他，为什么要在深圳突破光电芯片“卡脖子”技术

导读：自美国单方面发起对华贸易战以来，芯片核心技术被“卡脖子”成为中国必须面对的现实。如今，摩尔定律临近极限，世界各国纷纷发力，中国能否借此机会迎头赶上甚至弯道超车？

芯片产业作为集技术、资本、人才为一体的高科技产业，是高端制造业中最有科技含量和制造工艺最为复杂的产业。根据摩尔定律，芯片上容纳的晶体管数量每18个月会增加一倍，这也意味着芯片制造的工艺水平、所需的设备和材料的要求随之越来越高，而这些关键的技术和设备研发壁垒高，具有很强的垄断性，在短时间内无法突破。自美国单方面发起对华贸易战以来，芯片核心技术被“卡脖子”成为中国必须面对的现实。如今，摩尔定律临近极限，世界各国纷纷发力，中国能否借此机会迎头赶上甚至弯道超车？深圳卫视《大湾区会客厅》带着这样的疑问，与国际公认的纳米半导体激光领域开拓者之一——宁存政教授，进行了一次深度对谈。

加强半导体加工能力，打造基础设施平台刻不容缓

随着台积电与三星步入2纳米制程的竞争，微电子制造工艺趋近物理极限已成为无法避免的事实，当传统工艺芯片几乎已到天花板，全球芯片企业纷纷发力，通过更换材料等方式追求更高性能芯片，如碳基芯片、量子芯片、光芯片等。

2022年6月，深圳出台《关于发展壮大战略性新兴产业集群和培育发展未来产业的意见》，为深圳发展壮大战略性新兴产业集群、积极培育发展未来产业明确目标和方向。在深圳重点发展的20个战略性新兴产业集群中，“半导体与集成电路”占据重要一席，充分彰显深圳着眼国家战略布局，攻克“卡脖子”难题的雄心。仅1个月后，2022年7月10日，深圳技术大学集成电路与光电芯片学院在深圳技术大学正式揭牌成立，这是粤港澳大湾区第一所集成电路与光电芯片学院。谈及创办这个学院的初衷，深圳技术大学校长阮双琛表示：“打赢关键核心技术攻坚战，高校要勇挑重担。” 集成电路与光电芯片学院院长宁存政是国际上公认的纳米半导体激光领域开拓者之一，有多项物理现象和理论以您的名字命名，比如Ning-Haken几何位相理论。

深圳卫视主持人何嘉琪：2022年，您正式加盟深圳技术大学这样一所非常年轻的大学，您为什么会选择离开老牌大学？

深圳技术大学讲席教授、集成电路与光电芯片学院院长 宁存政：这也是我经常被问到的问题。2014年，我彻底辞去美国亚利桑那州立大学终身教职后，就在清华大学全职任教，并在2018年创建了“清华国际纳米光电子学研究中心”担任主任。确实，清华大学的资源、生源以及整体的研究条件都非常不错，我回国这些年，清华大学对我的支持真的是世界上最好的，所以我在清华大学继续做我的研究，应该说是一个非常自然的选择。但是为什么我还是来到深圳，来到年轻的技术大学？有时候人生总是有一些机缘巧合，或者说是“天时地利人和”。其中一个直接的原因，是我想在一个超净间，从前到后完整做一遍半导体光电子器件，这样的环境或者说设备目前在北京还是非常难找，在全国也是比较罕见，所以这几年我一直在探索建设这样的平台，因为我知道国内目前具备这样平台的高校和单位比较少，所以相关的加工能力比较难提升。

超净间，也称为无尘室或清净室，是指为了将一定空间范围内空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在某一需求范围内而特别设计的房间。

由于微纳米级别的加工随着外界环境影响因素，诸如大气压强、温度、相对湿度的变化等极易引起测量结果的改变，因此能否集中在同一平台连续作业，对此类加工工艺影响极大。尽管国内已意识到相关微纳加工平台建设的迫切性，然而目前能做到全流程且专业设备齐全、职业化运行的平台，屈指可数。相比之下，据宁存政介绍，仅美国大学层面，约80～100个大学有类似平台，并且数量仍在扩张之中。2018年，美国麻省理工学院耗资4亿美元打造纳米科学与技术中心。

