始于 1996 年的中国研究生电子设计大赛,是中国集成电路教育领域每年最重要的活动之一。在最新的一届大赛上,我们仍然能看到一位年近八旬的老人的身影,这位怀揣着对中国集成电路人才培养热情的老人便是清华大学退休教授、中国研究生电子设计大赛的创办者——周祖成教授。

 

 

《芯路》系列对周教授进行采访时,恰逢疫情刚刚得到全面控制的时候,因此在谈及中国集成电路教育之前,周教授先分享了他因 2020 年这场疫情引起的对中国高校教育的反省和思考。在他看来,这场疫情中虽然我国防控得当,让疫情在短时间内得到了有效控制,但在疫苗的研制这一根本问题上,仍然面临着众多挑战,暴露了我们在医学、生物相关的基础学科和基础研究上的不少短板。这些短板看上去是一个社会学、历史学或是自然科学的问题,但根本上反映出的还是教育领域的问题,“我们在人才培养上问题比较大,尤其是尖端人才的培养。”周教授谈及这一话题时,颇有些痛心疾首。

  

高校教育的根本是
培养出能提出问题的尖端人才

 

“1000 万、100 万、10 万”,在谈及中国高校人才培养的问题时,周教授强调了这三个数字——“改革开放以来,我们培养了近 1000 万包括工程和工学硕士在内的工科研究生,以及近 100 万名博士,但实际上我们培养出的科学家不到 10 万人。”正如同采访开始提到的医学领域,工科人才问题的根源是一样的,那便是我们在尖端人才培养上做得远远不够。

 

同时,周教授也提到一个科学体系的建设问题:“什么是科学?就是发现一个问题,解决一个问题,再提出一个问题。国内的高等教育只注重学生分析问题和解决问题能力的训练,却忽略学生提出问题和创新能力的培养。”在周教授看来,最根本的解决之道在于“在保证国民经济需求的情况下,让一些学术实力较强的高校转型成科学研究型高校。”即不一味追求应用,而重新加强基础研究,回归科学的本源。


本土人才是
中国集成电路行业的基石

 

在周教授看来,科学引导创新,而创新的基石则是本土培养的人才。回到集成电路领域,过去几十年国内集成电路人才的培养虽然存在明显断层,但本土人才仍然为中国集成电路产业打下了坚实的基础。1956 年以后由黄昆、王守武、谢希德等开创的半导体学科曾为中国集成电路产业培养了最初的一批人才,然而 1966 年之后,中国集成电路人才培养遭遇了长达 10 年的断崖。

 

可以将 1977 年视为中国集成电路产业的一个拐点的开始,因为从这一年恢复高考开始,包括清华在内的多所学校开始重建半导体或微电子专业,重新开始为国内的半导体和集成电路产业输送人才。“仅以周教授所在的清华大学为例,包括 1977 届的陈大同、1979 届的武平和 1983 届的趙海军等,培养出一批集成电路产业的积极推动者,1985 年则达到一个高峰,包括赵伟国、虞仁荣、舒清明、赵立新、任志军、赵立东、冯晨晖、高峰、刘卫东、吕煌、郁群慧等一批如今已成为国内集成电路产业中流砥柱的新生都来自这一届。据不完全统计,在中国集成电路产业过去十几年的突飞猛进中,至少半数公司的核心高管与团队成员都毕业自清华大学。周教授称,“半导体是一门科学,而集成电路是信息产业的一项尖端技术。科学关注发现,技术重在实现!有了 77 年以后我们逐渐培养起来的第二代产业人才的出色接棒,加之 2000 年左右一批敏锐、有担当的领导干部的积极推动,如当年上海市经委主任江上舟,给回国在上海张江创业的‘展讯’、‘中芯国际’、‘中微’和‘格科微’的大力支持,才有了今天中国集成电路产业的一次全面加速,并让国内集成电路产业开始在全球产业中占有一席之地。”


两次合作顺应
集成电路设计产业两个时代的开启

 

工欲善其事,必先利其器,集成电路的设计创新以及人才培养也离不开 EDA 工具的支持,“现在不能把 EDA 简单看成是一个设计工具,而是一个重要的工业软件。”在过往接受的采访中,周教授多次强调。周教授也特别提到清华大学与新思科技(Synopsys)之间的紧密合作。包括缘起于 1995 年,新思科技向清华大学赠送 Design Compiler 工具并成立高层次电子设计中心,到 2019 年,双方第二次握手,基于新思科技 AI Compiler 开展人工智能合作项目,这两次合作都离不开周教授在其中的推动。

