北京
“芯片”是什么？这两个字离我们这么近，小到电子设备，大到科技前沿，都有它的身影；但又感觉那么远，因为很难时时刻刻感觉到它的存在。那就让我们跟着芯片工程师，走进芯片的世界，看看它是怎么样的。
高科技赛道
芯片，是当前受到广泛关注的“有钱也买不到”的“卡脖子”关键高科技赛道，也是我本硕博学习和工作20多年一直聚焦的领域。
芯片在我们身边几乎无处不在，像家中的家电芯片通常超过300颗，一辆新能源汽车使用芯片超过1000颗。如果一层层拆开我们日常用的手机，你会看到里面密密麻麻的黑色小颗粒，那就是我们芯片工程师辛勤工作的成果。里面结构就像高楼一样复杂，堆积了数十层材料，内部互连线像城市管网一样可长达100公里，是名副其实的小芯片蕴藏着大世界。
目前，我国芯片行业面临重重挑战。在积累了几年芯片仿制替代的研发经验后，我深刻意识到作为跟随者的痛苦，系统性差、继承性弱、技术积累慢，于是，我逐步开始正向定义、系统整合，带领团队几乎从零开始寻找方向。
十年“芯”路历程
2013年前后，一次偶然的机会，我发现五六家用户在寻求类似的产品组合，虽然型号不完全相同，但是功能类似。我立即对用户进行调研，很快锁定了陀螺这一应用场景。实际上，手机游戏和导航都需要陀螺感知姿态，陀螺也是航空、航天等领域的关键仪表，我们的芯片在其中实现信号处理功能。
△ 陀螺感知姿态的应用场景示意图
通过文献调研、走访10多家客户和反复确认，我们开启了陀螺信号处理芯片集成方案“起承转合” 的挑战者之路。
一是“起”步，“套片成体系替代”解决“原位替代”难题。由于国产芯片型号少，无法完全原位替代，所以我们保持结构、接口和功能兼容，由此达到完全等效的系统精度，成功推进5款芯片在陀螺系统量产应用。
二是“承”接套片的方案，“国产多芯片封装集成”推进系统小型化。对小尺寸的陀螺产品来说，采用传统分立器件的方式无法满足系统小型化要求，因此我们去除每颗芯片封装，采用一次性封装保护，推出了3款集成产品。
与采用分立器件相比，占用面积约为原来的10%，一次性解决国产化和小型化难题。
如何应对系统对功耗、成本、体积的多重需求？这就必须更新基础技术才能实现“转”的跨越升级。我们推出国内首款光纤陀螺信号处理ASIC芯片，5颗通用芯片被整合为1颗，无限可编程转为有限可配置，不仅功耗降低40%，成本降低一半以上，而且它具有完全自主知识产权。
我们并不满足于此，通过进一步结合封装技术，衍生出4款产品，信号链串联集成、多通道并联扩展，捆绑应用提升客户价值。
最后一步是整“合”，在此前基础上，通过整“合”全集成封装/专用芯片提升核心竞争力。基于对光纤陀螺信号处理系统的深入理解，我们打造了当前国内体积最小、功能最全、通专结合的全链路一体化集成能力。
10年的“起承转合”“芯”路历程，虽然蜿蜒曲折，但最终被证明是有效的。我们不断精进技术和产品，推出自主创新、自成体系、通专结合、多路径和渐进式解决方案，推出10款产品，在重要领域得到持续应用,从根本上摆脱了芯片简单跟随仿制和替代的模式,有望以系统解决方案的形态拓展“小芯片”的“大世界”。
文/黄晓宗（中国电科芯片技术研究院）
来源/《科学故事会》2024年12月刊
排版：沈 丹
编辑：林雪琪
审定：李红林
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