“郝总经理,这是一个非常重要的问题,我回国前思考了很久,在船上三十多天,大部分时间都在写这方面的分析报告。”萨之唐翻开笔记本,找到做了特别标记的一页,“我认为,集成电路的发展将遵循几个主要趋势,这些趋势互相促进,将彻底改变电子工业乃至整个社会的面貌。”
郝仁脸上兴趣盎然:“请说。”
“第一是集成度的不断提高,也就是单个芯片上能集成的晶体管数量会快速增长。仙童公司去年已经做出了包含24个晶体管的芯片,用于军用计算机。诺伊斯和摩尔他们预测,未来几年这个数字会以每年翻倍甚至更快的速度增长。”萨之唐表情慎重地说道。
早已知道发展趋势的郝仁,故作惊讶:“每年翻倍?那岂不是五年后就能做到近千个晶体管?这可能吗?”
“不仅可能,而且很可能保守了。”萨之唐语气肯定,“我从仙童离职前,研发部门已经在讨论如何突破100个晶体管的门槛。关键在于光刻技术的进步和晶体管结构的优化。”
说着,他在笔记本上画了一个简单的示意图:“现在主流的晶体管结构是台面型,占面积大。平面工艺出现后,晶体管可以做得更小。如果采用新的隔离技术和互联方法,晶体管密度还能进一步提高。”
他翻到笔记本的另一页,上面是一个手绘的坐标图:“这是我在仙童时和戈登·摩尔一起讨论时画的草图。横坐标是年份,从1958到1970;纵坐标是单个芯片上的晶体管数量,对数坐标。按照这个趋势,到1965年,最先进的芯片可能包含上千个晶体管;到1970年,可能达到上万甚至更多。”
此话一出,会议室里响起一片低低的惊叹和议论声。
上千个晶体管集成在一小片硅片上,这在当下听起来像是科幻小说。可一旦联想起集成电路厂的工艺现状,似乎……也不是不可能。
“第二是功能专门化,”萨之唐继续说,拿起一支铅笔在纸上画着框图,“现在的集成电路主要是通用逻辑电路,比如与非门、或非门、触发器等基本单元,然后用这些‘积木’搭建复杂系统。但未来一定会出现专门为特定功能设计的芯片。比如专门用于计算的算术逻辑单元,专门用于存储的存储器芯片,专门用于模拟信号处理的运算放大器芯片等等。”
郝仁悄悄抹了把汗:“专门化的芯片,性能会有什么优势?”
“三个主要优势,”萨之唐竖起三根手指,“第一,性能更好——针对特定功能优化设计,可以在速度、功耗、面积上达到更好的平衡。第二,使用更方便——系统工程师不需要从晶体管级别开始设计,可以直接使用功能模块,就像用标准零件组装机器。第三,可靠性更高——专用芯片经过充分验证,比用几十个分离元件搭建的电路更稳定可靠。”
他举了个例子:“比如存储器芯片,如果专门为存储数据优化,就能在同样面积上存储更多信息,访问速度也更快。仙童已经在研发16位、32位的存储器芯片。一旦成功,现在房子那么大的磁芯存储器,未来可能缩小到一个火柴盒大小。”
不出意外,这话又引起了一阵轻呼。
磁芯存储器是计算机早期的关键内存技术,盛行于20世纪50-70年代。它利用微型磁环的磁化方向存储二进制数据(0/1),具备非易失性、抗辐射和高可靠性优势,但体积庞大、制造复杂、成本高昂且密度低。
二十年间,磁芯存储器主导计算机主存领域。
1950年代的IBM 1401主机即采用该技术,其16KB容量需占满整个机柜。
随着1970年英特尔推出1103 DRAM芯片,半导体存储时代开启。DRAM在容量、速度、成本及体积上的全面优势,使磁芯存储器于70年代中期迅速淘汰。
到了这时,整场会议已然成为萨之唐的课堂。
他所带来的知识、想法、见解,均远超于国内的半导体从业人员。
“第三是工艺标准化和制造规模化。”萨之唐的表情突然变得严肃,“郝总经理,这一点对我们尤其重要。在美国,仙童、德州仪器这些公司已经开始建立标准化的工艺流程。他们提出了‘标准工艺线’的概念:不同的芯片设计,可以在同一条生产线上制造,只需要更换光刻掩模版。这样可以大幅降低生产成本,提高生产效率,实现规模化。”
“而我们现在的生产模式,还是‘一产品一工艺’,每开发一种新电路,就要重新调整整个工艺流程——扩散温度、时间、气体流量、光刻参数等等都要重新摸索。这不仅效率低下,而且成品率波动很大,无法形成规模经济。”
郝仁缓缓点头,手指在膝盖上轻轻敲击:“萨同志,你说的这些趋势,对我们国家发展集成电路产业有什么启示?以我们现有的基础和条件,应该重点发展什么方向?哪些可以跳过,哪些必须攻克?”
