研電賽創(chuàng)始人周祖成教授：為集成電路而奔走的“*個十年”

周祖成|Zhou Zucheng|

2022-03-17 10:00:41 3

研電賽創(chuàng)始人周祖成教授自1964年留教清華大學，于1996年創(chuàng)辦了研電賽，周教授對與研電賽相關的30余年工作進行了回憶，我們將根據回憶內容，以回憶錄的形式陸續(xù)編輯發(fā)出。該篇文章為周祖成教授作《憶及25年前清華大學微波與數字通信*重點實驗室》系列內容，是此系列的第二篇文章，文中詳細回憶了周祖成教授與 “通信ASIC聯(lián) 合實驗室 ”和 “ 微波數字通信*重點實驗室的 CAD 中心 ”的故事，后續(xù)還會有更多周祖成教授與EDA的故事，以及周老師對歷屆研電賽的回憶。讓我們一起來看看周祖成教授眼中的集成電路行業(yè)發(fā)展，一同了解研電賽的“前世今生”。

人物介紹-周祖成教授 曾任清華大學教授、博導微波與數字通信*重點實驗室EDA室主任深圳清華大學研究院EDA實驗室常務主任深圳市軟件協(xié)會集成電路專業(yè)委員會會長中國通信協(xié)會通信專用集成電路專業(yè)委員會主任《中國集成電路大全》叢書編委會成員 中國研究生電子設計競賽創(chuàng)始人

創(chuàng)新是設計師的原動力

到上世紀八十年代末，我們這批文革前大學畢業(yè)工作的教師都年近50了。這批人從解放以后的政治生態(tài)中能熬過來都不容易，有“雄心壯志”的不多，“聽話出活”的不少，敢闖出去辦公室的更是微乎其微。我們（清華）無線電（后來稱“電子工程”）系又有一些特殊情況，就是文革前和四機部（電子工業(yè)部）的十院協(xié)作很多*重要工程，留校的教師也相對多一些（主要是從1958～1965年留校的），我們雷達教研室當時這個時間留校差不多快20人。多數人在自己的業(yè)務領域里也是小有成就，退休前就這么再干個十來年也是干得下去的。但從上世紀80年代*把雷達型號項目向電子部研究院收縮以來，學校的科研是越來越難。這也是當初“雷達教研室”改稱“信號檢測與信息處理教研室”的現實！我的師長、師兄們（當時我是這批人中最小的一員）也看到了變化，但下決心改行，難呀！只有我覺得還有十多年的光景，憑著自己對技術發(fā)展的“敏感性”，下決心“跨界”進入電路與系統(tǒng)的“集成電路”設計了！

當然，“自頂向下”的集成電路的設計和“自底向下”的PCB板的設計不在一個層次。如果說PCB板的工程師在工藝，技師的層次，他們展示的是熟練的技能，欣賞他們的是高超的技藝。他們中的佼佼者是“大國工匠”。然而，集成電路的設計是在設計師和專業(yè)工程師的層次，他們展現的是把行業(yè)電路與系統(tǒng)新的技術規(guī)范（標準，協(xié)議和框架）、通過設計綜合和優(yōu)化以最佳的方式，將這些標準，協(xié)議和框架的知識產權，通過軟硬件協(xié)同設計固化到集成電路中去！創(chuàng)新是設計師的原動力，責無旁貸地引領信息社會的生活和工作方式是設計師現實的擔當，實現未來的夢是設計師終生的追求！

對我們這批文革前畢業(yè)的教師，學習是一個“惡補”的過程，要過外語“關”，過計算機“關”，從電子設計師跨界進入集成電路設計，還有一個半導體“工藝關”。即使是有了這些準備，但實現“自頂向下”的電子信息系統(tǒng)片上集成的平臺在哪里？盡管回京之后從學科建設上看，上世紀末清華大學電子工程系的“通信與電子信息系統(tǒng)”和“電子科學與技術”兩個一級學科已坐穩(wěn)*把交椅，但回京之后原無線電系的“半導體教研室”獨立成“清華大學微電子學院”，還是使清華大學電子工程系痛失了“電子信息系統(tǒng)片上集成的平臺”。但自“863計劃”起，意識到這個缺失的“老先生”們，抓緊這個機會分別在“信檢”和“通信”兩個教研室啟動了“電子信息系統(tǒng)片上集成的平臺”建設。

我參加了“信檢”的“VHSIC實驗室”（在前面介紹得不少了）建設，同時“通信”的馮老師也借電子部的支持抓緊建設“通信ASIC聯(lián)合實驗室”，下面將介紹“通信ASIC聯(lián)合實驗室”的建設。

