《薄荷热恋》沐知春

23、芯片设计大赛 ###

　　#### 第二十四章：芯片设计大赛
　　全国光子芯片设计大赛，被誉为中国光电领域的“奥斯卡”。
　　这里的参赛者不再是拿着面包板的学生，而是来自各大高校和研究所的专业团队。他们比拼的不再是创意的奇诡，而是设计的严谨、工艺的极限以及对物理规律的极致掌控。
　　江知夏和陈默带着“量子芯-01”站在上海浦东的一家五星级酒店宴会厅里，感觉自己像是闯入了巨人的国度。
　　周围的大屏幕上，展示着各种复杂的架构图：硅光收发模块、光计算加速器、激光雷达芯片……每一个项目背后，都有着数百万的经费支持和数十人的团队。
　　“知夏，我觉得我们是来陪跑的。”陈默看着旁边展台上一台巨大的探针台，那是用来测试晶圆级芯片的工业级设备，“人家连测试设备都搬来了，我们还在用实验室的二手货。”
　　江知夏没有说话，他的目光锁定在正中央的一个展位上。
　　那里站着几个穿着统一队服的人，胸前的名牌写着：华中科技大学——“光谷之星”团队。
　　“那是夺冠大热门。”江知夏低声说，“他们做的是基于硅光的量子纠缠光源芯片。技术路线比我们成熟，团队里有三个博士，两个教授。”
　　“那我们怎么办？”陈默有些泄气，“我们的铌酸锂方案虽然新，但在稳定性上肯定不如他们的硅光方案。”
　　“新，就是我们的武器。”江知夏转过身，开始整理自己的展台。
　　他把那个封装好的“量子芯-01”放在正中间，旁边只放了一台笔记本电脑和一台便携式示波器。
　　极简，却透着一种莫名的自信。
　　初赛的路演环节开始了。
　　每个团队只有5分钟的时间，向评委展示自己的设计。
　　轮到江知夏时，他走上台，没有打开花哨的PPT，而是直接拿出了那颗芯片。
　　“各位评委，这是一颗基于薄膜铌酸锂的量子随机数发生器芯片。”江知夏开门见山，“它的尺寸只有3mm x 3mm，功耗低于100mW，随机数生成速率达到100Mbps。”
　　台下的评委们交头接耳。
　　“铌酸锂？本科生做铌酸锂？”一位头发花白的老院士推了推眼镜，“工艺难度很大啊，你们怎么解决刻蚀损伤的？”
　　“我们采用了绝热拉锥波导结构，规避了侧壁粗糙带来的损耗。”江知夏回答道，“虽然牺牲了一点面积，但保证了良率。”
　　“良率？”另一位来自企业的评委抓住了关键词，“你们测过多少颗？”
　　“这是第一颗。”江知夏诚实回答，“但我们的仿真数据显示，在标准工艺偏差下，良率可以保持在85%以上。”
　　“85%？”评委们面面相觑，“这可是MPW流片，你们怎么敢保证这么高的良率？”
　　“因为我们用了物理感知的设计方法。”江知夏自信地笑了，“我们在设计阶段就引入了工艺角仿真，把制造的不确定性考虑了进去。我们不是在画图，我们是在模拟制造。”
　　这句话，击中了评委们的痛点。
　　很多学生团队只懂设计，不懂工艺，做出来的芯片根本造不出来。而江知夏，用一种近乎工程师的思维，解决了这个问题。
　　路演结束后，是现场测试环节。
　　这是最残酷的环节。所有入围的芯片，都要在同一套测试平台上进行“盲测”。
　　江知夏把“量子芯-01”小心翼翼地安装在测试夹具上。光纤对准是一个精细活，稍微一点抖动，光就耦合不进去。
　　“别紧张。”陈默在旁边给他擦汗，“你的手别抖。”
　　“我不紧张。”江知夏深吸一口气，眼神变得专注，“我在想光路。”
　　他转动微调架，眼睛盯着功率计的读数。
　　-30dBm……-20dBm……-10dBm……
　　“耦合进去了！”陈默喊道，“光进去了！”
　　江知夏迅速连接电路，打开软件。
　　屏幕上，数据流开始飞速滚动。
　　评委们围了上来，看着实时生成的随机数。
　　“速率确实有100Mbps。”企业评委点了点头，“但是，随机性怎么样？”
　　“请看NIST测试结果。”江知夏点击鼠标。
　　屏幕上弹出了15项测试的图表。
　　全部绿色——PASS。
　　“不错。”院士评委露出了赞许的神色，“熵值很高，没有明显的偏置。”
　　就在这时，那个“光谷之星”团队的队长走了过来。他叫李昂，是华科大的博士生，也是这次比赛夺冠的最大热门。
