补齐集成电路短板 书写中国工业辉煌明天

    ——访中国科学院上海微系统与信息技术研究所教授田彤

　　在春风渐暖、阳光和煦的三月，期盼已久的两会如期而至。今年的政府工作报告提出，全面实施战略性新兴产业发展规划，加快新材料、人工智能、集成电路、生物制药、第五代移动通信等技术研发和转化，做大做强产业集群。
　　
　　国家对集成电路等高新技术的重视，让中国科学院上海微系统与信息技术研究所的田彤教授备受鼓舞，他激动地说：“在集成电路的发展上，虽然目前我们还存在一些技术短板，但是在国家的大力支持下，相信我们一定会尽快补齐短板、取得突破，促进民族工业的蓬勃发展。”
　　
　　作为一位以促进科研成果产业化为己任的科学家，田彤自2010年入选中科院“百人计划”回国以来，长期从事模拟/射频集成电路及系统设计的研发工作。他淡泊的性格和对科研的执着，以及超越常人的耐心和毅力，让他在超宽带接收机射频前端IC的理论、设计和实现、基于频域统计特性的片上噪声有源抵消技术的开发方面取得了突破性进展和创新性成果。
　　
　　心驰神往 结缘集成电路
　　
　　俗话说“兴趣是最好的老师”，田彤在初中和高中阶段对电子和集成电路方面就产生了浓厚的兴趣，参加了很多兴趣小组，再加上身边浓厚的科研氛围，田彤顺理成章地进入电子行业领域，一心找寻书中描写的令他心驰神往的“硅谷”。
　　
　　自1986年开始，田彤先后取得了华中理工大学固体电子学系半导体物理与器件专业本科学位，西安电子科技大学电路与系统专业硕士学位和西安交通大学微电子方向的博士学位。从本科到博士，田彤始终关注着国家的发展方向和学科的发展动态，他多方涉猎，在各个方面不断完善自己的知识架构，最终选定射频集成电路及系统设计这一研究方向，在科研的广阔天空放飞自己的梦想。
　　
　　博士毕业后，田彤想进一步丰富自己的科研经验，于是在1998年至2001年间，他远赴新加坡南洋理工大学就读博士后，并于2002年任职新加坡微电子研究院高级工程师、高级研究科学家、课题组长、研究院技术委员会委员等，并荣获了新加坡微电子研究院2003—2004年度优秀研究奖。2004年，田彤来到丹麦奥尔堡大学电子系统系担任副教授，并参加了欧盟关于物联网及可穿戴技术的第6框架计划MAGNET项目。
　　
　　2010年，是田彤科研生涯颇具转折意义的一年。这一年他入选中科院“百人计划”，怀揣对祖国的热爱和对微电子行业发展的无限憧憬，田彤来到中科院上海微系统及信息技术研究所任研究员、博士生导师，同时担任《IEEE Trans. on Circuit and System Ⅱ》期刊副编辑。他的主要研究方向是Si模拟及射频集成电路和系统、Si毫米波集成电路和系统、射频人体植入系统及人体辅助系统。
　　
　　工作中的田彤总是干劲十足，他享受并陶醉于自己热爱的行业。回国7年间，田彤承担了国家重大专项、上海市专项的研发项目，和相关企业进行了大量的合作。他发明专利授权2项，版图保护授权约12项，接受（filed）发明专利申请6项。在国际学术刊物及学术会议上发表论文64篇，其中30篇为第一作者；合著论著1部。并多次担任重要国际会议如APMC等的射频集成电路分会主席或作邀请报告。
　　
　　然而取得奖项和专利并不是田彤的主要目的，用他的话说就是：“我更看重的是科研工作的成果转化，能够造福于社会和人民，才是让我获得成就感的最高荣誉！”
　　
　　不畏挑战 突破研究瓶颈
　　
　　鉴于物联网巨大的市场潜力，并涉及国家的发展战略，欧美等发达国家从一开始就对节点电路市场和技术标准进行垄断。田彤一心要打破这种技术壁垒，2010年刚回国就主持了“用于物联网的极低功耗高能效无线节点芯片技术平台”项目，立志补齐我国在该领域的短板，并努力超越国外水平，走向技术前沿。
　　
　　然而科研的道路并非一直平坦，每每遇到挫折，田彤用耐心和信心突破了一个又一个研究瓶颈。
　　
