2023年，一枚小拇指指甲蓋大小的芯片，與我國可重復(fù)使用試驗航天器、國產(chǎn)首艘大型郵輪“愛達·魔都號”等“大家伙”并駕齊驅(qū)，獲得了“央企十大國之重器”的稱號。小小芯片，看似小巧，卻大有乾坤，上億個晶體管不允許出現(xiàn)任何一個微小差錯。在中國移動研究院無線與終端技術(shù)研究所副所長李男的帶領(lǐng)下，企業(yè)聯(lián)合實驗室研發(fā)團隊歷時三年攻堅克難，終于實現(xiàn)國內(nèi)5G可重構(gòu)射頻收發(fā)芯片領(lǐng)域零的突破，原創(chuàng)性提出的可重構(gòu)射頻收發(fā)技術(shù)，可以使一枚芯片滿足不同運營商、不同工作頻段、不同設(shè)備類型的差異化需求，惠及整個產(chǎn)業(yè)鏈。
李男說，他和團隊甘愿擔(dān)當(dāng)“破風(fēng)手”，面對國內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的核心短板，不斷攻克技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化難題，為我國移動通信早日實現(xiàn)自主可控奉獻青春力量。開展自主可控芯片的研發(fā)是國家給予的寶貴機遇，也是時代賦予的重要使命，他們也必將不負韶華、勇攀高峰。
踏入通信標(biāo)準(zhǔn)啟航
2000年，李男考入北京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)。那個時代，李男的老家剛剛經(jīng)歷從BP機到大哥大，再到初代手機的變化，而在大學(xué)里，打電話仍需要排隊打201固定電話。誰也不曾想到20年后，國內(nèi)通信行業(yè)實現(xiàn)了飛躍發(fā)展，我們可以通過手機隨時隨地觀看高清視頻，進行視頻通話、手機直播，我國的移動通信事業(yè)實現(xiàn)從“1G空白、2G跟隨、3G突破”到“4G同步、5G引領(lǐng)”的跨越式邁進，尤其在5G建設(shè)和發(fā)展方面，取得了舉世矚目的成果。
李男2007年研究生畢業(yè)加入中國移動研究院，從事的是通信國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。在很多人不知道4G技術(shù)時，李男就已經(jīng)在為4G通信行業(yè)的國際標(biāo)準(zhǔn)而努力了。國際標(biāo)準(zhǔn)化工作相當(dāng)重要，是我們每個人在不同地方都可以享受高質(zhì)量通信服務(wù)的根本保障。過去我們在標(biāo)準(zhǔn)的制定中處于邊緣位置，在4G標(biāo)準(zhǔn)制定的關(guān)鍵階段，在工信部的統(tǒng)籌指導(dǎo)下，中國移動與產(chǎn)業(yè)合作伙伴攜手進行關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，在國際上把自主創(chuàng)新的第四代移動通信技術(shù)TD-LTE做成了國際主流的標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)我國以4G為承載的移動互聯(lián)網(wǎng)的繁榮奠定了堅實的基礎(chǔ)。
跨界造芯破風(fēng)前行
跨界造芯，從零開始。項目立項階段大家心里不是很有底，芯片能不能做得出來，好不好用，有沒有人用？李男卻一直有著堅定的信念，帶領(lǐng)團隊經(jīng)過充分的技術(shù)論證和市場分析，獲得了公司的支持。
5G基站是一個集成設(shè)備，包含幾十種核心芯片，到底要做哪一種，這是團隊首先面臨的問題。“我們要做產(chǎn)業(yè)鏈迫切需要的，并且單靠芯片設(shè)計公司很難做成功的。”最終，團隊確定研發(fā)射頻收發(fā)芯片，這是5G基站必備的一款核心芯片，是無線電波與數(shù)字世界交互通信的橋梁。
接下來是定芯片規(guī)格指標(biāo)。芯片的指標(biāo)是決定市場化競爭力的關(guān)鍵。一個芯片有上百個指標(biāo)，定得太高，成本投入難以持續(xù)，定得太低，滿足不了應(yīng)用需求。每一個指標(biāo)高低都需要仔細權(quán)衡。李男提出自己的想法，我們不能完全仿制他人的功能和指標(biāo)，要有自己的特色，打造出和競品的差異化優(yōu)勢，未來我們才能有市場競爭力，形成商業(yè)閉環(huán)。
