對話周祖成教授：中國集成電路產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)時(shí)代

始于 1996 年的中國研究生電子設(shè)計(jì)大賽，是中國集成電路教育領(lǐng)域每年最重要的活動之一。在最新的一屆大賽上，我們?nèi)匀荒芸吹揭晃荒杲搜睦先说纳碛?，這位懷揣著對中國集成電路人才培養(yǎng)熱情的老人便是清華大學(xué)退休教授、中國研究生電子設(shè)計(jì)大賽的創(chuàng)辦者——周祖成教授。

《芯路》系列對周教授進(jìn)行采訪時(shí)，恰逢疫情剛剛得到全面控制的時(shí)候，因此在談及中國集成電路教育之前，周教授先分享了他因 2020 年這場疫情引起的對中國高校教育的反省和思考。在他看來，這場疫情中雖然我國防控得當(dāng)，讓疫情在短時(shí)間內(nèi)得到了有效控制，但在疫苗的研制這一根本問題上，仍然面臨著眾多挑戰(zhàn)，暴露了我們在醫(yī)學(xué)、生物相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和基礎(chǔ)研究上的不少短板。這些短板看上去是一個(gè)社會學(xué)、歷史學(xué)或是自然科學(xué)的問題，但根本上反映出的還是教育領(lǐng)域的問題，“我們在人才培養(yǎng)上問題比較大，尤其是尖端人才的培養(yǎng)?！敝芙淌谡劶斑@一話題時(shí)，頗有些痛心疾首。

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高校教育的根本是
培養(yǎng)出能提出問題的尖端人才

“1000 萬、100 萬、10 萬”，在談及中國高校人才培養(yǎng)的問題時(shí)，周教授強(qiáng)調(diào)了這三個(gè)數(shù)字——“改革開放以來，我們培養(yǎng)了近 1000 萬包括工程和工學(xué)碩士在內(nèi)的工科研究生，以及近 100 萬名博士，但實(shí)際上我們培養(yǎng)出的科學(xué)家不到 10 萬人?！闭缤稍L開始提到的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，工科人才問題的根源是一樣的，那便是我們在尖端人才培養(yǎng)上做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

同時(shí)，周教授也提到一個(gè)科學(xué)體系的建設(shè)問題：“什么是科學(xué)？就是發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，解決一個(gè)問題，再提出一個(gè)問題。國內(nèi)的高等教育只注重學(xué)生分析問題和解決問題能力的訓(xùn)練，卻忽略學(xué)生提出問題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！痹谥芙淌诳磥?，最根本的解決之道在于“在保證國民經(jīng)濟(jì)需求的情況下，讓一些學(xué)術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的高校轉(zhuǎn)型成科學(xué)研究型高校。”即不一味追求應(yīng)用，而重新加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，回歸科學(xué)的本源。

本土人才是
中國集成電路行業(yè)的基石

在周教授看來，科學(xué)引導(dǎo)創(chuàng)新，而創(chuàng)新的基石則是本土培養(yǎng)的人才?；氐郊呻娐奉I(lǐng)域，過去幾十年國內(nèi)集成電路人才的培養(yǎng)雖然存在明顯斷層，但本土人才仍然為中國集成電路產(chǎn)業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1956 年以后由黃昆、王守武、謝希德等開創(chuàng)的半導(dǎo)體學(xué)科曾為中國集成電路產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了最初的一批人才，然而 1966 年之后，中國集成電路人才培養(yǎng)遭遇了長達(dá) 10 年的斷崖。

