主要成果：長期專注工業(yè)芯片可靠性基礎(chǔ)技術(shù)研究，在芯片工藝退化失效機(jī)理、可靠性預(yù)測模型等關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品研發(fā)方面取得了豐碩成果。
3月2日21時(shí)許，北京智芯微電子科技有限公司工業(yè)芯片可靠性實(shí)驗(yàn)室依舊燈火通明。作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“國家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用專項(xiàng)項(xiàng)目”負(fù)責(zé)人，該公司總經(jīng)理趙東艷已經(jīng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室忙碌了近3周。為了更好地展示近兩年在基礎(chǔ)理論、模型技術(shù)、可靠性設(shè)計(jì)等全鏈路取得的突破性成果，她白天帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在會(huì)議室準(zhǔn)備項(xiàng)目驗(yàn)收評審材料，晚上和團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室搭建驗(yàn)證測試平臺(tái)。
趙東艷于2009年開始從事芯片技術(shù)研究工作。14年來，她以“鑄造電力最強(qiáng)芯”為使命，聚焦芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)、可靠性機(jī)理與建模、器件工藝等國內(nèi)電力芯片技術(shù)的難點(diǎn)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，為電力芯片技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
電力設(shè)備大多安裝在戶外，電力芯片需要在高溫、低溫、強(qiáng)電磁、高濕等惡劣環(huán)境條件下7×24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行15年以上，現(xiàn)場應(yīng)用失效率小于百萬分之一。為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，智芯公司必須盡快研發(fā)可在惡劣工況下實(shí)現(xiàn)高可靠、長壽命運(yùn)行的國產(chǎn)電力芯片。趙東艷提出，對芯片退化機(jī)理、可靠性架構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝進(jìn)行全鏈路技術(shù)再造。
為了從根本上揭示芯片退化機(jī)理，趙東艷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用了8年時(shí)間，深入應(yīng)用現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，從最低氣溫零下50攝氏度的黑龍江漠河，到日均最高氣溫達(dá)43攝氏度的新疆吐魯番，走了31個(gè)省份。最終，他們搜集整理出涵蓋極寒、極熱、高濕、高鹽霧、強(qiáng)電磁干擾等10余種30多類環(huán)境因素下電力系統(tǒng)各類設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)電力芯片高可靠設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
“芯片研制是個(gè)龐大的工程，過程復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多。這就要求我們依托龐大的現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造各環(huán)節(jié)，使研究取得突破。”趙東艷說。自2016年起，趙東艷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究國產(chǎn)工業(yè)芯片可靠性設(shè)計(jì)、制造協(xié)同技術(shù)。從毫米級封裝、微米級電路到納米級器件，她和團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地建立了涵蓋多物理場、工藝節(jié)點(diǎn)、器件結(jié)構(gòu)、材料和工藝偏差的全要素高精度可靠性模型，解決了在設(shè)計(jì)階段難以精準(zhǔn)預(yù)測工業(yè)芯片壽命的技術(shù)難題。經(jīng)過兩年的攻堅(jiān)，2018年，他們開發(fā)出滿足電力復(fù)雜環(huán)境要求的特色器件結(jié)構(gòu)與材料，研制出寬溫區(qū)、抗強(qiáng)電磁干擾、耐高壓、長壽命的芯片，將電力芯片產(chǎn)品工作溫度范圍從零下25攝氏度至85攝氏度拓展到零下50攝氏度至125攝氏度，動(dòng)態(tài)抗電磁能力提升20倍。該技術(shù)成果經(jīng)6位院士鑒定，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為智芯公司8大類百余款芯片的研發(fā)提供了核心技術(shù)支撐。
近年來，新型電力系統(tǒng)建設(shè)對電力設(shè)備提出了面對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)響應(yīng)快、能夠管理復(fù)雜業(yè)務(wù)計(jì)算等一系列特殊要求。趙東艷再次迎難而上，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了簇內(nèi)對稱、簇間非對稱的多核異構(gòu)芯片架構(gòu)，設(shè)計(jì)了集狀態(tài)感知、復(fù)雜計(jì)算、實(shí)時(shí)控制功能于一體的電路結(jié)構(gòu)及協(xié)同調(diào)度機(jī)制。該機(jī)制實(shí)現(xiàn)了芯片的高集成、強(qiáng)實(shí)時(shí)、大算力，保障電力裝備具備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、故障快速響應(yīng)、系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)等功能，目前已經(jīng)在繼電保護(hù)高端主控芯片領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域芯片的自主可控。
在潛心研究的同時(shí)，趙東艷注重人才培養(yǎng)，常組織技術(shù)講座和培訓(xùn)，將經(jīng)驗(yàn)技術(shù)傾囊相授，為企業(yè)培養(yǎng)了一批又一批科研能力過硬、工作作風(fēng)優(yōu)良的技術(shù)人才，其中包括1名“十佳中國電子學(xué)會(huì)優(yōu)秀科技工作者”、3名“北京優(yōu)秀青年工程師”。團(tuán)隊(duì)成員陳燕寧在趙東艷13年的悉心指導(dǎo)和培養(yǎng)下，已成長為智芯公司的科研骨干，取得了一系列具有原創(chuàng)性的科技成果，牽頭及參與重大科技項(xiàng)目25項(xiàng)。
如今，智芯公司自主研發(fā)的芯片已成功應(yīng)用到海外80余個(gè)國家和地區(qū)。(蔚泉清 黃姍 趙滎)
作者：蔚泉清 黃姍 趙滎
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