○文/畢少華

集成電路先鋒，致力于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)芯片的中國創(chuàng)造
——記四川省“千人計(jì)劃”入選者、電子科技大學(xué)唐鶴教授

○文/畢少華

1958年第一塊集成電路（簡稱IC）的誕生，把人類生活帶入電子時(shí)代。隨著以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為代表的高科技產(chǎn)品越來越廣泛的應(yīng)用，以集成電路為代表的微電子產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展階段。集成電路分為數(shù)字IC和模擬IC兩大類，它們是微電子技術(shù)發(fā)展的核心部分。

不同于數(shù)字IC采用工具軟件進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)的方法，要設(shè)計(jì)出好的模擬IC更多的影響因素需要考慮，而這些依賴于設(shè)計(jì)者的專業(yè)基礎(chǔ)是否扎實(shí)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)是否豐富。本文的主角——電子科技大學(xué)唐鶴教授，深耕業(yè)內(nèi)多年，是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬集成電路設(shè)計(jì)者。

行走電子世界15年

從18歲進(jìn)入電子的世界，至今唐鶴已經(jīng)行走其中15年。2001年，唐鶴考入電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)。成立于1956年的該校，是以電子信息科學(xué)技術(shù)研究為核心的國家重點(diǎn)大學(xué)。在這里完成四年本科階段學(xué)習(xí)后，唐鶴赴美進(jìn)入美國著名三大理工科院校之一的伊利諾伊理工大學(xué)攻讀電子工程專業(yè)碩士學(xué)位。

2010年，唐鶴不僅拿到加州大學(xué)河濱分校電子工程專業(yè)博士學(xué)位，在此期間的研究也有重大突破：他創(chuàng)立了高速電容插值A(chǔ)DC的量化模型設(shè)計(jì)方法，建立ADC指標(biāo)與設(shè)計(jì)參數(shù)（BW、W/L、插值電容等）的數(shù)學(xué)模型，使ADC設(shè)計(jì)更科學(xué)、性能達(dá)到最優(yōu)化。這項(xiàng)研究成果在國際權(quán)威期刊上發(fā)表，唐鶴兩次受邀在相關(guān)大會(huì)上做報(bào)告。不僅如此，他還成功設(shè)計(jì)了采用Op-Amp Sharing和SCBiasing結(jié)構(gòu)的超低功耗Pipelined ADC芯片，并建立了可使Pipelined ADC功耗實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)方法。

讀博期間，唐鶴已進(jìn)入美國硅谷豪威科技公司（Omnivision Technologies Inc.,）擔(dān)任模擬電路設(shè)計(jì)工程師。畢業(yè)后的兩年間，這里成為唐鶴模擬集成電路的主戰(zhàn)場(chǎng)，他主要負(fù)責(zé)高速M(fèi)IPI模塊芯片的設(shè)計(jì)開發(fā)。由他獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的高速多路驅(qū)動(dòng)HSTX，實(shí)現(xiàn)了擺率（slew-rate）可控和更低的功耗，并且整體性能提高10%。他設(shè)計(jì)的MIPI系統(tǒng)分離式構(gòu)架，降低了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)（jitter）與偏斜（skew），提升速度10%，并且大大節(jié)省面積和功耗在30%以上。由他設(shè)計(jì)的芯片模塊，成功應(yīng)用于多家著名公司的智能手機(jī)和平板電腦中，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的產(chǎn)值。

多年奮戰(zhàn)在模擬IC設(shè)計(jì)和研究第一線，唐鶴已在國際期刊、雜志和國際會(huì)議上發(fā)表SCI/EI論文三十余篇，六次受邀在國際會(huì)議上做報(bào)告，其研究成果申請(qǐng)了多項(xiàng)專利。2012年，唐鶴放棄了美國的高薪工作和待遇，帶著一顆為祖國微電子事業(yè)騰飛做貢獻(xiàn)的報(bào)國之心，帶著豐富的研究、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成果回到國內(nèi)，成為母校電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院的一名教師。目前，他是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（產(chǎn)學(xué)研）、霍英東教育基金項(xiàng)目、四川省科技支撐計(jì)劃（產(chǎn)學(xué)研）等6個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，四川省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（重大產(chǎn)業(yè)類）的技術(shù)負(fù)責(zé)人。唐鶴2013年入選四川省“千人計(jì)劃”專家，2014年成為四川省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人后備人選，今年（2015年）更是成為四川省“十三五”科技規(guī)劃的專家工作組成員（負(fù)責(zé)IC設(shè)計(jì)方向的規(guī)劃工作）。

