芯片是計算機和互聯(lián)網(wǎng)信息世界的硬件“中樞神經(jīng)”，是我國亟需解決的“卡脖子”技術(shù)。多年來浙江大學(xué)深耕芯片研發(fā)領(lǐng)域，憑借學(xué)科門類齊全、創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢，助力芯片研究作出了浙大貢獻，形成了一批重要成果，培養(yǎng)了一群科研團隊，推進了產(chǎn)學(xué)研落地轉(zhuǎn)化。
●加強基礎(chǔ)研究提供應(yīng)用原動力
以集成電路為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)已然是當(dāng)今世界的第一大產(chǎn)業(yè)，這也為集成電路材料產(chǎn)業(yè)帶來空前的巨大市場。從2018年，半導(dǎo)體產(chǎn)品全球銷售突破4770億美元大關(guān)，而硅片是集成電路的基礎(chǔ)材料，從根本上支撐著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前95%以上的集成電路和分立器件都是用高純優(yōu)質(zhì)的硅拋光片和外延片制作的。300mm硅片已成為目前國際硅片市場上的主流產(chǎn)品。2018年，全球300mm硅片的出貨面積已占全球半導(dǎo)體硅片出貨面積的約70%，預(yù)計到2020年，300mm硅片的出貨面積將占全球半導(dǎo)體硅片出貨面積的80%。
多年來，國內(nèi)硅片生產(chǎn)企業(yè)以供應(yīng)小尺寸（6英寸及以下）硅片為主。2010年后，在國家科技重大專項（02）的支持下，浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室的楊德仁團隊與浙江金瑞泓公司進行產(chǎn)學(xué)研合作，在200mm硅片的產(chǎn)業(yè)化上取得了突破，形成了具有自身特色的摻氮和摻鍺硅片產(chǎn)品系列。楊德仁團隊系統(tǒng)研究了摻氮直拉硅中的氮關(guān)缺陷的行為，闡述了摻氮對空洞型缺陷、氧沉淀及金屬內(nèi)吸雜能力的影響規(guī)律及機制，通過單步退火工藝實現(xiàn)了摻氮直拉硅的高質(zhì)量無缺陷潔凈區(qū)形成和高內(nèi)吸雜能力，提高了MOS柵極氧化層的完成性和芯片的成品率。通過摻鍺調(diào)制了重摻硅片襯底中的晶格失配，實現(xiàn)了無位錯外延片的制備，提高了集成電路的性能。并且，通過設(shè)計新型熱場結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)出電阻率小于1.5mW.cm的200mm重摻磷硅單晶，這對于降低功率半導(dǎo)體芯片的功耗有很大意義。
目前金瑞泓公司已經(jīng)形成月產(chǎn)10萬拋光硅片和15萬外延片的生產(chǎn)能力，不僅開拓了高端功率器件用200mm硅片的國內(nèi)外市場，而且還進入0.13～0.18mm集成電路用的200mm硅片的國內(nèi)市場，在一定程度上扭轉(zhuǎn)了200mm硅片完全依賴進口的局面。而且，浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室與浙江金瑞泓在300mm普通、摻氮和摻鍺直拉硅單晶的生長和缺陷工程上也已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)積累，為后續(xù)進入300mm硅片的研發(fā)和生產(chǎn)打下了較好的基礎(chǔ)。2018年，金瑞泓科技（衢州）有限公司投建，項目投產(chǎn)后有望月產(chǎn)10萬片300mm硅片。
●類腦芯片“達爾文2”發(fā)布
脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦芯片“達爾文2”以及針對該芯片的工具鏈、微操作系統(tǒng)日前發(fā)布。該芯片主要面向智慧物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，單芯片支持的神經(jīng)元規(guī)模達15萬個，在神經(jīng)元數(shù)目上相當(dāng)于果蠅的神經(jīng)元數(shù)目，是目前已知單芯片神經(jīng)元規(guī)模居全國前列的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類腦芯片。
類腦芯片“達爾文2”由浙江大學(xué)牽頭研發(fā)完成，杭州電子科技大學(xué)與華為中央研究院分別參與了芯片研制與算法和應(yīng)用場景研究工作?！斑_爾文2”采用55納米工藝，單芯片由576個內(nèi)核組成，每個內(nèi)核支持256個神經(jīng)元，神經(jīng)突觸超過1000萬，通過系統(tǒng)級擴展可構(gòu)建千萬級神經(jīng)元類腦計算系統(tǒng)。
“類腦芯片是用芯片去模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能機制，工作原理類似于生物的神經(jīng)元行為，在圖像物體識別、視頻音頻理解、自然語言處理等應(yīng)用上有獨到優(yōu)勢?！毖芯繄F隊骨干、浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院馬德副教授說。
芯片團隊成員浙江大學(xué)微電子學(xué)院朱曉雷博士介紹說，與傳統(tǒng)芯片相比，類腦芯片對于模糊數(shù)據(jù)的處理更加擅長，功耗也更低。
“達爾文2”是繼該研究團隊于2015年發(fā)布的首款脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片“達爾文1”之后，經(jīng)過4年科研攻關(guān)完成。“達爾文2”的神經(jīng)元規(guī)模方面比“達爾文1”（集成2048個神經(jīng)元）提高了兩個數(shù)量級，同時增強了芯片配置的靈活性和可擴展功能，大幅提升了應(yīng)用潛力。
“達爾文2”單芯片目前已經(jīng)完成手勢識別、圖像識別、語音識別、腦電識別等多個應(yīng)用開發(fā)，功耗比傳統(tǒng)計算芯片低2個數(shù)量級以上。
●微電子學(xué)院探索前沿、培育人才
浙江大學(xué)微電子學(xué)院于2015年5月成立，微電子學(xué)院依托電子科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科中的微電子學(xué)與固體電子學(xué)、電路與系統(tǒng)2個二級學(xué)科，建有嵌入式系統(tǒng)教育部工程研究中心、浙江省微納電子器件智能系統(tǒng)及應(yīng)用研究重點實驗室與浙江大學(xué)微納加工中心等科研平臺，成為第一批“國家示范性微電子學(xué)院”建設(shè)單位，立足于浙江大學(xué)自身學(xué)科優(yōu)勢和特點，重點培養(yǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)急需、創(chuàng)新能力強的工程型人才。
“90年代讀博士的時候，我們腦子里面有很多想法，但沒有實驗條件去實踐，現(xiàn)在的科研環(huán)境正在變得越來越好?！闭愦笮畔⑴c電子工程學(xué)院院長、黨委副書記楊建義說，“現(xiàn)在同學(xué)們的條件越來越好了，科創(chuàng)中心、微納加工平臺等等都為學(xué)生們提供了良好的科研環(huán)境。我認為，技術(shù)問題在這一輪革命中最終都可以被解決，我們需要去面對未來，思考和探索更深層次科學(xué)發(fā)現(xiàn)，以推動技術(shù)的進一步發(fā)展?！?/span>
（內(nèi)容整理：吳雅蘭 柯溢能 楊金 朱涵/圖片由受訪者提供。）