為此，團隊提出了N2C（NetworktoChip）的芯片規(guī)格定義方法，研發(fā)了業(yè)界領(lǐng)先的系統(tǒng)級仿真平臺和射頻級仿真平臺，將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標(biāo)層層映射到芯片的核心指標(biāo)，實現(xiàn)了芯片指標(biāo)的“量體裁衣”，打造了“不溢不缺”符合我國5G基站需求的芯片指標(biāo)，也為芯片的低功耗、低成本差異化設(shè)計奠定了科學(xué)依據(jù)。
指標(biāo)定好后，團隊開始了芯片的設(shè)計工作。芯片高度微縮，一個小小芯片，只有45平方毫米，相當(dāng)于小拇指指甲蓋大小，但里面有上億個晶體管，容不得一點差錯。傳統(tǒng)的芯片設(shè)計是一站一芯，李男帶領(lǐng)團隊提出了可重構(gòu)射頻收發(fā)技術(shù)體系，通過核心功能、核心算法和核心參數(shù)的可重構(gòu)設(shè)計，芯片可滿足從毫瓦級到百瓦級功率的不同部署類型和不同工作頻段基站的應(yīng)用要求，實現(xiàn)了一“芯”多用，最大程度解決了產(chǎn)業(yè)的燃眉之急。
調(diào)測難度遠超預(yù)期
回想芯片研發(fā)的最緊張時刻，其實是芯片流片回來后的上電。2022年底，團隊人員從工廠拿回來第一批芯片，開始進行基礎(chǔ)性測試，在上電的一刻，大家都屏住了呼吸。芯片成功點亮的一瞬間，團隊所有人員都特別激動，這意味著芯片實現(xiàn)了預(yù)期的功能，從研發(fā)階段到應(yīng)用階段邁進了關(guān)鍵一步。但隨之而來的是最復(fù)雜、最難熬的芯片性能指標(biāo)的調(diào)測階段。“破風(fēng)8676”有30余個模塊，涵蓋數(shù)字、模擬、射頻多級單元，近百項性能指標(biāo)，涉及約57萬個寄存器，調(diào)測難度非常大。當(dāng)時留給大家的測試時間非常有限，團隊人員都承受著巨大的心理壓力。他們白天緊張測試，晚上9點還要開例會討論測試結(jié)果和制定第二天測試計劃。中國移動首席技術(shù)專家王大鵬作為調(diào)測總負責(zé)人，要對出現(xiàn)的每個問題提供解決思路和方案，壓力巨大，經(jīng)常主持例會開到凌晨，第二天早上9點，團隊繼續(xù)復(fù)測。整個團隊沒日沒夜甚至沒有周末緊張測試，但測試難度仍遠超預(yù)期。
為達到芯片的某一個指標(biāo)，必須對若干寄存器的配置進行更改。一旦發(fā)生改變，其他的指標(biāo)也會隨之變化，整個調(diào)測過程非常艱辛。“芯片不是說一個指標(biāo)不通過，對付一下湊合能用的，一個關(guān)鍵指標(biāo)不通過，一切努力都白費了。”尤其是當(dāng)大家陸陸續(xù)續(xù)把90％以上的指標(biāo)都實現(xiàn)了，仍有幾項指標(biāo)很長時間、嘗試各種方法都無法通過，這種情況最讓人感到煎熬。當(dāng)時團隊中不少成員焦慮到失眠。在這種危機時刻，李男作為團隊負責(zé)人，需要穩(wěn)住心態(tài)，冷靜剖析問題，給團隊指明方向，堅定大家的信念。“我始終堅信我們一定能做出來。我們有中國移動強大的產(chǎn)業(yè)資源整合能力為依托，并與優(yōu)秀的芯片設(shè)計公司強強聯(lián)合，采用了科學(xué)的設(shè)計方法，也拼盡了全力，即使這一版不成，下一版也能成。我這樣開導(dǎo)他們，緩解團隊的壓力。團隊重新上陣后，果然將這塊難啃的骨頭啃了下來。”
最終，經(jīng)過半年多的緊張調(diào)試，所有問題得到解決，芯片終于通過全部功能和性能測試。2023年8月30日，“破風(fēng)8676”正式問世，轟動業(yè)界。
今年7月，中國移動聯(lián)合佰才邦、ZEDMobile在贊比亞成功開通首臺基于“破風(fēng)8676”可重構(gòu)5G射頻收發(fā)芯片設(shè)計的大功率宏基站，并基于此基站的5G服務(wù)三方進行了遠程視頻連線對話，這是“破風(fēng)8676”芯片實現(xiàn)首次海外商用。
9月20日，在“中國移動第五屆科技周”系列活動中，李男介紹了“破風(fēng)”芯片研發(fā)項目的最新進展及成果。中國移動“破風(fēng)8676”芯片目前已在14個廠家的30余款設(shè)備中集成，已有18款整機產(chǎn)品具備商用能力，實現(xiàn)在國內(nèi)現(xiàn)網(wǎng)和“一帶一路”國家現(xiàn)網(wǎng)部署。
人物對話
甘當(dāng)破風(fēng)手勇闖無人區(qū)
北青報：“破風(fēng)8676”相比競品有何優(yōu)勢？