　　“江同学，恭喜你。”李昂看着屏幕上的数据，语气平静，“你的芯片做得很好，尤其是那个绝热结构，很巧妙。”
　　“谢谢李学长。”江知夏礼貌地回应，“你们的纠缠光源也很厉害，我看过你们的论文，集成度很高。”
　　“但是，”李昂话锋一转，“你的芯片虽然随机性好，但体积还是太大了。3mm x 3mm，对于商用芯片来说，还是太奢侈了。我们的芯片只有1mm x 1mm，而且集成了驱动电路。”
　　这是一个致命的打击。
　　体积大，意味着成本高，意味着难以集成。这是铌酸锂材料的天然劣势。
　　“而且，”李昂继续说道，“你的芯片需要外接激光器。而我们的芯片，是直接激发的。从系统集成的角度看，我们比你领先了一代。”
　　周围的人群开始窃窃私语。
　　确实，江知夏的芯片虽然性能不错，但在集成度上，确实输给了“光谷之星”。
　　江知夏沉默了。
　　他知道李昂说的是事实。他在追求性能的时候，忽略了系统级的优化。
　　“完了。”陈默在旁边小声说，“我们要输了。”
　　江知夏看着那颗芯片，脑海中闪过无数个念头。
　　外接激光器……体积大……
　　突然，他想起了李教授说过的一句话：“光子芯片的终极形态，是光电融合。”
　　“李学长，”江知夏突然抬起头，目光灼灼，“你说得对。我的芯片确实大了。但是，如果我不需要外接激光器呢？”
　　“不需要外接激光器？”李昂愣了一下，“你是说……片上集成激光器？”
　　“对。”江知夏指着芯片的一个角落，“我这里预留了一个键合区。我可以把III-V族材料的激光器直接倒装焊在这里。这样，整个系统就只有这一颗芯片，不需要任何外部元件。”
　　“倒装焊？”评委们惊讶了，“这可是高级封装工艺，你们本科生能做？”
　　“我们做不了，但我们可以设计。”江知夏迅速打开电脑，调出了一个新的设计图，“这是我设计的‘量子芯-02’。我利用了铌酸锂的电光效应，设计了一个异质集成的方案。激光器发出的光，通过边缘耦合进入波导，然后被调制、探测。”
　　屏幕上，一个新的架构展现在众人面前。
　　那是一个真正的系统级芯片（SoC）。
　　“虽然这次我只带来了01版本。”江知夏看着李昂，眼神坚定，“但02版本的设计已经完成。如果给我机会进入中试线，我有信心把体积缩小到1mm x 1mm，并且实现单芯片集成。”
　　全场寂静。
　　李昂看着那个设计图，眼中闪过一丝惊讶，随即变成了欣赏。
　　“后生可畏。”李昂笑了，“看来，明年的中试线，我们要成为对手了。”
　　“求之不得。”江知夏也笑了。
　　最终，评审结果出来了。
　　“光谷之星”团队凭借成熟的技术和极高的集成度，毫无悬念地获得了特等奖。
　　而江知夏的“量子芯”，获得了“最佳创新奖”和二等奖。
　　虽然没有拿到冠军，但江知夏并没有失落。
　　因为他在评委席上，看到了一个熟悉的身影——华为光子技术部的首席科学家。
　　那位科学家在颁奖结束后，特意找到了江知夏。
　　“江同学，你的那个异质集成方案，很有意思。”科学家递给他一张名片，“有没有兴趣来华为实习？我们正在做类似的项目，也许你可以帮上忙。”
　　江知夏接过名片，深吸了一口气。
　　他知道，这不仅仅是一张名片，这是一张通往工业界的入场券。
　　“谢谢您的邀请。”江知夏礼貌地回答，“但我现在还是学生。我想先把这颗芯片做出来。等我做出来了，我带着芯片去找您。”
　　科学家愣了一下，随即大笑：“好！有志气！我等你！”
　　走出会场，阳光正好。
　　江知夏手里握着那张名片，看着远处的东方明珠塔。
　　“知夏，我们没拿冠军。”陈默有些遗憾。
　　“没关系。”江知夏笑了，“我们拿到了未来。”
　　他拿出手机，给江折夏发了一条微信：【哥，我输了比赛，但赢了未来。】
　　江折夏回复：【我知道。因为你的对手不是他们，而是你自己。】
　　江知夏收起手机，大步向前走去。
　　“走吧，陈默。回学校。我们要造‘量子芯-02’了。”
　　风起云涌，未来已来。
　　而江知夏，已经准备好了。
　　（本章完）