一个小时后,萨之唐的演讲结束。
他放下粉笔,拍了拍手上的灰:“以上就是CMOS的理论基础和我已验证的实验结果。下面请各位提问。”
会议室里短暂地安静了几秒钟。
那是与会人员在消化信息的安静,不是冷场的安静。
然后,坐在后排折叠椅上的一个人举起了手——孙卫国,计算所的研究员,早年在苏联留过学,是苏联计算机专家列别捷夫的学生。
回国后,他一直在推动一种基于“三极锗晶体管理论”的研究方向。
“萨之唐同志,我不是来抬杠的。”他的脸上,带着一种诚恳的、但又寸步不让的神情,“但有些话我得说。”
“你搞的这个CMOS,理论上很漂亮,但漂亮的东西不一定好用。我搞苏联那一套搞了六年,从‘М-3’到‘БЭСМ’,从电子管到晶体管,每一步都是我们小组自己摸出来的。”
“就你的CMOS理论,我想问几个问题。”
安静的气氛微微变了。
不是紧张,却是一种更微妙的东西——像是一条平静的河面上忽然起了一阵风,吹皱了一池春水。
萨之唐很平静地看着他:“孙同志,请提出你的问题。”
在科学技术的发展道路上,从来不缺乏路线之争。
在1960年代,苏联和美国在电子技术上的竞争就是一场典型的“路线之争”,其核心分歧在于技术路径的选择。
起步更早的苏联最终落后,源于其选择了与市场和技术发展趋势相悖的道路。
苏联高层认为,在蘑菇战的环境下,电子管的抗电磁脉冲能力远强于晶体管,这对于军工产品至关重要。出于对技术可靠性和延续性的依赖,苏联选择继续对电子管进行微型化改良,而非探索全新技术路线
有资料提到,二大爷时期的苏联曾判断“半导体技术没有前途”,而电子管小型化才是发展方向。
至于美国,则是在民用市场推动下,选择了体积更小、能耗更低、适合大规模生产的晶体管,这为半导体产业奠定了基础。
“第一个问题。你说CMOS可以做大规模集成电路,几千个管子在一块硅片上。那我问你,几千个管子在一块硅片上,成品率能有多高?”
“一个管子的缺陷率假如是百分之一,几千个管子乘在一起,成品率趋近于零。你们在实验室里,那是做几片、几十片,挑一片能用的。工业化生产,一天做几千片,你怎么保证每片都是好的?”
不等萨之唐回话,孙卫国不疾不徐地抛出第二个问题。
“第二个问题。你说CMOS抗干扰强。但抗干扰强的代价是什么?是管子的尺寸大。NMOS和PMOS要拉开距离才能防止闩锁效应,拉开的这个距离就是面积。集成度的优势到底剩多少?这个问题是要说清楚的。”
“第三个问题。你一直在说CMOS的功耗低。但苏联的同志从来不把功耗作为首要指标。功耗高了,可以用更大的散热器、更大的风扇、更大的电源。只要性能够强、够可靠,功耗大一点怎么了?我们搞的是工业计算机、军用计算机,不是手表计算器。低功耗的好处到底有多大,值得整个技术路线都换掉?”
“稍等一下,我还有最后一个问题。”
“你说CMOS可以做可编程控制器、可以做自动化的核心。但自动化的核心是什么?是可靠、是耐用、是好维修。”
“苏联的工控设备用分立晶体管搭,一块板子坏了换一块板子,一个管子坏了换一个管子。CMOS把几千个管子做在一块硅片上,坏了怎么修?连诊断故障都费劲——你怎么知道是几千个管子里的哪一个坏了?整个芯片报废,成本怎么算?”
一连抛出四个问题后,孙卫国把手放在胸前交叉着,等待着萨之唐回答。
坐在他周围的几个人,笔悬在纸面上方,忘了落下。
郝仁看了一眼萨之唐,对方的表情始终没有变化,只有握着粉笔的右手在桌子上轻轻地叩了两下。
“这位孙同志提出的问题很现实啊。”老张轻声说道。
郝仁点点头,附和道:“是啊,不但现实,而且还是直击要害。”
“萨同志……没问题吧?”
“没问题,小场面。”
“你这么相信他的能力?”
“不是有人说了嘛,外来的和尚好念经。”
“嗐,那是嘲讽话!”
……
“孙卫国同志,你的四个问题,都问到了关键的点上。”那边,萨之唐经过短暂的思考,开口了,“我不是来推销CMOS的,我是来讨论的。所以你的问题,我会如实回答。”
“第一个问题,成品率。”
“你说得对,一个管子的缺陷率百分之一,几千个管子乘在一起,成品率趋近于零。所以CMOS能不能工业化,不取决于理论多漂亮,取决于工艺成熟后管子的缺陷率能做多低。集成电路厂现在的工艺水平,单管缺陷率已经做到了千分之几。几千个管子乘在一起,成品率可以做到百分之几。这个数据不是实验室数据,而是根据过去半年批量生产得出的。”
“未来能做到什么程度?我在这里也不敢打包票。”
“能做到什么程度,只能取决于我们的工艺线达到什么样的水平。不取决于我,取决于今天在座各位的努力。”
“第二个问题,NMOS和PMOS拉开距离的问题。”
“闩锁效应是CMOS固有的寄生效应,必须用足够的物理距离来抑制。这个距离确实会吃掉一部分集成度。但吃掉的部分,跟CMOS相对于双极的集成度优势相比,不是一个数量级。双极的隔离区占据的面积更大。综合下来,CMOS的集成度仍然比双极高一个数量级以上。”
“第三个问题,功耗。”
“你说得对,苏联的同志不把功耗作为首要指标。功耗大了,用更大的散热器、更大的风扇、更大的电源。这是可行的。但有一个东西你绕不过去——晶体管的结温。一个管子的结温超过一百五十度,就烧了。几千个管子挤在一起,功耗密度是几十瓦到几百瓦每平方厘米。空气冷却不够,水冷却又太复杂。”
“这是物理极限,不是工程问题。”
他停了停,语气很平静。
“低功耗的好处,不是在手表计算器上。是在你做不出更大的散热器、装不下更大的风扇的时候,低功耗就成了唯一的选择。这个东西,不是要不要的问题。物理规律说了算。”
“至于第四个问题,可维修性。”
“你说得对,一个芯片坏了,没法换管子,只能换整片。这是集成度提高之后必然付出的代价。任何技术路线走到高集成度,都会遇到这个问题。”
“关键是——芯片的失效率比单个晶体管低。”
“集成度高、外部连线少,故障率反而下降。一台用几千个芯片的计算机,和一台用几十个芯片的计算机,哪一台更容易坏?哪一台修起来更省事?”
“孙卫国同志,你是搞过大型计算机的,你应该有体会——大型计算机的故障,绝大多数出在接插件、连线、电源这些外围部分,不是出在管子本身。芯片集成度提高,外围的部分简化,整机可靠性上升。”