集成智慧 连通未来——三院33所成功研制专用集成电路ASIC“芯”路历程
发布时间：2014-06-27
信息来源: BOB在线下载(中国)有限公司三院
不论是神舟十号与天宫一号对接，还是嫦娥三号精确变轨与落月，BOB在线下载(中国)有限公司三院33所研制的加速度计组合都曾发挥过关键作用，加速度计就是这样一种重要的惯性传感器。而作为加速度计的一种重要类型——谐振式加速度计，是用频率来表征其敏感的加速度的，因此如何实时精确测量快速变化的频率是其充分发挥作用的关键环节，以前这一功能由一块电路板实现，今后，这一功能将经由一块小指甲盖大小的芯片来完成，甚至直接植入到加速度计中去，实现传感器的智能化。
这一突破前不久在33所八室的一间小屋子里诞生了。这颗芯片是一种名为ASIC的芯片，即专用集成电路。掌握了ASIC芯片研制技术，其作用不仅体现在某一种单一芯片上，而将使该所在电路集成领域大展拳脚，紧随信息化最新趋势。
从买到做，跨界团队创造惊喜
33所开始研制ASIC芯片，既是形势所迫，也是恰逢其时。
在“十五”期间，也就是10多年前，33所在研制一种加速度计时，遇到了国外的技术封锁。因为被扣下了使用说明书，一个进口的关键芯片无法投入使用。
课题组无瑕埋怨，只能自力更生。很快，性能类似的电路被顺利研制出来。但在研制过程中，课题组发现，如果使用ASIC技术，研制出来的芯片将比当前的产品性能更优，在高动态系统中应用时，量化噪声更小，测量结果也就更精准。
但ASIC芯片真正开始研制却已经是将近10年以后的2012年末。这是因为ASIC芯片研制成本太高，而且当年还没有迫切需求。直到近些年，随着新技术的升级换代，ASIC芯片的技术优势才越来越被真正认知。
“今后尤其是在高精尖的产品上，ASIC芯片都是发展的趋势，所以所里下了很大决心要研制出ASIC 芯片。”33所八室主任，同时也是ASIC芯片研制组负责人赵振涌说。他所带领的团队还有四名成员，一年多以前他们被选出来全身心投入ASIC芯片的研制，还临时配备了一间专门的工作室。
整个五人团队中，只有年纪最小、工作时间最短的李晓庆是芯片研制科班出身，其余都是跨界，因此困难也接踵而至。
ASIC芯片研制技术门槛比较高，而且设计软件相当昂贵，所以该团队采取了与美国Synopsys公司进行技术咨询和租用软件的形式，Synopsys公司是国际上与该团队的设计方向一致的最先进的芯片设计公司。但Synopsys公司提供的设计软件与该团队所熟悉的操作系统有很大的不同，“先要熟悉环境，再去学习使用工具，然后边学边用。而且设计过程的每个阶段需要使用不同的工具，基本都要现学，贯穿了整个过程。”团队成员何杰说。
为了保证ASIC研制工作顺利进行，室里最新最好的机器都被拿出来首先满足ASIC研制团队的需求。但即使是最新最好的机器，在任务中有时也捉襟见肘。2013年国庆节前后，仅仅为了100毫秒的仿真，他们的机器昼夜不停地运行了10天，团队成员也分批一刻不停地在场实时监测。
最终用了几乎2013年一整年的时间，ASIC芯片终于成功诞生。赵振涌说，这样的速度已经非常快，考虑到并不成熟的团队和窘迫的客观条件，他甚至用“不可能”来形容这次任务。
从板到芯，升级不仅只是一芯
新鲜出炉的ASIC芯片此前已经投入使用，据赵振涌介绍，使用效果达到了预期，该芯片诞生以前，同样的功能由印制电路板承担，ASIC芯片与电路板相比，频率测量精度至少提高了一个数量级。
从“板”到“芯”的升级，跨越非常明显。首先是空间的节省。该团队拿出ASIC芯片向记者展示，其大小近似一片小指甲盖。这一颗ASIC芯片的功能发挥到最大时，相当于12块百毫米长宽的印制电路板联合运行，空间大大缩小，赵振涌形容是“从宏观到微观的变化”。其次是功耗的降低。还以同样功能的ASIC芯片和电路板作比，芯片的功耗仅为电路板的1/120。此外，还有精度的呈数量级提升。回望最初研制ASIC芯片所对标的那款进口芯片，33所独门打造的芯片精度也提高了至少一个数量级。
更重要的意义还不在于某一款芯片，而是该所综合电子集成能力的整体提升。一颗ASIC芯片完成的是以前一个系统的功能，这个系统可能包括很多块电路板。综合电子集成能力是信息化持续发展的趋势，然而电路板上的集成空间有限，真正的集成需要下一代先进的技术手段，例如ASIC，以及更高一级的SOC（片上系统），才能在集成化方向上开辟大道。
“信息安全的一个重要基础就是自主可控，使用外国的芯片，会带来风险，我们自己制造的芯片，就保证了安全性。尤其是在高精尖的产品上，更需要安全的保障。“赵振涌说出了更长远的意义所在。
从使用到设计，拓展更大发展空间
这次ASIC芯片的研制，不仅使该所完成了从板级到芯级的跨越，也使团队完成了从使用者到设计者的跨界。
这样的跨界自然带来了“水土不服”。对芯片设计行业较为了解的李晓庆说，同样的任务，在国外，一般需要七八位很成熟的专家才能做成。而这五位要么半路出家，要么初出茅庐，能在一年之内完成任务，非常罕见。
但是从用户转型到设计者，也有着天然的优势。“以前我们使用通用的芯片总有很多蹩脚的地方，这次我们自己设计，就将这些蹩脚的地方全部回避掉。”赵振涌说，如果委托给其他团队去做，从用户角度所作的考虑肯定不如他们自己。例如，测频结果输出既设计了按照外部指令输出，也设计了自动定时输出模式，这使得输出的控制更加人性化。
33所从决定开展ASIC芯片研制之初，就设定了培养一支ASIC队伍的目标。目前通过此次任务目标已经初步实现，现在团队已有六人了。最近，他们已经申报了另外两个ASIC芯片研制的创新课题 。“我们通过测频电路ASIC芯片的攻关掌握了这项技术，在ASIC芯片成为未来趋势的大背景下，这个团队不愁没活干，只怕忙不过来了。”赵振涌对团队的发展信心十足，一个又一个新的领域正等着他们去开拓。（文/倪伟 黄忠魁）
