情系通信 坚守初“芯”

——记曾烈光与国内第一片超大规模通信专用集成电路的诞生及应用

专用集成电路芯片电子系统和设备的粮食与心脏。国内第一片超大规模通信集成电路诞生于上世纪80年代。今天，我国的芯片发展正在受着国外打压的严峻考验，回顾国内第一片超大规模通信专用集成电路芯片诞生的艰难历程和老一辈科学家的奋斗精神，对于我们今天加速集成电路的发展，鼓励年轻一代献身我国集成电路事业仍有重要的意义。

1985年，清华大学电子工程系曾烈光提出的“正码速调整减小抖动技术”获得中国首批发明专利，专利号85100120。正码速调整是国际电信联盟建议用于数字通信多路信号准同步复接的国际标准方式，这种方式会对接入信号产生抖动损伤，从而影响信号多路传输质量。国际电信联盟确定正码速调整为国际标准方式之一的同时，建议进一步研究减小正码速调整抖动损伤。曾烈光提出的正码速调整减小抖动专利可将正码速调整抖动损伤从国际已有技术的25%单位间隔减小到3%单位间隔，很好解决了国际电联建议研究解决的正码速调整减小抖动问题，并且完全符合国际标准帧结构，与国际体系及设备互通相容。因此该专利具有国际领先水平，并具有广泛的应用前景。该专利技术后来被电子工业部评选为我国“七五”期间十大电子科技成果之一，并在其后获得国家技术发明二等奖。

如何推动这一重大发明成果的应用，当时成为发明人曾烈光日夜思考的问题。上世纪80年代，我国的数字通信设备是用中小规模集成电路搭成，设备机架高2米、宽60厘米、深40厘米。而当时国际上已开始出现专用集成电路的概念，可以实现设备的小型化。如果仍然按传统的思路用中小规模集成电路来做，设备体积大、功耗高、成本高，不利于专利的推广应用。能不能用国外出现的专用集成电路的概念，把该专利及相应设备系统集成到一块或两块芯片上呢？时逢国内清华大学冯重熙等专家倡导推动国内专用集成电路发展，1985年冯重熙教授联合国内11个单位集资170万元率先在清华大学建立了专用集成电路联合实验室，为曾烈光把专利集成到芯片中的想法增加了信心和奠定了基础。

1986年，国家“七五”科技攻关列入了66专项“大规模集成电路研究”。曾烈光向此专项提出了“光通信数字复接专用集成电路”的专题研究申请。申请采用正码速调整减小抖动专利设计开发二三次群数字复接专用集成电路。申请设计开发的二三次群芯片预计规模近万门，当时属超大规模集成电路；由于芯片专门用于数字通信复接传输，所以是专用集成电路，是66专项中唯一一个超大规模专用集成电路申请。由于芯片规模太大，当时国内尚无加工生产条件，申请书提出，设计完成后，如果国内无条件加工，可先在国外加工生产，一旦国内加工条件成熟，立即转入国内加工生产。这一技术路线实际上是我国专用集成电路设计业的开端，因为在此之前，芯片设计和加工通常是一起的，设计者通常有自己的加工生产线。而我们清华电子工程系没有集成电路生产线，但我们可以做芯片设计，到任何生产线去加工，芯片产权属于设计者。申请最终得到评审专家和国家科委领导支持，获得国家“七五”科技攻关立项资助，编号66-3-10 。

芯片设计使用了DAIZY设计软件，在286PC终端完成，采用纸带穿孔方式作为存储和传输介质。曾烈光完成芯片总体和电路及系统设计，韦文完成芯片仿真，王一超做设计平台技术支持。

芯片分收发两片，发片THMT001A及其配套芯片收片THMR001 。设计在1988年完成，当时国内仍没有加工条件，选择国外完成了芯片加工。

1988年初，THMT001A完成了第一次初始样片投片。但第一次初始样片在系统测试中发现一严重问题：在平稳的实验室环境，系统每隔一段时间出现一片突发误码，这种情况无法达到实用要求。

