艰辛历程 辉煌未来――我国第一批通信专用集成电路诞生记

清华大学电子工程系教授  冯重熙

 

      记得那是改革开放初期的一九八五年，在电子部科技委员会青岛会议上，同当时的电子部通信导航司郭文昭司长谈起我国电子工业发展时，谈到了进入八十年代后大规模集成电路的兴起与前景，郭司长讲改革开放后在引进生产线同时，要求带进技术问题已不再现实，因为大规模专用集成电路是国外厂家不肯转让的知识产权，这样我们将难以实现民族产业的独立发展。我就学校里的研究工作说明当时国内广为流行的走解剖国外专用集成电路仿制的路子，随着集成度的提高亦变为不可能实现的途径，因此急需培养我国能独立设计专用集成电路的系统工程师，设计自己的专用集成电路，这将是一条发展民族电子工业的重要出路，因为将电路集中在硅片上的电路设计技术一旦掌握在我们自己手里，我们就可以利用国外的集成电路加工工艺环境加工出自己独有的专用集成电路，使我们能在同等硅片水准上开发出自己的新产品，以进行创新。这一意见得到了当时电子部孙俊仁副部长和郭司长的支持，继而在当年集中起十一个电子部所属工厂和研究所在清华大学以集资形式（集资一百七十万元）建立起清华大学专用集成电路联合实验室，目的是在美国出口的计算机辅助设计工作站的环境下培养专用集成电路（ASIC）设计的工程技术人员，使其能通过掌握该系统并学会IC设计方法。当时在清华建立的系统是美国商业部批准进口中国的首批产品。我们先后为十一个单位办起技术培训班五届。为了引导这一方向的实践，联合实验室承接了八五国家科技攻关项目中的四块用于光纤通信的专用集成电路的设计开发任务，八七年在实验室的工作站上设计出两块二、三次群复接器电路，随即在国家科委主任宋健和新技术局汤局长等领导的支持下介绍到日本富士通公司与大木规 常务董事长洽商加工专用集成电路事宜，并联系承接了加工任务，在一九八八年九月我国第一届全国光纤通信大会中我系由冯重熙、曾烈光、韦文等自行设计的大规模通信专用集成电路THMTOOI、THMROOI两种复接器电路，首次利用国外环境加工成功，并制作成复接设备，该硅片上集成了8000个门电路，电路中采用了自己发明的并获国家发明二等奖的减少抖动专利技术，指标优于国外产品，系统体积功耗等都比当时产品减少许多倍，使生产过程大为简化，可靠性有数量级的提高。成本上由于自行设计具极大的竞争能力。当时在国务院电子振兴领导小组李祥林主任为此向国家科委宋健主任的报告上，宋健主任作了如下批示：“看了非常高兴，请向清华冯重熙同志转致衷心感谢，希望尽快商品化，批量供应，还希望清华的同志们再接再励；向四次群和更高速前进！宋健  9.13”

 

     为推动专用集成电路设计工程工作的进展，在89年11月17日的中国科技日报上，我以记者访谈形式发表了“我国电子设备生产行业的发展战略应该是‘两头在内中间在外’的意见”即专用电路和设备的设计和应用要自主的在国内进行，而大规模集成电路的加工受国内条件所限，在相当一段时间内可依靠国际加工能力实现，这样才得以推动国内设备制造水平，促使企业利用自己的技术力量开发出自有知识产权的具有当代水准的产品。实际上，只有在设备中用上以当代最先进的半导体工艺制造的器件才算得上是先进产品，才能提高产品的国际竞争力。

 

     与此同时，为推动这一工作进行，经由校党委书记李传信同志将“促进在电子工业的系统设计人员中推动专用集成电路设计技术”的意见转送到当时电子部曾培炎部长。针对这一意见，曾部长利用部长基金，委托通信导航司在电子部系统的通信研究所和学校中装备了一批专用集成电路设计工作站，并在局内发文推动这一工作。这一举措在当时有很大影响力。

 

     由于这一技术的难度以及这一理念在厂级领导层中一时很难建立，推动工作的实际效果并未因一、二次的冲击而有大的起色。为了继续示范这一举措，推动通信ASIC发展，在九十年代初以两块专用集成电路作为投资，汇同电子部通信工程公司和香港招商局等单位，集资100万元建立起华环电子有限公司，公司的建立初期以一种单板二、三次群复接板做为产品，其先进性就体现在功耗、体积和可靠性等都全面优于国内外产品，因此，当时生产微波通信机的电子部611厂和邮电部506厂都利用单板复接器的优点，将其插在微波机内组成微电一体化设备打入市场，而不必另立机柜来实现同一功能。

 

    公司初期产品获得了响应，对公司也是一个信心的建立，在进入九十年代后市场发生突然的变化，由于光纤通信的技术已趋成熟，并迅速地为国内电信建设部门所接受，而微波通信电路这时急速退让到备用手段，面对这一形势，公司急速调转方向朝光纤系统产品的方向发展。这一改变是对公司的一个挑战，即要直接面对电信市场提供全套光纤电信网络产品，首先急需扩大技术力量，当时王一超博士、林孝康副教授、阮方副教授、葛宁、孙明海等一批骨干起到了决定性作用。我们根据电信网络的发展形势，在国内首先提出研发面向网络型的准同步数字系列（N-PDH）的产品这一新思路，继而开发出系列化产品，其中有具世界先进水平的跳群专用集成电路HMX3101，其将复接器中21个晶体锁相环全部以数字电路实现，并且为适应网络型产品发展，加入了交叉联接电路实现了16个E1的交换。这实际上是将复接设备整体在硅片上实现了，葛宁博士的工作实际上是首次实现了复接设备在硅片上的系统集成（system on chip），当时国外并未有同等规模产品；与此同时林孝康副教授等开发出四次群复接器电路M4320，该产品首次实现了CMOS工艺输出口达到150Mb/s能力。由于（ASIC）的开发成功，数年间华环公司有了一整套高水平的PDH专用集成电路。在王一超副教授指导下开发有H600、H700、H800、H1000等四个系列产品并推向市场，并相继取得邮电部电讯产品的入网证，公司产值由几百万，很快超过到5千万水平，用自己的力量在上地信息产业基地盖起六千平米华环电子大厦。面貌有了崭新的变化，步入先进中型企业行列。

 

    公司于九十年代中期通过了ISO9001质量管理体系认证的工作，公司的管理也上升到一个新阶段，整个公司已初步实现电子化管理。长年在学院式环境下发展的教授们变为公司骨干决不是一个简单的转变，不仅公司管理的理念需要实践―学习―实践的过程，就是在技术上，要使研究成果转化为适销对路、能批量生产的产品，也有许多重要知识层面要学习、钻研，应该说这是知识的深化与全面发展，当前清华有以各种形式参加到华环公司的教授们，特别是历届在华环学习的数十名研究生，他们为华环公司开发ASIC，实现新技术产品做出了巨大的贡献。这说明成果的转化是需要有一大批高级人才的投入才可实现，不仅华环电子公司的发展证实了十多年前提出以ASIC自主开发来推动产业发展的方向是正确的，在十多年后的今天，在国内通信界有识之士无不以拥有自己的ASIC来发展公司作为重要战略步骤，这是多么可喜的进步与可贵的认识，在我国半导体工业界也都认识到要有系统产品的设计队伍建立才能带动起IC工业的发展，回顾过去那发展ASIC的艰难历程将尽，展望未来辉煌前景始于斯，谨以此庆贺学校九十周年之禧。