的衬底制备需要进口设备。” 老唐盯着从苏联带回的《半导体器件工艺学》译本，突然想起 1965 年研制晶体管的经历：“当年我们用陶瓷片做衬底，现在就用 NmoS，国产二氧化硅层能扛住。”

10 月 15 日，首次架构设计会持续到凌晨 3 点。小陈在坐标纸上画出 128 位的移位寄存器结构，老唐却发现时钟信号延迟达 200ns，这在通信芯片中足以导致数据错位。“就像接力赛接棒失误，” 他用三角板修正时钟树布局，“得给每个寄存器装个‘同步哨’。” 这个后来被称为 “分布式时钟缓冲” 的设计，让时钟偏差控制在 50ns 以内，却在坐标纸上留下了 17 处修改痕迹。

二、算盘上的晶体管博弈

在确定晶体管参数时，团队遭遇 “国产材料限制” 难题。上海硅厂提供的单晶硅片，杂质浓度比国外标准高 3 个数量级，导致晶体管的漏电流超标。老唐带着团队用算盘计算杂质分布对阈值电压的影响，发现当栅氧化层厚度从 1 微米增加到 1.2 微米，漏电流可下降 40%。“就像给晶体管穿件厚外套，” 他在实验日志中画下氧化层结构，“虽然速度慢了，但稳定性过了关。”

更严峻的挑战是集成度。国外同期芯片集成度已达 6000 只晶体管，而老唐团队受限于 10 微米的光刻精度，只能在 3mmx3mm 的硅片上排列 1200 只晶体管。“那就聚焦通信核心功能，” 老唐圈出 “调制解调” 模块，“让每只晶体管都当通信兵，不养闲兵。” 这个 “精准集成” 策略，让芯片面积缩小 40%，却在逻辑设计上增加了 37 条跨层连线。

三、光刻室里的微米战争

11 月，团队在 “红旗 - 2 型” 光刻机上进行首次光刻试验。当紫外光透过掩膜版，在涂有国产光刻胶的硅片上曝光，显影后却发现线条边缘模糊。小陈用显微镜观察，发现是掩膜版的铬膜厚度不均，“就像用毛玻璃当窗户，” 他举着透光率不合格的掩膜版，“得自己做掩膜。”

老唐带着团队改造钟表厂的精密磨床，用金刚石刀在石英玻璃上手工刻制掩膜图形，这个源自上海手表厂的微加工技术，让掩膜精度从 15 微米提升至 8 微米。11 月 20 日，当第 7 次光刻试验成功，硅片上清晰的晶体管阵列在台灯下泛着微光，老唐发现小陈的食指上缠着纱布 —— 那是刻制掩膜时被玻璃划伤的。