设计人员和芯片加工方对THMT001A样片出现的问题高度重视，互派专家组到对方共同寻找出现问题的原因，但没有结果。

面对出现的问题，作为THMT001A主要设计人的曾烈光心急如焚。一种强烈的科学求真精神和他母亲从小教给他的坚强的意志毅力使他下定决心，一定要克服一切困难，突破解决面对的问题。他想起十多年前在一个工厂开门办学时，他差不多遇到同样难的问题：在只有二极管三极管的条件下，工厂要求他和他的学生为工厂开发一个数字程序控制机床。他不畏困难，带领两个工农兵学员，克服重重困难，终于硬是用二极管三极管成功搭成了一个完整的数字程序主控系统（相当于一个完整的CPU）,实现了数字程序机床设计试制，把一个几乎不可能的事变成了现实。他想，现在芯片开发遇到的问题应该不比那个事难，以他的决心、意志和毅力，一定能找到解决办法。他于是带着方便面、面包，把自己关在实验室里，几乎不出门不回家，接连6天吃住在实验室，下决心，不解决问题不出实验室。他在实验室一方面搭建了更便于分析问题的分立元件系统试验环境，不间断监测关键点的信号，一方面把可能出现的问题分门别类，一个一个实验测试分析梳理排除。在连续监测观察五天多后，第六天上，他终于有了重要发现，终于找到了THMT001A初始样片系统周期性出现突发误码的原因！找到了原因后，他随即设计出了解决这一问题的附加电路。彻底解决了THMT001A初始样片突发误码问题。按此设计修改再次投片，THMT001A新样片系统测试取得圆满成功，THMT001A随即和配套芯片THMR001批量生产。THMT001A宣告由清华电子工程系开发成功。这是国内第一片自主成功开发的超大规模通信专用集成电路。时任清华电子系科研副系主任的冯重熙教授向国家科委报告了这一好消息，时任国家科委主任的宋健得此消息很高兴，立即批示向清华祝贺。

芯片开发成功后，1988年底，曾烈光找到时任的清华电子工程系常务副主任薛保兴，建议电子系建立一个公司（后来的华环公司）来推动电子系芯片的推广应用。薛保兴很支持，随即和曾烈光一起找时任科研副系主任的冯重熙教授商讨这个想法。冯副主任说，他正好也有这想法，商定由曾烈光用电子系THMT001A和THMR001两种芯片设计开发单板化二三次群复接器作为新办公司的产品。1989年，以二三次群单板复接器为产品，由两家企业出资，电子系技术入股控股，建立了北京华环公司。

1989年，曾烈光用THMT001A和THMR001为华环公司设计了二三次群单板化复接器产品。曾烈光、王梦涛、冯重熙、杨兵等完成了单板复接器的试制工作。由于传统的两米高的系统通过芯片变成了一块小板，体积、功耗、成本大大下降，可靠性、稳定性大大提高，并且由于采用正码速调整减小抖动专利技术，性能具有国际领先水平，单板复接器受到市场青睐，取得显著社会效益与经济效益，被授予中关村拳头产品称号，并获得北京市新产品奖，获奖人排名：曾烈光、王梦涛、冯重熙、杨兵。1993年，华环公司单板复接器销售额突破千万元，同年在上地信息基地花300万元购买了M8东4096平米土地，自建6179平米办公大楼华环电子（1995年落成入住）。迄至1994年3月，华环生产销售单板复接器达到数千端，应用于光纤及无线通信系统。用电子系的国内第一片大规模通信芯片THMT001A及配套芯片THMR001构建的单板复接器的成功应用为华环公司发展奠定来了坚实基础，也是我国光通信系统集成的开端。

1994年，华环公司获取了电子系的国内第一片大规模通信芯片THMT001A及其配套芯片THMR001的全部设计源代码、全套电路设计资料，包括内含的正码速调整减小抖动在专利技术。在1994年以后的多年中，华环公司利用获取的上述代码和资料，开发了含电子系THMT001A及THMR001全部功能及正码速调整减小抖动专利的二三四次群芯片M4320及其他PDH芯片，作为华环公司的核心芯片大量生产，华环公司在这些芯片的基础上开发了成套PDH系列产品推向市场。虽然曾烈光未从华环公司获得任何报酬，也没有华环公司股份，迄今也没收到专利使用费，但为他研发的芯片与专利成果造福国家，造福社会，造福他人感到自豪。

国内第一片超大规模通信专用集成电路THMT001A芯片在1988年的诞生经历了艰辛的历程。它的诞生和成功应用，是专用集成电路开发应用的典型范例，首次为国内显示了发展专用集成电路的极其重大的意义，开启了我国集成电路设计业，有力推动了国内电子制造业的系统集成化发展及产业进步。

如今，国内第一片超大规模通信专用集成电路的设计人曾烈光已年逾古稀，满头白发，但仍精神矍铄。他的科研工作硕果累累，他曾三次获得国家科技大奖及首届中国青年科学家奖，他曾作为青年科学家被党中央邀请参观中南海。他指导的博士学位论文曾入选全国百篇优秀博士论文。他还获得国家颁发的纪念中华人民共和国成立70周年纪念章。回忆当年设计开发国内第一片超大规模通信专用集成电路的情景，他十分感慨，记忆清晰。他希望更多年轻人投身我国集成电路事业，为“中国芯”插上腾飞的翅膀。

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