 


▲“清华大学——新思科技高层次电子设计中心”挂牌仪式

 

有意思的是,这两次合作的时间节点恰好顺应了国内集成电路设计业两个重要时代的开启。

 

1990 年以后,国内集成电路设计业打破以往多由科研院所和组织机构进行集成电路研发的局面,开始加速市场化,包括士兰微在内一批优秀的本土集成电路设计企业在 20 世纪 90 年代纷纷成立,随之而来的对相关设计人才的需求也迅速提升。周教授提到,1995 年引入新思科技先进的 EDA 优化工具以及成立的高层次设计中心“是非常关键的一步,让清华的学生有条件从集成电路的设计输入,提高到设计优化。”并在工具引进的第二年,清华开始将实验室的工具对外开放给更多的高校,促成了全国高校研究生的 EDA 竞赛,让更多国内高校和学生获益。

 

无疑 2000 年以后中国集成电路产业的迅速发展,是与先进 EDA 设计工具的引进+第二代本土人才的上位相关联的,而清华 - 新思的合作为此提供了助力。本土集成电路设计力量逐渐从电路与系统设计,转向电路协议和标准的开发,无论紫光展锐在手机信道标准上的研发,还是华为海思半导体 5G 标准的专利(数位居全球第三),周教授颇为自豪的说:“我们的集成电路设计业在集成电路产业中开始有话语权了”。


人工智能
开启设计方法学的创新

 

到 2015 年以后,“整个电子设计已经发展到了新的阶段,”周教授如是说。人工智能的兴起,不只影响了系统和电子产品的智能化设计,也给集成电路的设计带来变革,周教授称之为“设计方法学的创新。”

 

这种创新一方面是指 IP 的复用会越来越有价值,从高层次综合的角度,以及市场定义产品的角度,都是如此。在周教授看来,这一趋势同时还会带来一个很大的变化和好处,就是去中心化,可以避免垄断和资源集中。

 

另一方面则是人工智能的引入。凭借人工智能对数据的处理能力,可以让后端的设计资源包括 CPU 等被充分利用;同时在前端,人工智能也可以帮助改善和优化 EDA 工具,提高设计的效率和效果。周教授表示,“这里面有很大的发展余地,也是给中国带来的机会。”因为新的设计方法学的背后是以市场为主导,而“我们有如此丰厚的国内应用市场。”

 

到 2019 年清华引入 AI Compiler,以清华大学在集成电路相关人才培养方面的厚重积淀,相信也会在未来本土集成电路产业的智能化和 AI 化中起到重要的人才输送的作用。

 


▲“清华大学——新思科技人工智能联合教学实验室”成立仪式

 

正因如此,周教授才会用“共赢”来形容过去的 25 年——“清华大学与新思科技的合作就是这样,相互之间非常信任。借助新思科技的工具我们可以培养人才,而这些人才主要服务于国内集成电路产业,也会支持新思科技,是共赢的关系。”在 2019 年底,新思科技总裁兼联席 CEO 陈志宽博士受聘清华大学顾问教授,以表彰其二十余年来对清华大学电子工程人才培养,乃至中国集成电路设计人才建设作出的贡献,成为这一“共赢”的最佳注脚。

 

每每谈及中国集成电路的未来,周教授都不吝表达他作为一位中国集成电路人的坚定信心,在他看来,随着芯片工艺迈入 7nm 以后,未来的挑战来自于半导体工艺、器件和材料、设计规模以及市场成本。除了工具本身的研发要和工艺同步,还可以积极探索 EDA 工具与 AI 和云技术的融合,市场驱使芯片开发者注重将各种 AI 的 IP 转移到不同的可实现的 IC 架构,设计前端优化的方法学可能是 THEE-Synopsys 合作的优势。清华信息学院 THCS 在 AI 和 THME 半导体学科的综合优势会促成双方共同在新的拐点上的引领!只要中国集成电路产业坚持合作、共赢的发展模式,一个属于我们的全新时代“大有可期”。