模擬IC研究成果多

在不斷地學(xué)習(xí)和研究中，唐鶴積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也逐漸確定了自己的研究方向。他在高速高精度ADC芯片和高速SerDes系統(tǒng)芯片研究方面，具備了深厚的科研創(chuàng)新能力和豐富的工業(yè)界設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。多年潛心研究，唐鶴收獲了累累碩果。尤其是回到國內(nèi)后，他繼續(xù)從事高速高精度低功耗ADC芯片（RF ADC）的研究與設(shè)計(jì)，并將研究的重點(diǎn)放在射頻采樣高精度低功耗ADC（RF Sampling ADC）、高清數(shù)字視頻低功耗ADC和應(yīng)用于下一代移動(dòng)通信（5G）的超高速ADC方面。他在研究中不斷創(chuàng)新的同時(shí)還大力推動(dòng)自己科技成果的轉(zhuǎn)化。在射頻采樣高精度低功耗ADC芯片方面，唐鶴通過建立ADC core模擬電路部分的數(shù)學(xué)模型，并采用自創(chuàng)數(shù)字校正設(shè)計(jì)，創(chuàng)建了一套新的設(shè)計(jì)方法，使ADC在滿足高精度的同時(shí)采樣頻率超過GHz，并且節(jié)省功耗和面積達(dá)40%。RF ADC代表著ADC研究的最高水平和未來發(fā)展的趨勢(shì)。目前，唐鶴正與成都某IC企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，第一期的研究已初步完成，并且取得了諸多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，比如自創(chuàng)的數(shù)字校正方法和模擬設(shè)計(jì)量化模型法，大幅降低整體功耗和面積。第二期樣品定型的開發(fā)正在進(jìn)行，預(yù)計(jì)在2015年底或2016年初完成，可開始進(jìn)入小試階段。

高清數(shù)字視頻ADC芯片需求非?？捎^，未來還將繼續(xù)擴(kuò)大。在這方面研究中，唐鶴首創(chuàng)了一次校正（one-time calibration）技術(shù)，不需要中斷ADC正常工作即可實(shí)現(xiàn)高速校正，并且性能可基本不受電源電壓、溫度和工藝的影響，功耗和面積也大幅降低。目前與四川某IC企業(yè)正在開展高清數(shù)字視頻ADC芯片的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化合作。第一期開發(fā)正在進(jìn)行，取得了onetime calibration等創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使其性能更加優(yōu)良和穩(wěn)定，不受外界環(huán)境影響，并且可大幅節(jié)約芯片面積?，F(xiàn)已初步完成設(shè)計(jì)，2015年底可實(shí)現(xiàn)樣品定型，形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)，準(zhǔn)備推向市場(chǎng)。

他還創(chuàng)建了高速電阻插值型ADC的量化模型設(shè)計(jì)方法，建立了ADC性能指標(biāo)與設(shè)計(jì)參數(shù)（architecture、Gain/BW、W/L、IF以及系統(tǒng)offsets等）的數(shù)學(xué)模型，使設(shè)計(jì)更加科學(xué)和快捷，并且保證最優(yōu)化性能。

另外，針對(duì)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算產(chǎn)業(yè)和企業(yè)級(jí)的應(yīng)用，唐鶴與企業(yè)合作，正在開發(fā)PCIe固態(tài)硬盤主控芯片，以極大提高系統(tǒng)讀寫性能和可靠性。這項(xiàng)研究正在緊張進(jìn)行中，預(yù)計(jì)2016年中將完成功能和性能測(cè)試，完成芯片定型。

高科技時(shí)代，科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力改變?nèi)藗兩畹木跋筇幪幙梢?，人們看不見的是這些高科技應(yīng)用背后的研究、設(shè)計(jì)者們辛勤地付出。這些身影中有一個(gè)是唐鶴教授，他和他的團(tuán)隊(duì)正為實(shí)現(xiàn)科技改變生活的目標(biāo)而繼續(xù)奮斗。

唐鶴教授（后排右四）和他的研究團(tuán)隊(duì)