可以將 1977 年視為中國集成電路產(chǎn)業(yè)的一個(gè)拐點(diǎn)的開始，因?yàn)閺倪@一年恢復(fù)高考開始，包括清華在內(nèi)的多所學(xué)校開始重建半導(dǎo)體或微電子專業(yè)，重新開始為國內(nèi)的半導(dǎo)體和集成電路產(chǎn)業(yè)輸送人才?！皟H以周教授所在的清華大學(xué)為例，包括 1977 屆的陳大同、1979 屆的武平和 1983 屆的趙海軍等，培養(yǎng)出一批集成電路產(chǎn)業(yè)的積極推動者，1985 年則達(dá)到一個(gè)高峰，包括趙偉國、虞仁榮、舒清明、趙立新、任志軍、趙立東、馮晨暉、高峰、劉衛(wèi)東、呂煌、郁群慧等一批如今已成為國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)中流砥柱的新生都來自這一屆。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在中國集成電路產(chǎn)業(yè)過去十幾年的突飛猛進(jìn)中，至少半數(shù)公司的核心高管與團(tuán)隊(duì)成員都畢業(yè)自清華大學(xué)。周教授稱，“半導(dǎo)體是一門科學(xué)，而集成電路是信息產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)尖端技術(shù)?？茖W(xué)關(guān)注發(fā)現(xiàn)，技術(shù)重在實(shí)現(xiàn)！有了 77 年以后我們逐漸培養(yǎng)起來的第二代產(chǎn)業(yè)人才的出色接棒，加之 2000 年左右一批敏銳、有擔(dān)當(dāng)?shù)念I(lǐng)導(dǎo)干部的積極推動，如當(dāng)年上海市經(jīng)委主任江上舟，給回國在上海張江創(chuàng)業(yè)的‘展訊’、‘中芯國際’、‘中微’和‘格科微’的大力支持，才有了今天中國集成電路產(chǎn)業(yè)的一次全面加速，并讓國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)開始在全球產(chǎn)業(yè)中占有一席之地。”

兩次合作順應(yīng)
集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)兩個(gè)時(shí)代的開啟

工欲善其事，必先利其器，集成電路的設(shè)計(jì)創(chuàng)新以及人才培養(yǎng)也離不開 EDA 工具的支持，“現(xiàn)在不能把 EDA 簡單看成是一個(gè)設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)重要的工業(yè)軟件。”在過往接受的采訪中，周教授多次強(qiáng)調(diào)。周教授也特別提到清華大學(xué)與新思科技（Synopsys）之間的緊密合作。包括緣起于 1995 年，新思科技向清華大學(xué)贈送 Design Compiler 工具并成立高層次電子設(shè)計(jì)中心，到 2019 年，雙方第二次握手，基于新思科技 AI Compiler 開展人工智能合作項(xiàng)目，這兩次合作都離不開周教授在其中的推動。

▲“清華大學(xué)——新思科技高層次電子設(shè)計(jì)中心”掛牌儀式

有意思的是，這兩次合作的時(shí)間節(jié)點(diǎn)恰好順應(yīng)了國內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)兩個(gè)重要時(shí)代的開啟。

1990 年以后，國內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)打破以往多由科研院所和組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行集成電路研發(fā)的局面，開始加速市場化，包括士蘭微在內(nèi)一批優(yōu)秀的本土集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)在 20 世紀(jì) 90 年代紛紛成立，隨之而來的對相關(guān)設(shè)計(jì)人才的需求也迅速提升。周教授提到，1995 年引入新思科技先進(jìn)的 EDA 優(yōu)化工具以及成立的高層次設(shè)計(jì)中心“是非常關(guān)鍵的一步，讓清華的學(xué)生有條件從集成電路的設(shè)計(jì)輸入，提高到設(shè)計(jì)優(yōu)化?！辈⒃诠ぞ咭M(jìn)的第二年，清華開始將實(shí)驗(yàn)室的工具對外開放給更多的高校，促成了全國高校研究生的 EDA 競賽，讓更多國內(nèi)高校和學(xué)生獲益。

無疑 2000 年以后中國集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，是與先進(jìn) EDA 設(shè)計(jì)工具的引進(jìn)+第二代本土人才的上位相關(guān)聯(lián)的，而清華 - 新思的合作為此提供了助力。本土集成電路設(shè)計(jì)力量逐漸從電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向電路協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)，無論紫光展銳在手機(jī)信道標(biāo)準(zhǔn)上的研發(fā)，還是華為海思半導(dǎo)體 5G 標(biāo)準(zhǔn)的專利（數(shù)位居全球第三），周教授頗為自豪的說：“我們的集成電路設(shè)計(jì)業(yè)在集成電路產(chǎn)業(yè)中開始有話語權(quán)了”。