李男：經(jīng)國內(nèi)第三方權(quán)威檢測機構(gòu)測試，“破風(fēng)8676”相對國外競品功耗降低30%，成本降低25%。另外，我們創(chuàng)新性地提出可重構(gòu)體系，可以實現(xiàn)“一芯多用”，大幅增加芯片的靈活性和適配度，可以根據(jù)不同的服務(wù)場景需求、不同的基站類型，把芯片的核心功能、核心算法和核心參數(shù)進行重配，實現(xiàn)一顆芯片滿足不同應(yīng)用場景、不同技術(shù)制式、不同頻段、不同設(shè)備類型的需求，從百瓦級的宏基站，到毫瓦級的家庭基站，最大程度解決產(chǎn)業(yè)燃眉之急。如果沒有這項技術(shù)的話，我們可能需要面向不同的設(shè)備需求，研發(fā)不同規(guī)格的芯片，研制成本成倍提升，每個規(guī)格的芯片用量也會很小，無法實現(xiàn)商業(yè)閉環(huán)。
另外，我們在中國移動集團科創(chuàng)部指導(dǎo)下，創(chuàng)新性提出“1+N+1”攻關(guān)模式，過去是運營商向整機廠家提需求，整機廠家聯(lián)系芯片廠家生產(chǎn)，是一種串行研發(fā)模式。我們的模式是把一家芯片廠家、N家整機廠家和一家運營商聯(lián)合組隊，通過設(shè)備商和運營商的需求前置和全程參與，實現(xiàn)一次芯片攻關(guān)滿足N家設(shè)備需求，縮減了開發(fā)周期和工作量近30%。
北青報：研制過程中，整個團隊秉持著什么樣的目標(biāo)？
李男：我們始終把國家所需、未來所向作為目標(biāo)，勇闖科技“無人區(qū)”，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、芯片聯(lián)動優(yōu)勢，開展跨界技術(shù)創(chuàng)新，不斷攻克前沿技術(shù)，為我國未來移動通信實現(xiàn)自主可控奉獻青春力量。
在研制過程中，我們勇于擔(dān)當(dāng)、堅忍不拔，甘當(dāng)“破風(fēng)手”，為后續(xù)的芯片攻關(guān)闖出一條路。攻關(guān)過程所積累的技術(shù)挑戰(zhàn)和產(chǎn)業(yè)化問題的解決經(jīng)驗，以及所探索出的合作模式都將為后續(xù)攻關(guān)打下堅實基礎(chǔ)，為更多領(lǐng)域開展自主可控芯片攻關(guān)提供有益借鑒。
團隊的第一顆成果芯片命名為“破風(fēng)”，也正表達出“功成不必在我，功成必定有我”的決心。
北青報：未來個人及團隊的研究發(fā)展方向是什么？
李男：我們團隊將深耕通信核心短板芯片的設(shè)計領(lǐng)域，工作重點除了繼續(xù)加速推進“破風(fēng)”芯片的規(guī)模應(yīng)用，也將開展6G超高速射頻芯片等研發(fā)。我們團隊也將隨著攻關(guān)的持續(xù)，不斷提升自身芯片設(shè)計技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)影響力，為我國信息通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主可控貢獻一份青春力量。
新聞內(nèi)存
北京地區(qū)單位主持完成的58項成果榮獲國家科學(xué)技術(shù)獎項目獎
今年6月24日，2023年度國家科學(xué)技術(shù)獎揭曉，清華大學(xué)薛其坤院士獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎。北京地區(qū)單位主持完成的58項成果榮獲國家科學(xué)技術(shù)獎項目獎，包括特等獎1項、一等獎7項、二等獎50項，占通用項目獲獎總數(shù)的28.7%，居全國首位。其中，唯一的特等獎項目和唯一的國家自然科學(xué)獎一等獎項目均由北京單位主持完成；5項國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎項目中北京單位主持完成的項目占3項。
近年來，北京以服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量開展原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，關(guān)鍵核心技術(shù)屢獲突破。2023年度，北京16項成果榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎，在集成電路、裝備制造等領(lǐng)域自主創(chuàng)新能力凸顯，為高精尖產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入源源不斷的動力。