“通信ASIC聯(lián)合實驗室”的建設

真誠可信的的“投名狀”

1985年，在電子部科技委員會青島會議時，電子部通信導航司郭文昭司長談到了進入80年代后，大規(guī)模集成電路的發(fā)展與前景，他指出引進生產線的同時引進核心技術的做法已經越來越難，因為不肯轉讓知識產權。隨著整個電子信息系統(tǒng)的片上集成，國內曾希望“反設計”集成電路亦不可能。因此急需培養(yǎng)能獨立設計專用集成電路的電子信息系統(tǒng)的設計師和工程師，這是一條振興民族電子工業(yè)的出路。當時電子部孫俊人副部長支持了通信導航司郭司長的意見，就在當年集中起11個電子部所屬工廠和研究所在清華大學以集資形式（集資170萬元）建立起“清華大學專用集成電路聯(lián)合實驗室”，目標是引進美國計算機輔助設計的工作站環(huán)境和EDA軟件，培養(yǎng)專用集成電路（ASIC）設計的人才。當時在清華“通信ASIC聯(lián)合實驗室”引進的這套系統(tǒng)是美國商業(yè)部歷史上*次批準出口中國的專用集成電路（ASIC）設計平臺。

“通信ASIC聯(lián)合實驗室”承接“八五”攻關項目中的四塊用于光纖通信的專用集成電路的設計。1987年設計出兩塊二、三次群復接器電路（THMTOO1和THMROO1，片上集成了8000個門）。該芯片擁有的自主知識產權（減少抖動的專利）技術，獲得*發(fā)明二等獎。*科委宋健主任批示：“看了非常高興，請向清華馮重熙同志轉致衷心感謝，希望盡快商品化，批量供應，還希望清華的同志們再接再厲，向四次群和更高速前進！宋健“9.13”。

??《中國科學報》上“兩頭在內、中間在外”的意見。即專用電路和系統(tǒng)的設計和應用在國內，受限于大規(guī)模集成電路的加工條件，在當時只能到國外加工。這樣既促使企業(yè)開發(fā)出有自主知識產權的產品，又利用上門主際最先進的半導體工藝，制造出具有國際競爭力的電子與信息系統(tǒng)的芯片，占領國內、外市場。校黨委書記李傳信同志將“促進在電子工業(yè)的系統(tǒng)設計人員中推動專用集成電路設計技術”的意見，轉送到當時電子部曾培炎副部長。針對“通信ASIC聯(lián)合實驗室”的示范作用，曾副部長用“部長基金”，通過通信導航司給電子部系統(tǒng)的通信研究所和學校中裝備了一批專用集成電路設計工作站。

為推動通信ASIC發(fā)展，在90年代初又以兩塊專用集成電路作為投資，會同電子部通信工程公司和香港招商局等單位，集資100萬元建立起“華環(huán)電子有限公司”，并以二、三次群復接單板產品，插在微波機內組成微電一體化設備打入市場，不用另立機柜來實現同一功能。

90年代后光纖通信已趨成熟并迅速占領了市場，電子系王一超、林孝康、阮方、葛寧等在國內首先提出研發(fā)面向網絡型的準同步數字系列（N-PDH）的數字復接芯片HMX3101，葛寧博士*實現了復接設備在芯片上的系統(tǒng)集成（system on chip），繼而開發(fā)出系列化產品。同時，林孝康等開發(fā)出四次群復接器電路M4320，用CMOS工藝輸出口達到150Mb/s能力。清華大學多名教授、研究生和本科生，以各種形式參加了華環(huán)公司工作，“產教融合”促成一大批*人才的培養(yǎng)。

“通信教研室”的年輕人多，不同于雷達老師多。鄭君里老師說你到通信對他們影響不大。但調進一個快50歲的中年教師，要別人不議論，總得有點見面禮，或者稱“投名狀”吧！

到通信教研室，馮老師把開發(fā)“ADPCM”的項目交給了我。在上世紀九十年代初，光纖還只是小規(guī)模的在少數幾個點上做試驗，以同軸電纜為基礎的傳輸系統(tǒng)，成為長途電話的通話瓶頸。長途電話的擴容迫在眉急，于是郵電工業(yè)總公司和我們簽了“長話倍贈擴容ADPCM設備”的研制合同。馮老師讓我負責，一是給我一個熟悉通信協(xié)議和通信設備工作方式的機會，同時也是我調到通信，證明自己能力的一個機會（俗話說就是個投名狀）。讓我?guī)б幻T士（宣文威），一名本科畢業(yè)設計學生（陳風光）做這個項目。

