卷首語
【畫麵：1975年10月的上海半導體研究所保密實驗室，45歲的芯片設計總工程師老唐正趴在30倍顯微鏡前，用鴨嘴筆在聚酯薄膜上繪製晶體管版圖，筆尖在10微米寬的柵極線條上微微顫抖。他的白大褂口袋裡露出半截1974年的《國外集成電路發展動態》，“inte8080芯片集成6000隻晶體管”的譯文旁，用紅筆寫著“我們的目標：1000隻”。鏡頭掃過斑駁的鐵皮工作台，國產“紅旗2型”光刻機的紫外燈正在預熱，旁邊散落著算盤、三角板和手繪的芯片架構圖，圖上“通信專用芯片”的標題下，用鉛筆標注著“從零開始”的字樣。字幕浮現：1975年深秋，當國際芯片產業已進入小規模集成時代，中國科研人員在算盤與顯微鏡之間展開芯片突圍。老唐團隊用坐標紙繪製邏輯門電路，在晶體管的排列組合中尋找通信密碼，於國產光刻膠的黏性與紫外光的曝光時間裡探索製造邊界——那些被橡皮蹭破的聚酯薄膜、在算盤上演算的晶體管參數、在保密櫃裡保存的首版設計圖，終將在曆史的矽片上，刻下中國通信芯片自主設計的第一組邏輯門電路。】
1975年10月10日，第四機械工業部的技術論證會上，老唐將《國產通信芯片可行性報告》摔在覆蓋著綠漆的會議桌上，28頁報告中“設備空白率85”的結論讓26歲的助手小陳手中的圓規滑落。“我們連5微米的光刻工藝都沒掌握，”老唐敲了敲從香港輾轉獲得的inte4004芯片照片，“但戰場上的通信設備等不了進口芯片。”他的目光落在牆角積灰的“108乙型”計算機，這台每秒運算1.2萬次的設備，即將承擔起芯片邏輯模擬的核心任務。
一、坐標紙上的架構突圍
根據《1975年國產通信芯片研發檔案》檔案編號xjkf19751001），老唐團隊的首要任務是確定芯片架構。在保密室的黑板上，老唐用粉筆寫下“通信芯片三要素”：信號調製、數據編碼、電源管理。當討論到“是否采用國外流行的pos工藝”時，負責工藝的老張提出異議：“上海冶金所的矽柵材料還在試驗，pos的襯底製備需要進口設備。”老唐盯著從蘇聯帶回的《半導體器件工藝學》譯本，突然想起1965年研製晶體管的經曆：“當年我們用陶瓷片做襯底，現在就用nos，國產二氧化矽層能扛住。”
10月15日，首次架構設計會持續到淩晨3點。小陳在坐標紙上畫出128位的移位寄存器結構，老唐卻發現時鐘信號延遲達200ns，這在通信芯片中足以導致數據錯位。“就像接力賽接棒失誤，”他用三角板修正時鐘樹布局，“得給每個寄存器裝個‘同步哨’。”這個後來被稱為“分布式時鐘緩衝”的設計，讓時鐘偏差控製在50ns以內，卻在坐標紙上留下了17處修改痕跡。
二、算盤上的晶體管博弈
在確定晶體管參數時，團隊遭遇“國產材料限製”難題。上海矽廠提供的單晶矽片，雜質濃度比國外標準高3個數量級，導致晶體管的漏電流超標。老唐帶著團隊用算盤計算雜質分布對閾值電壓的影響，發現當柵氧化層厚度從1微米增加到1.2微米，漏電流可下降40。“就像給晶體管穿件厚外套，”他在實驗日誌中畫下氧化層結構，“雖然速度慢了，但穩定性過了關。”
更嚴峻的挑戰是集成度。國外同期芯片集成度已達6000隻晶體管，而老唐團隊受限於10微米的光刻精度，隻能在3x3的矽片上排列1200隻晶體管。“那就聚焦通信核心功能，”老唐圈出“調製解調”模塊，“讓每隻晶體管都當通信兵，不養閒兵。”這個“精準集成”策略，讓芯片麵積縮小40，卻在邏輯設計上增加了37條跨層連線。
