日前，復(fù)旦大學(xué)集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院2021級(jí)直博生敖明睿接連獲得兩項(xiàng)榮譽(yù)：復(fù)旦大學(xué)“優(yōu)秀學(xué)生標(biāo)兵”和上海市“最美大學(xué)生”。
但真正讓他“出圈”的，是另一件事——去年4月，他以共同第一作者身份在《自然》（Nature）發(fā)表論文，發(fā)布了全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器“無(wú)極（WUJI）”。
這項(xiàng)成果首次實(shí)現(xiàn)5900個(gè)晶體管的集成度，創(chuàng)造了全球二維邏輯功能最大規(guī)模驗(yàn)證紀(jì)錄——比此前國(guó)際最高水平整整提高了51倍。傳統(tǒng)硅基芯片逼近極限，國(guó)內(nèi)芯片制造受制于EUV光刻機(jī)封鎖，而二維半導(dǎo)體這條新路徑，有望讓中國(guó)芯片實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”。
面對(duì)如此重磅的成果，敖明睿的反應(yīng)卻很平靜：“我們心態(tài)都比較好。”習(xí)慣了以坦然的心態(tài)應(yīng)對(duì)科研挫折，他形容自己是“P人”一個(gè)——隨性靈活，喜歡刷視頻、打網(wǎng)球，“所以我也很喜歡復(fù)旦‘自由而無(wú)用’的氛圍?！彼χf(shuō)道。
這種“自由”是心性與心智上的自由；這種“無(wú)用”，是不為短期功利所困，沉得下心、厚積薄發(fā)——“無(wú)用之用，是為大用”。
繞開(kāi)“堵點(diǎn)”，另尋“芯”徑
敖明睿的“芯”路始于本科。在華中科技大學(xué)材料專(zhuān)業(yè)，他主攻芯片制造的后端工序電子封裝。但2019年中美貿(mào)易戰(zhàn)讓他意識(shí)到，“國(guó)內(nèi)封裝雖然強(qiáng)，但真正的‘卡脖子’在前端的電路設(shè)計(jì)和芯片制造?！?/span>
敖明睿決定轉(zhuǎn)向芯片制造研究，聚焦于二維半導(dǎo)體——這種僅有原子層厚度的材料，為集成電路的進(jìn)一步發(fā)展提供了全新可能。
二維半導(dǎo)體本身材料成本并不低，但它的結(jié)構(gòu)特性使其加工流程大幅簡(jiǎn)化。“芯片制造的成本，絕大部分都在加工環(huán)節(jié)?！卑矫黝＝忉?zhuān)岸S半導(dǎo)體因?yàn)榧庸げ襟E少、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，整體器件成本反而更低?！边@正是二維半導(dǎo)體路線(xiàn)的核心優(yōu)勢(shì)：以更經(jīng)濟(jì)的加工成本，實(shí)現(xiàn)與先進(jìn)制程媲美的性能。
這條路不好走。二維半導(dǎo)體只有單原子層厚度，材料本身格外脆弱。要將原子級(jí)精密的元件組裝成完整電路，必須攻克工藝精度難題。在此之前，國(guó)際最高二維半導(dǎo)體數(shù)字電路集成度僅為115個(gè)晶體管。敖明睿所在的復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周鵬、包文中聯(lián)合團(tuán)隊(duì)花了五年，將這個(gè)數(shù)字在“無(wú)極”上推到5900。
以“無(wú)極”為代表的二維半導(dǎo)體芯片采用存算一體架構(gòu)，尤其擅長(zhǎng)面對(duì)高算力、高能耗的應(yīng)用場(chǎng)景，在人工智能訓(xùn)練等高能耗的領(lǐng)域，具有顯著低成本、低功耗、高算力密度等優(yōu)勢(shì)。
“走一步看一步”，方向比目標(biāo)重要
二維芯片涉及上百道工藝，其參數(shù)組合更是天文數(shù)字，最大困難便是保證產(chǎn)品良品率。實(shí)驗(yàn)總是失敗，而解決之道，唯有反復(fù)嘗試。只有確保每一道工藝都能與其他步驟無(wú)縫銜接，才能實(shí)現(xiàn)最高良率和最佳性能。