確實通信和雷達都是電子系統(tǒng)，但是設計思路和專業(yè)習慣差別還是比較大的。除了通信處理的確定信號有別于雷達處理的隨機信號之外，最重要的是要背很多實現互聯(lián)互通的通信協(xié)議，這是從事通信專業(yè)每個通信教師的基本要求，也可以說是專業(yè)習慣吧，但我一定要補這一課！要熟悉PCM、ADPCM、G7XX……等一系列協(xié)議。好在我這個人記性好，讀了個把月協(xié)議和關鍵芯片的data sheet，就開始板級系統(tǒng)設計了。最重要的一步是從RTL級傳統(tǒng)的通信電路和時序電路開始設計，還是把PCM的數據序列和ADPCM的數據序列看成是在開關函數管理下的兩個數據集之間的相互映射。如果是后者，就比較容易用計算機技術中的微時序管理，用一個時間－事件隊列的方式處理了。

我跟馮老師匯報了我們的設計方案。馮老師聽了后評價說：“好像你是殺雞要用牛刀呀”，我說“馮老師您就同意我們小“牛“吧。為此，我和學生花了半個月的時間排好兩個PCM數據序列向一個ADPCM數據序列映射/反映射的微程序圖，交給她去編程和在一個FPGA的開發(fā)系統(tǒng)上實現。同時我也開始在Mentor的EDA系統(tǒng)上做PCB板的設計。

任務很緊，每個周末都加班，馮老師也陪著我們加班。一次周末，我去系里加班去了，老黃師傅給我開的門（由于經常晚上十點系館關門后我都會干到十一點半回家，和老黃師傅熟了)。每次周末老黃師傅都讓我進系里后又重新鎖上系館的門，馮老師進不了系館，想陪我加班，就打電話到機房來了，我接電話后，就下樓找老師傅給馮老師開門。馮老師到機房陪著我加班，我才跟他說，系里規(guī)定周末閉館，學生和老師都反映“報國無門”，是不是請馮老師在系務會上重新考慮一下。后來周末系館開門了，也許是馮老師反映的結果。

3個月后就進入板級系統(tǒng)調試，再一擔心和“386計算機”主板大小的板子上，做了兩對端的ADPCB裝置，即發(fā)端兩個PCM入，一個ADPCM出；收端一個ADPCM入，兩個PCM出；加上一個外同步時鐘信號，共七個端口，做在一個標準的機架的插件單元上，十分緊湊。調試也非常順利，當我用ADPCM設備給通教研室室CAE室的王一超老師打電話時，他問我有什么事？我問他聽出電話聲音有什么區(qū)別嗎？他說沒有聽出。接著又撥通了通教研室室主任姚彥的電話，姚老師主動地問我：“是用ADPCM設備打的電話吧？”，我才回答：“姚老師真厲害，聽出了和PCM 0.2級差別的ADPCM話音了，真不愧是“老通訊”啦！”。

華環(huán)小批量的生產，在制定工藝規(guī)程和配合的工裝后。馮老師因材教教的葛寧派來研究生生宣文威的工作。這樣，陳風（我?guī)М厴I(yè)設計的本科）、葛寧和我繼續(xù)做ADPCM的調試和到外場（山東電信局）的連機工作。以便為交付郵電工業(yè)總公司的ADPCM樣機提供鑒定用的“用戶報告”，我們到山東省電信局（在濟南與德之間問的光纖通信線路和濟南到青島的微波通信線路）上做了ADPCM設備的現場聯(lián)試。

我、小宣、小陳和華環(huán)的工程師，及銷售負責人張楠女士坐火車去濟南，在德州，小宣和華環(huán)的工程師下，去德州電信局機房。一小時后我們也到了濟南電信局機房。雙方都把事先準備好的一臺ADPCM設備的七個端口，與機房通信信道上的七個端子聯(lián)上，借用電信局的工務線通話聯(lián)系，不到2小時，線路上用ADPCM編、解碼的報、話全通了！

我讓去德州電信局的兩位直接去青島，周五晚上到青島電信局，周六上午做青島和濟南之間微波通信線路的ADPCM聯(lián)試。周六上午，當青島電信局的七個電纜頭，插入到ADPCM設備的七個端口，借助工務話我們雙方聯(lián)系好，就開始聯(lián)試了。不到半小時也報、話聯(lián)通！