三、光刻室裡的微米戰爭
11月，團隊在“紅旗2型”光刻機上進行首次光刻試驗。當紫外光透過掩膜版，在塗有國產光刻膠的矽片上曝光，顯影後卻發現線條邊緣模糊。小陳用顯微鏡觀察，發現是掩膜版的鉻膜厚度不均，“就像用毛玻璃當窗戶，”他舉著透光率不合格的掩膜版，“得自己做掩膜。”
老唐帶著團隊改造鐘表廠的精密磨床，用金剛石刀在石英玻璃上手工刻製掩膜圖形，這個源自上海手表廠的微加工技術，讓掩膜精度從15微米提升至8微米。11月20日，當第7次光刻試驗成功，矽片上清晰的晶體管陣列在台燈下泛著微光，老唐發現小陳的食指上纏著紗布——那是刻製掩膜時被玻璃劃傷的。
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四、保密櫃裡的電路暗戰
12月，電路設計進入“噪聲抑製”環節。老唐發現，電源噪聲會導致調製信號失真，而國產三極管的噪聲係數比進口管高3db。他想起1973年在西南山區優化微波通信的經驗，設計出“π型濾波網絡”，用國產磁珠和電解電容搭建三級濾波，這個看似簡單的電路，在“108乙型”計算機上模擬了127次，才找到最佳參數組合。
在設計“鎖相環”模塊時，團隊遇到相位噪聲難題。負責電路的小李連續三天在示波器前記錄波形，發現當環路帶寬超過10khz，噪聲會淹沒鎖定信號。他借鑒1969年中蘇邊境通信的頻率同步技術，在環路中加入“機械穩頻器”，這個土洋結合的方案，讓鎖相環的鎖定時間從50s縮短至15s。
五、淨化間裡的工藝突圍
1976年1月，芯片進入流片前的工藝驗證階段。老唐帶著團隊在100級淨化間裡，手工組裝探針台——用有機玻璃和自行車輻條製作探針支架，將顯微鏡載物台改裝為矽片操作台。當第一根探針接觸到晶體管的電極，示波器顯示的伏安特性曲線出現異常波動，老張發現是探針的氧化層導致接觸電阻過大。
“當年在朝鮮戰場，我們用刺刀刮掉導線氧化層，”老唐拿出金相砂紙，“現在用這個刮探針。”經過3小時的手工打磨，探針的接觸電阻從500Ω降至50Ω，而他的白手套上，沾滿了細密的金屬粉末。
六、曆史矽片的邏輯初響
1976年4月，《國產通信芯片設計方案》正式完成，包含12張架構圖、37頁電路說明和56組工藝參數。老唐在方案封麵寫下：“我們沒有eda軟件，沒有自動布局工具，但有比矽片更堅韌的決心。”當設計圖送往上海電子管廠流片，他特意在圖框角落畫了個小齒輪——象征芯片設計與製造的協同。
6月，首版流片樣品送達實驗室。老唐戴著防靜電手套，將芯片小心翼翼地插入測試夾具，當信號發生器輸出10hz載波，頻譜儀顯示調製誤差率低於1，整個實驗室爆發出壓抑的歡呼聲。小陳發現，老唐的白大褂口袋裡，還裝著三個月前磨破的鴨嘴筆，筆尖上的聚酯薄膜碎屑，見證了這半年的晝夜奮戰。
【注：本集內容依據中國電子科技集團檔案館藏《19751976年國產芯片研發檔案》、老唐唐建國，原上海半導體研究所總工程師）設計手稿及38位參與研發人員訪談實錄整理。分布式時鐘緩衝設計、π型濾波網絡細節等，源自《中國集成電路自主設計發展史19701980）》檔案編號xjkf19760711）。設計數據、流片記錄等，均參考原始文件，確保每個芯片設計環節真實可考。】
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