能不能造出又好又便宜的芯片？這是國投集團中國電子工程設計院股份有限公司（以下簡稱中國電子院首席技術官楊光明長期攻堅的問題。
芯片被稱作“數字世界的心臟”，一臺普通飲水機內就藏有一顆芯片，一部手機內有幾十顆芯片，一輛新能源汽車需要1500-3000顆芯片……能源革命、智能制造等科技創新都離不開芯片的支撐。但芯片，也是我國進口排名第一的商品。
楊光明深耕行業數十年，在他看來，芯片的“卡脖子”，主要體現在消費領域市場競爭力的不足，關鍵要解決從實驗室推向大規模量產中的問題，打通產業化的“最后一公里”。
中國電子院首席技術官楊光明介紹如何推動半導體產業化“最后一公里”。受訪者供圖
“最后一公里”為何艱難
“一顆指甲蓋大的芯片，集成了300億顆晶體管，里面的導線展開長度超20公里。”楊光明說，這種加工精度，難度可想而知。
生產芯片的半導體生產廠，是一套復雜而龐大的精密制造系統。自動化程度高、工業設備昂貴，投資巨大，對環境要求極其嚴苛，需要超高精度的潔凈室、不含任何金屬離子和雜質的超純水、恒溫恒濕的生產條件，工藝設備的高精密性也對微振動環境控制要求極為嚴格。
楊光明以他們曾參與的一條半導體生產線項目舉例，潔凈室面積30萬平方米，約有40多個足球場大。每年耗費約18億度電，接近一個200萬人口的城市每年居民的耗電量。半導體生產需經多道清洗，每年耗水約1500萬立方米，相當于一個西湖的水量，“這還是我們想了各種措施，讓一滴水在工廠里循環使用三次后的結果”。
“節省10%或者浪費10%，關乎企業的市場競爭力，很可能決定了這家企業是盈利還是虧損。”楊光明介紹，他們為生產線進行全方位規劃并不斷優化，持續降低企業的制造成本，尋求最優解。
中國電子院振動技術研究中心負責人金春峰介紹，半導體產業中的芯片制造核心工藝就是光刻，如果光刻時受到輕微振動干擾，造成偏離，整個芯片都將毀于一旦。
隨著精密設備對微振動控制要求不斷提高，傳統的被動防微振模式已無法滿足精度需求，主動控制隔振成為必要手段。
金春峰說，此前這項技術一直被國外壟斷，國際上能夠實現的最低振動速度大約是0.1um/s。中國電子院經過多年技術積累，研制出了中國第一套大型主動控制隔振裝置，能夠實現在1-100HZ頻段內0.05um/s的振動速度，一舉打破國外壟斷，達到了世界領先水平，為解決“卡脖子”問題奠定了技術基礎。
半導體芯片生產和加工要在潔凈室中進行，需要去除灰塵顆粒，要捕捉比頭發絲直徑還要小100倍的灰塵。中國電子院在潔凈技術領域已有數十年積累，不僅能對潔凈環境要求高的部分進行精準控制，還能降低潔凈室的建設投資，此外，自主研發的平板式化學過濾器和化學過濾機組，是國內首臺商用的化學過濾設備，處理效率達到98%，填補了國內技術空白。
該院潔凈技術專家閻冬表示，除了對項目前期的精準設計和建設，在項目運行期間，還可提供智能診斷服務的全周期服務保障，進一步提升良品率。
項目潔凈室內部 受訪者供圖
青年接力攻堅
中國電子院數字化技術中心員工白帆記得，4年前的一天，一部原本下單就能提貨的最新款國產手機，由于美國政府升級制裁措施，一下子就陷入有價、有市、卻沒貨的境況，那是他原本打算送給父親七十大壽的生日禮物。
作為一名普通消費者，白帆第一次真切感受到西方技術封鎖對生活造成的影響。而作為半導體領域的科研工作者，國家高端芯片受人掣肘的現狀使他感到緊迫。
看似小小的芯片，生產制造極為復雜。如果能在工廠建設之前，就能通過模型呈現工廠建成后的真實生產狀況，就能避免不必要彎路，極大提升生產效率。
他想出一份力。白帆所在的數字化技術中心就承擔著這一工作——以數字化形式模擬真實工廠的生產，以此加快半導體工廠建設速度、優化產線布局、節約投資。彼時，這支由40名成員構成、人均不到34歲的年輕團隊爭分奪秒地投入技術攻堅。
現在，他們的科研成果已應用于具體項目中，為半導體企業提供更加先進的工程設計方案。
最新的數字孿生工廠解決方案，解決了工藝源頭與廠務系統斷點難題。中國電子院總經理夏連鯤介紹，實踐后經測算，工廠運行效率提升5%以上，系統優化8%以上，降低投資12%以上，局部環節優化后可年運行成本降低近千萬元。
“國家需要什么，我們就往哪里攻堅。”中國電子院的老一輩科學家還記得，當時他們的科研課題都是根據國家的重大需求來定的。中國電子院誕生于國家“一五”計劃期間，那時，中國工業基礎薄弱，有些甚至是空白。作為中國電子工業工程技術的開創者，篳路藍縷，拿下電子工業領域的多項“第一”，讓硬核電子工業成為國家的底氣。
從最初幾十人的設計團隊，到如今6000多人，集設計、科研為一體的隊伍，工程師精神激勵著一代代青年科技工作者接力，服務國家科技創新。如今，芯片產業的“最后一公里”不斷優化暢通。楊光明說，實現芯片自主可控任重道遠，但他懷有強烈的信心，相信未來幾年內將迎來更大的突破。