周日，山東省電信局的張?zhí)庨L找（可能我歲數最大，又負責技）談希望我們的ADPCM留下來，他告訴我：“還以為你們會聯(lián)試幾個月呢？沒想到這么快。武漢郵科院也在我們省局聯(lián)ADPCM，都幾個月了，好像還要用筆記本機設置不少參數，你們的比較適合目前機房管理和技術人員使用，如果還配合臺筆記本機設置參數，一般的機房還用不了。所以，我們希望清華這四端設備留下來，用一段，一定給你們寫一個好的現場聯(lián)試的證明。”后來，確實為我們鑒定ADPCM設備，寫了一個評價很高的現場聯(lián)試證明。讓我們申報1993年電子部科技進步獎申報成功！

圖1：ADPCM*

后來，郵電工業(yè)部的小湯山干部學校，還請我去給他們的全國各地地區(qū)一級郵電局長去講過一次ADPCM設備的報告，當我說：“加裝ADPCM設備的效益，會不出3個月就可以從“長話”收益中返回投資”時，佛山郵局的局長說：“周老師，不用3個月，我們佛山郵局一個月就可以收回投資了”！由于華環(huán)銷售給郵電工業(yè)總公司的ADPCM擴容設備是現金交易。當年ADPCM設備，除獲得電子部科技進步獎，還獲得“清華大學最高效益獎”。而且直到2016年我去華環(huán)，公司的總工王一超還說：“周老師，您開發(fā)的ADPCM設備還在賣，ADPCM是華環(huán)公司目前售出設備*沒有返修的！”當然，聽到當年接受我開發(fā)ADPCM設備華環(huán)總工的評價，還是很高興的。它驗證了在通信系統(tǒng)設計中用微時序控制兩個不同域之間數據重排的設計方法是成功的。另外，也證明了我加入通信時的“投名狀”是真誠可信的。

微波與數字通信

*重點實驗室的CAD中心

建好“電子信息系統(tǒng)片上集成的設計平臺”

當時，也還面臨兩種選擇，一種是去華環(huán)公司，一種是留在電子系的通信教研室。我認為自己不是辦公司的料，我的興趣仍然在電子設計自動化領域。而當時通信教研組正好申請下來微波與數字通信*重點實驗室，其中有“微波與數字通信*重點實驗室的CAD中心”，“回系里把CAD中心抓好，給公司當個顧問吧！我把CAD中心的王一超博士調到華環(huán)公司”馮老師說。

我回系建設“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”得到清華大學電子工程系和“微波數字通信*重點實驗室”的大力支持！電子工程系常務副主任薛保新通知我：“從主樓九區(qū)3樓新劃撥120平米的面積和原來“通信ASIC聯(lián)合實驗室”（80平米）一起，重新裝修成200平米的“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”，請周老師提出個方案和預算，系務會審核后，實現機房改擴建”！系里負責教學工作的副系主任劉序明也通知我：““微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”盡快提出教學和學生課程設計上機的計劃，系里會安排教學經費和教輔人員”，由于系領導和國重點實驗室領導的共識和重視，1992年我一上任“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心主任”就忙起來了！

電子系和*重點實驗室的領導建CAD中心的力度如此之大，促使我下決心在退休之前集中精力干好這件事——建好“電子信息系統(tǒng)片上集成的設計平臺”。

平臺的水準應該是上世紀九十年代國際先進水平；平臺的設備應該成當國內示范的窗口；平臺任務應該是培養(yǎng)電子信息系統(tǒng)片上集成的高端設計人才。

目標明確以后就下決心干了，系里支持下，副系主任薛保新批準了“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”的機房改建的資金，又提供了周轉的用房，還時常到現場協(xié)調與學校相關部門的關系。重點實驗室主任龔克親自修改我國外訂貨的（英文）的訂單；副主任曹志剛老師交給了我實驗室原有EDA工具的合同清單，安排我去美國Cadence公司培訓；馮重熙老師撤走了原來“通信ASIC聯(lián)合實驗室”的設備，讓我放開手腳干！

圖2：學生在“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”上機

經過1992年下半年的實驗室改造，一個全新的200平米的出現在東主樓9區(qū)三樓的北邊了。環(huán)境有了但空空蕩蕩，要進設備（計算機工作站和服務器）和加裝EDA軟件呀！