人工智能
開啟設(shè)計(jì)方法學(xué)的創(chuàng)新

到 2015 年以后，“整個(gè)電子設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展到了新的階段，”周教授如是說。人工智能的興起，不只影響了系統(tǒng)和電子產(chǎn)品的智能化設(shè)計(jì)，也給集成電路的設(shè)計(jì)帶來變革，周教授稱之為“設(shè)計(jì)方法學(xué)的創(chuàng)新?！?/p>

這種創(chuàng)新一方面是指 IP 的復(fù)用會越來越有價(jià)值，從高層次綜合的角度，以及市場定義產(chǎn)品的角度，都是如此。在周教授看來，這一趨勢同時(shí)還會帶來一個(gè)很大的變化和好處，就是去中心化，可以避免壟斷和資源集中。

另一方面則是人工智能的引入。憑借人工智能對數(shù)據(jù)的處理能力，可以讓后端的設(shè)計(jì)資源包括 CPU 等被充分利用；同時(shí)在前端，人工智能也可以幫助改善和優(yōu)化 EDA 工具，提高設(shè)計(jì)的效率和效果。周教授表示，“這里面有很大的發(fā)展余地，也是給中國帶來的機(jī)會?！币?yàn)樾碌脑O(shè)計(jì)方法學(xué)的背后是以市場為主導(dǎo)，而“我們有如此豐厚的國內(nèi)應(yīng)用市場?！?/p>

到 2019 年清華引入 AI Compiler，以清華大學(xué)在集成電路相關(guān)人才培養(yǎng)方面的厚重積淀，相信也會在未來本土集成電路產(chǎn)業(yè)的智能化和 AI 化中起到重要的人才輸送的作用。

▲“清華大學(xué)——新思科技人工智能聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”成立儀式

正因如此，周教授才會用“共贏”來形容過去的 25 年——“清華大學(xué)與新思科技的合作就是這樣，相互之間非常信任。借助新思科技的工具我們可以培養(yǎng)人才，而這些人才主要服務(wù)于國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)，也會支持新思科技，是共贏的關(guān)系?！痹?2019 年底，新思科技總裁兼聯(lián)席 CEO 陳志寬博士受聘清華大學(xué)顧問教授，以表彰其二十余年來對清華大學(xué)電子工程人才培養(yǎng)，乃至中國集成電路設(shè)計(jì)人才建設(shè)作出的貢獻(xiàn)，成為這一“共贏”的最佳注腳。

每每談及中國集成電路的未來，周教授都不吝表達(dá)他作為一位中國集成電路人的堅(jiān)定信心，在他看來，隨著芯片工藝邁入 7nm 以后，未來的挑戰(zhàn)來自于半導(dǎo)體工藝、器件和材料、設(shè)計(jì)規(guī)模以及市場成本。除了工具本身的研發(fā)要和工藝同步，還可以積極探索 EDA 工具與 AI 和云技術(shù)的融合，市場驅(qū)使芯片開發(fā)者注重將各種 AI 的 IP 轉(zhuǎn)移到不同的可實(shí)現(xiàn)的 IC 架構(gòu)，設(shè)計(jì)前端優(yōu)化的方法學(xué)可能是 THEE-Synopsys 合作的優(yōu)勢。清華信息學(xué)院 THCS 在 AI 和 THME 半導(dǎo)體學(xué)科的綜合優(yōu)勢會促成雙方共同在新的拐點(diǎn)上的引領(lǐng)！只要中國集成電路產(chǎn)業(yè)堅(jiān)持合作、共贏的發(fā)展模式，一個(gè)屬于我們的全新時(shí)代“大有可期”。