“困難一直有，科研就是反復(fù)嘗試?！卑矫黝ＵZ(yǔ)氣平靜。為解決工藝參數(shù)變量組合龐大的難題，團(tuán)隊(duì)利用先前相關(guān)研究和“AI for Science”技術(shù)，高效篩選最佳的工藝組合。最終反相器良率達(dá)到了99.77%，取得了工程性的突破。
實(shí)驗(yàn)需要大量昂貴原材料，更需要無(wú)數(shù)的精力和時(shí)間。“我們真的是字面意義上‘燒金子’——黃金只是耗材里不算貴的?！彼腴_(kāi)玩笑。論文發(fā)表前也曾被拒稿，多次補(bǔ)充數(shù)據(jù)修改后才刊發(fā)，“做科研，失敗是常態(tài)，心態(tài)一定要好”。
談及科研心得，敖明睿說(shuō)：“如果進(jìn)校第一天就說(shuō)要發(fā)Nature，那大概率發(fā)不了。會(huì)有無(wú)形壓力，容易眼高手低?！彼鼉A向于有一個(gè)方向，然后沿著方向探索，至于最后能走到哪兒，不強(qiáng)求。這種“走一步看一步”看似散淡，實(shí)則是一種心性上的自由：不被功利目標(biāo)綁架，才能沉下心攻克世界級(jí)難題。
五年磨一劍。當(dāng)成果落地，當(dāng)初的“無(wú)用之功”終成“大用”。Nature發(fā)表后，團(tuán)隊(duì)第二篇工作發(fā)表在國(guó)內(nèi)頂級(jí)期刊National Science Review上。
在他看來(lái)，“要把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上，既要能在頂級(jí)期刊上發(fā)表論文，也要讓成果從實(shí)驗(yàn)室‘走出來(lái)’。”
敖明睿積極投身產(chǎn)業(yè)實(shí)踐、參與創(chuàng)辦二維半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)公司，積極參與“紹芯實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)，努力讓技術(shù)走向生產(chǎn)車(chē)間。目前，團(tuán)隊(duì)工藝中約70%工序可直接沿用現(xiàn)有硅基產(chǎn)線(xiàn)，為產(chǎn)業(yè)化鋪路。
微觀(guān)世界之外：打網(wǎng)球、刷視頻、造芯片
科研之外，敖明睿生活鮮活。他從初二開(kāi)始，堅(jiān)持打網(wǎng)球至今，“一場(chǎng)勢(shì)均力敵的比賽可能打一個(gè)半小時(shí)，需要耐力和堅(jiān)持，和科研很像?！?/span>
他也是彈幕視頻網(wǎng)站的重度用戶(hù)：政治、歷史、軍事、人文、動(dòng)漫都看。“等爐子抽真空那半小時(shí)，正好可以刷個(gè)知識(shí)區(qū)的長(zhǎng)視頻”。 他自稱(chēng)“P人”，沒(méi)什么計(jì)劃，興致到了就去做。但正式工作認(rèn)真對(duì)待。
這種心性上的開(kāi)放，讓他既能全情投入科研，也能在微觀(guān)世界之外，保持對(duì)廣闊人文世界的興趣。從華中科大材料到復(fù)旦集成電路，敖明睿的學(xué)術(shù)軌跡始終圍繞“強(qiáng)芯報(bào)國(guó)”。他自稱(chēng)“走一步看一步”的P人，卻在全球半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)最前沿，用三年打下關(guān)鍵一役。
“當(dāng)然，復(fù)旦學(xué)術(shù)氛圍也給了我更大的空間探索自己喜歡的事情，不論是在科研還是日常生活之中?！边@位心態(tài)平和、愛(ài)好廣泛的科研新星笑著說(shuō)。
卸下功利的重負(fù)，敖明睿在微觀(guān)的原子世界里保持最純粹的好奇與專(zhuān)注。他看似“無(wú)用”的平和心態(tài)，最終卻成就了服務(wù)國(guó)家的“有用”之事。這，或許就是獨(dú)屬于復(fù)旦科研者的“大用”。
