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第572章 进趟城不容易

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  在CMOS技术发明之前,芯片主要使用双极型晶体管或NMOS工艺。

  这两种技术有一个共同的问题:即使电路不工作,也会持续消耗电能。这导致芯片发热严重,集成度稍微高一点,散热就成了大麻烦。

  所以早期的计算机体积庞大、耗电量高,更不可能做出靠电池供电的便携设备。

  1963年,美国仙童公司的两位科学家——Frank Wanlass和萨支唐提出了CMOS技术。它的做法很简单:把NMOS和PMOS两种晶体管搭配使用,让它们在工作时轮流导通和关闭。这样,电路在静止状态下几乎没有电流通过,功耗极低。静态功耗接近零,是CMOS最关键的优点。

  现在,1960年。

  归国一年的萨之唐,比原定轨迹整整提早了三年,提出了CMOS理论。这一突破,对我国计算机事业的推动是极其深远的。

  这首先意味着我国在集成电路领域实现了技术赛道的绝对领先。

  当西方阵营还在为处理器的巨大功耗和散热难题头疼时,我国的研究人员已经率先掌握了制造低功耗微处理器的原理门槛。在电力资源尚且捉襟见肘的60年代,我国缺乏的大功率发电系统恰恰不再是研制巨型机的前置障碍。

  其次,CMOS技术凭借超高集成度和低成本可制造性,直接加速了国产芯片从小规模向中大规模集成的跨越,为计算机产业的发展打下了基础。

  在具体应用上,CMOS理论的出现催生了以往只在想象中存在的特种计算机。

  军事国防方面,搭载CMOS芯片的轻量化弹载计算机变得有实现可能,导弹和航天飞行器终于有了可靠的“低功耗大脑”。

  在经济领域,低功耗芯片使得机械和工业控制设备不再受限于发电门槛,大型机与终端机摆脱了对高载电源的依赖,我国的工业自动化基础即将迎来飞跃式重塑。

  而这,也正是成立华光设备厂的意义所在。

  在回四九城的路上,司机把车速放得很稳。远处的燕山在午后的阳光下呈现出深浅不一的绿色,近处的树木在车窗外飞速后退,光影交错,扑朔迷离。

  “郝仁,”老张突然开口,“萨支唐的这个理论,你了解多少?”

  “不太多,我也只是在报告中看过。”郝仁实话实说。

  老张侧着身子,兴趣满满:“趁着还有两个多小时的路程,你给我讲讲大概。老话不是说嘛——临阵磨枪,不快也光,也算是突击补课了。”

  郝仁笑了笑:“那好,我先从MOSFET说起?”

  “MOSFET?”老张皱了一下眉头。这个洋文缩写听起来陌生而遥远,像是在听天书。

  “金属氧化物半导体场效应晶体管,”郝仁一字一顿地把中文全称说了出来,“这是美国人前年发明的。它的原理说起来很复杂,但您只需要记住一件事——这东西可以做得又小又快,功耗还低。跟老式的双极晶体管比,就像蒸汽机车和内燃机车的区别。”

  “所以,”老张接过话头,他虽然不是搞技术的出身,但多年工作经验让他能够迅速抓住核心概念,“这是一个革命性的进步?”

  郝仁点点头,语气里有一种少见的郑重:“确实是革命性的进步。”

  “你说你的。”老张掏出了笔记本。

  郝仁接着说道:“MOSFET出来之后,整个半导体行业都在往这个方向跑。但是,这东西有一个要命的问题。”

  “什么问题?”

  “单个的MOSFET不稳定,热稳定性差,容易漂移,噪声也大。做实验可以,搞产品就不行了。美国人的实验室里,MOSFET已经做出来了快两年,但一直没能真正大规模应用,就是这个原因。”

  听到郝仁的介绍,老张眉头皱得更深了。

  他虽然不精通技术,但他懂得一个朴素的道理——实验室里能做出来的东西,和工厂里能批量生产出来的东西,中间隔着一道深不见底的鸿沟。这个道理,搞了这么多年工业建设的他,不是第一次领教。

  “那萨之唐的理论是解决了这个问题?”他问。

  “对。”郝仁点了点头,“他这个理论的核心要点,叫做互补。简单地说,就是把两种不同类型的MOS晶体管,一个是P型的,一个是N型的,像阴阳一样配对使用。两种管子配合起来,完美地抵消了各自的不稳定性。”

  郝仁说到这里停了下来,伸手去摸烟盒。

  手指在烟盒上停留了片刻,又收了回来。他在心底寻思——该怎么用最朴素的话,把这件事讲得足够清楚。

  “张领导,我给你打个比方。”他斟酌了一下措辞,“好比两个人一起扛一根木头。一个人往左偏,一个人往右偏,扛起来就左摇右晃走不稳。但如果他们两个是一左一右对称着扛,就能互相抵消,走得又稳又直。萨之唐的理论,就是找到了这个‘对称’的方法。”

  老张似懂非懂地点点头。

  他靠在后座上,目光望着车窗外飞逝的山景,若有所思。

  “这个萨之唐,不简单啊!”良久后,他给出这样一句评价。

  郝仁终于是掏出烟盒,递了根华子过去:“确实不简单。他提出的这个CMOS理论,不是一拍脑袋想出来的,而是建立在他去年年终提出的一个更基础的方程上面。”

  “什么方程?”

  “萨之唐方程。”

  “说说。”

  “就是……这个方程的核心内容是——用一套严密的数学公式,来描述MOS晶体管里面的电流和电压关系。以前大家做MOSFET都是凭经验、靠摸索,摸到哪算哪。萨之唐的方程出来之后,做晶体管就有了理论指导,就像做建筑有了结构力学一样。先算,后做,成功率大大提升。”

  车队在这段时间里,已经驶出了那段最颠簸的碎石路。

  在拐上一条稍稍平坦的土路后,路两边的树木从松树变成了杨树和槐树,阳光穿过枝叶,在车身上投下斑驳的影子。

  车外的风声和轮胎碾过路面的声音混在一起,让人略感烦躁。

  “郝仁,这个理论对我们有多大意义?”老张追问道。

  郝仁想了一下,回答道:“意义太大了,您想想,我们华光厂是干什么的?我们是造设备的。单晶硅炉、光刻机、扩散炉、刻蚀机——有了这些设备,才能造出集成电路。但是,我们造出来的集成电路,用的是什么样的设计思想?用什么样的电路结构?这些事,我们一直在学习,一直在追赶。”

  “现在,萨之唐的理论给了我们指明了发展方向。如果我们能尽快掌握CMOS的理论,哪怕只是理解其中的核心原理,那我们设计出来的电路,就不是走别人的老路,而是走世界上最先进的路。”

  老张听不明白,只能点了点头,熄了打破砂锅问到底的心思。

  车子驶入四九城的时候,天色已经完全黑了。

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