利用原來建VHSIC實驗室和惠普公司建立的聯(lián)系，“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”開始承擔惠普公司部分客戶培訓的任務，惠普捐贈了“中心”幾臺HP工作站，還幫中心改變了的投影、音響和“電教”環(huán)境，從和惠普的合作開始，在主樓九區(qū)門口西墻上，談成一個合作忇議，掛了一個銅牌！接著聯(lián)系Mentor Graphics在京“明導”公司的劉巖經理，按國外的“大學計劃”采購了些急需的EDA軟件，同時又促成了Mentor向實驗室CAD中心的捐贈，在主樓九區(qū)門口的東墻上又加了一塊銅牌……；跟著來的是Verylogic公司捐贈了全套PC機上的EDA軟件，中心開始能提供給學生在PC機上用Verylogic EDA軟件上機，還是在東主樓九區(qū)門口東墻掛牌；說實在的，我也不知道機會怎么那么好，最幸運的是上世紀九十年代接待SUN公司的教育副總裁，她一次就贈送了供一個教學班用的30臺SUN160工作站和兩臺Sun260服務器。他們進中國當然是為了賺錢，但他們賺了錢以后，還能回饋給學校，幫我們充實了教學實驗室。記得一次清華大學副校長帶一個美國大學校長的團隊到我們實驗室參觀，他們驚訝地發(fā)現，我們當時實驗室擁有的設備和軟件，在他們（參觀校長所在美國）學校也沒有。直到1994年實驗室領導安排我去美國Cadence公司接受SPW（信號處理工作站）軟件的培訓，又有機會促成1995年Synopsys公司的捐贈“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”20套當時最先進的集成電路和系統(tǒng)的優(yōu)化軟件D，C（Design Compler），并和清華大學共建了“清華大學——Synopsys HLD（高層次設計）中心”，“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”在國內外的展示度已經夠高了！

這期間接待名人不斷，院士高文參觀“中心”表示了強烈的合作愿望；接待西安電子科技大學校長保錚院士來“中心”參觀后，希望與該校的*重點實驗室*合作和去介紹EDA；海爾的張（瑞敏）董事長參觀后指示“海爾北京集成電路設計中心”與清華合作；TCL的李（東生）董事長參觀實驗室后希望介紹我在深圳的清華大學的學生幫他建“TCL集成電路設計中心”（后來我介紹了8l級的焦劍）………。正在籌建華為“海思”的華為基礎部“集成電路中心”主任葉青來訪時，我給他提供了“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”的軟、硬件的全套清單；中科院、兄弟院校的參觀也應接不暇。學成回國的“海歸”們紛沓而至，魏少軍（清華微電子所所長）、高德遠（西北工業(yè)大學副校長，航空部*集成電路實驗室主任）………回國都曾表示到“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”工作。當時，在硅谷的系友楊林先是在1993年來實驗室參觀，表示愿意和“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”合作“雙向尋呼機”的移動通信研發(fā)項目，后來在1997年回國做地面（無線）數字電視標準時，又*了“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”，和我們簽了“地面（無線）數字電視中國標準”*個合同。確實，“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”的EDA環(huán)境吸引了國、內外人士的關注。 Altera公司大學計劃的負責人徐平波經理是在我不停的指責聲中進“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”的。因為我向深圳的Altera的部門訂的FPGA的芯片，快一個多月了也沒交貨，徐總答應我迅速解決，他希望我支持他的“大學計劃”，即用Altera的FPGA產品和開發(fā)工具，在100所大學建立100個Altera的FPGA實驗室，這當然是于高等教育功德無量的事！我讓他先在我們CAD中心做出示范，然后在“華北地區(qū)EDA/PLD技術研究會（我受聘為名譽“會長”）推廣。

和徐平波經理交往十多年，他兩次冠名贊助了清華大學承辦的“研電賽”（中國研究生EDA競賽是“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”發(fā)起的）；他及時提供了汪玉老師和微軟亞洲研究院合作做項目用到Altera的最新的FPGA的芯片；還向清華大學電子工程系的教學實驗室捐贈了50臺“口袋里的實驗室”（這是用Altera的FPGA和IP包做的教學實驗裝置，便攜，可以隨時隨地的聯(lián)網做數字邏輯和微處理編程的教學實驗）。和徐平波熟了，順便也給家鄉(xiāng)的長江大學弄了個“FPGA的聯(lián)合實驗室”。

說透了“微波數字通信*重點實驗室的CAD中心”就是一個平臺，一個集成電路設計和電子信息系統(tǒng)片上集成的工具平臺（以后稱“EDA工具平臺”）；一個集成電路設計高端人才培養(yǎng)的教學平臺（以后稱“人才平臺”）。

免責聲明：本文轉載自“周祖成教授”，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業(yè)觀點，只為轉載與分享，支持保護知識產權，轉載請注明原出處及作者，如有侵權請聯(lián)系我們刪除。

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