这一连串的问题,使得萨之唐陷入了沉默。
他摘下眼镜,用衣角仔细擦拭镜片,重新戴上后,目光变得更加坚定而深邃。因为他明白,这些问题不仅关乎技术路线,更关乎国家战略。
只是……
让他纳罕的是——他从未在这位郝总经理面前表露过自己的专业程度,而且两人仅仅是见过一面,可对方为什么会笃定自己能够回答这么深层次的问题?
“郝总经理,我认为我们应该重点发展两个方向,采取‘有所为有所不为’的策略。”他的声音很稳,每个字都经过深思熟虑。
“第一,集中力量攻克存储器芯片技术。”萨之唐在笔记本上画了一个简单的存储单元阵列图,“存储器是计算机的核心部件,目前主要使用磁芯存储器,体积大、速度慢、功耗高、制造工艺复杂。”
“如果用集成电路实现存储器,将彻底改变计算机的架构——计算机可以更小、更快、更可靠。而且,存储器芯片设计相对规整,重复单元多,对工艺均匀性要求高,正好能锻炼我们的工艺控制能力,是练习的好方向。”
“具体目标呢?”郝仁追问。
“三年内,实现64位存储芯片的批量生产;五年内,达到256位或更高。”萨之唐给出明确目标,“这需要攻克几个关键技术:稳定的氧化层生长、精确的离子注入或扩散、低缺陷的硅材料、高成品率的封装测试。”
“第二呢?”郝仁掏出了笔记本。
萨支唐的表情更加专注:“第二,发展模拟集成电路。我们现在主要关注数字电路,因为数字电路更容易用集成电路实现,也是计算机的基础。但对国家建设来说,模拟电路同样重要,甚至更紧迫。”
“导弹的制导系统需要高精度运算放大器处理传感器信号;无线电通信设备需要混频器、调制解调器;工业自动化仪表需要电压比较器、模数转换器;医疗仪器需要低噪声放大器……”
“这个领域国内几乎是空白,但需求迫切,而且模拟电路设计更难,工艺要求更高,一旦突破,能带动整个产业水平提升。”
化工出身的郝仁,完全不明白数字电路和模拟集成电路的区别。
故此,他只能频频颔首,‘嗯’‘嗯’不停。整整一页纸上,除了‘嗯’就是‘对’,除了‘对’就是‘没错’。
那边,萨之唐翻开一份英文资料,指着上面的电路图:“这是仙童去年研发的μA702运算放大器,第一个商用单片集成运算放大器,包含9个晶体管。性能虽然还不如分离元件搭建的顶级放大器,但价格便宜、体积小、一致性高,足以引发一场模拟电路设计的革命。”
“有投入生产吗?”郝仁随即问道。
萨之唐想了一下:“因为资金上的问题,大概是无法投入生产的。”
“那就好。”郝仁暗自松了口气,“萨同志,你回来的这些天里,应该对我国的工业基础和技术水平有了一定程度的了解。我现在想问的是——以我们目前的条件,要实现你说的这些目标,最大的障碍是什么?除了材料和设备,还有什么是我们最缺乏的?人才?体系?还是别的什么?”