　　目前田彤的科研工作，一方面以低功耗高能量效率物联网通用和专用无线节点共性核心技术研发为目标，研究可用于各种物联网应用的通用和专用芯片设计及实现技术，建立核心子系统、传感器/节点界面技术、支持系统和应用开发技术，为极低功耗高能量效率物联网无线节点研究设计和应用提供理论和技术支持。在此基础上，进一步努力把相关研究结果总结为绿牙技术体系，并获得了国家专利授权，设计了相关无线收发机芯片，实现了核心技术的芯片载体，获得了工业界的普遍认可和欢迎。
　　
　　另一方面的研究，则是田彤更为看中的硅基毫米波。田彤介绍说：“随着对低成本高性能系统的需求，基于硅基毫米波集成芯片的开发必将成为工业的发展趋势。” 他敏锐地察觉到硅基毫米波的研究价值，在2008—2009年间就开始着手前期研究工作。2010年回国后，田彤带领课题组继续开展研究，目前已取得突破性进展。在严谨的基础技术研究如硅衬底毫米波器件建模、低阻衬底效应抑制、片上噪声抑制等技术研究基础上，课题组采用基于65nm Si CMOS研究设计的，具备自主知识产权的35GHz单芯片毫米波雷达传感器芯片并流片成功。该芯片采用调频连续波（FMCW）体制，片上包括35GHz的FMCW信号源、收发链路、电源管理电路、SPI控制数据口、在线校准以及中频放大电路等全部毫米波信号处理模块，可极大地提升新一代毫米波雷达系统的集成度，全面提升毫米波系统的性能。与此同时，高集成度的新一代毫米波雷达系统非常显著地降低了系统成本及技术实用化的门槛。
　　
　　步履不止 打通转化通道
　　
　　在产业化的进程中，田彤有着自己的想法，他认为产业化是从一开始就需要考虑、纳入整个研发系统的关键步骤。
　　
　　在新加坡和丹麦的十余年科研经验，让他对国外科研成果的产业化发展有着深刻的理解。经过这些年的不懈努力，从目前已经发表的国际同领域研究结果综合比较来看，田彤针对硅基毫米波的研究处于国际第一梯队的领先地位。在工业界资金支持下，课题组研发的35GHz单芯片毫米波雷达传感器流片是国内首块功能完整并实现了量产的芯片。据悉，这类芯片以前完全依赖进口，价格非常昂贵，这一研究成果无疑改变了我国硅基毫米波芯片技术长期落后于发达国家先进水平的现状。田彤打了个形象的比方，他说，这相当于把专业的单反相机变成了傻瓜相机，不仅大幅降低了生产成本，还为国家节约了大量外汇。
　　
　　目前课题组正在相关企业的资金支持下，将研究工作向77GHz及94GHz单芯片雷达传感器以及5G通信系统前端芯片推进，以期早日实现产业化，填补国内该领域的空白。
　　
　　凝心聚力 团队砥砺前行
　　
　　田彤的科研生涯受到了导师罗晋生教授的指引，和中电科技南京电子器件研究所林金庭教授以及陈堂胜教授的帮助。田彤带着导师们的言传身教和殷切希望，赋予了团队新的力量和远大的目标。
　　
　　田彤所带的团队，大多是他的硕士和博士研究生，以及一部分工作人员。他以身作则，并对自己的团队成员提出了具体的要求，他认为科研工作者要以坐十年冷板凳的决心和毅力，脚踏实地地做基础研究。另外，对一个集成电路从业者来说，创新与应用两个方面都极为重要，既要重视基础理论的研究，也要考虑到成果转化的方方面面，有前瞻性的开展各项科研工作。
　　
　　在田彤的带领下，团队始终以提高我国技术水平为目的，在硅基毫米波领域保持着发展势头。田彤表示，未来还有更多的难题和机遇，他将与团队一起并肩作战，争取更大的产业化投资和国家项目支持，扩大研发队伍，改进测试条件，创设研发到量产基地，以加快并引领硅基毫米波集成电路技术的研究。同时，他们在理论研究阶段即与江苏微远芯微系统技术有限公司合作，与工业界建立共识和关联，以在研究早期从工业界获得资金和资源支持，并水到渠成实现产业化的经验，探索一条适合中国国情的技术产业化道路。田彤希望，在今后十年与江苏微远芯微系统技术有限公司继续开展合作，把国内的技术水平和产业化水平推向新的高度，促进我国工业的进一步发展。（记者 马爱平）