深圳技术大学讲席教授、集成电路与光电芯片学院院长 宁存政：比如在硅谷进行半导体相关产业的创业，当你第一次有个灵感，可以去哪实现？晚上可以到斯坦福大学或者伯克利大学的加工平台。一个小企业，比如三五个人创业，你不可能建一个平台，那么唯一想要实现它，就是到这些大学的平台，一小时支付100、200美金的费用，这就是第一步，也是实现概念和概念验证的唯一的机会。今天你要在深圳做这个事情，还不一定能找到一个地方可以去做，而有这样一个平台，对当地的产业、企业帮助确实非常大。举个例子，美国凤凰城为什么有这么多的企业，台积电最近把三纳米工厂要建到凤凰城。这里面就有我曾经任职的亚利桑那州立大学的平台发挥的作用，那个平台建于1981年，已经运行40年，通过它已经培养了多少个学生？硕士、博士，很多学生就在硅谷，单就在凤凰城周围，这里就已经有了非常好的半导体的生态，而这个平台，功不可没。

深圳卫视主持人何嘉琪：您为什么会选择深圳来打造这样一个平台？

深圳技术大学讲席教授、集成电路与光电芯片学院院长 宁存政：我觉得深圳的优势，第一，相关产业链可能比国内的很多城市都要完备，从芯片到长芯片到封装到系统研发、应用的开发，深圳在这些方面产业链相对比较完整。我们教授有一些新的技术要落地，深圳就是一个比其他城市更有得天独厚优势的地方，加上我们深圳技术大学就是要做应用型的技术开发，也就鼓励大家去产业落地，去跟企业合作，所有这些都是吸引我和我的同行们来深圳做这件事的重要原因。

目前，深圳技术大学集成电路与光电芯片学院正在建设产-教-研-融合微纳工艺平台，计划总投资3亿元，打造2000平方米超净间，配套500平方米设备60余套，全链条式支持大湾区半导体加工能力提升。

光电集成，前景如何？

未来能在芯片上将基于电子的信息处理和基于光子的传输和通讯同时集成起来，不仅是宁存政的梦想，更是全球光电界几代人的共同梦想和努力目标。有人说20世纪是电子的世纪，21世纪是光子世纪，光互连的尺度越来越小，光的世纪也已近在眼前，但真正意义上的片上超算，片上数据中心和片上光电集成，可能还有很长的路要走。

深圳技术大学讲席教授、集成电路与光电芯片学院院长 宁存政：我们可以设想，今天用的超级计算机，需要一整幢大楼去装，那么未来可能超算就放在我们桌面上。不过，二十多年前，业界曾预测2020年会实现这一目标，显然希望已经落空，目前实现的更多是模块的组装或封装型的集成。这种集成不能用在计算机芯片上，所以要实现在微电子芯片意义上的光电芯片，难度还是非常大的。IBM和英特尔曾在多年前表示要在2020年前做成光电芯片。但是现在英特尔已经将时间改为20XX年，所以由此可见难度确实非常大。需要承认，我们光电集成的水平近20多年进步很大，但什么时候真正能做到计算机芯片层次的集成，目前还很难说。

深圳卫视主持人何嘉琪：据您了解，目前国内和国外分别是什么情况？

深圳技术大学讲席教授、集成电路与光电芯片学院院长 宁存政：30年前，西方已经有很多公司开始做光电芯片，光电集成，相比之下，国内差不多最近这5年，大家对这个问题才比较重视，大规模深层次地去关注这件事情，所以从这一点来说，显然这个差距是已经有的，这是肯定的。

国际环境瞬息万变，宁存政说，只有靠自己，做原始创新，才能免遭高端技术被人“卡脖子”的阵痛。他希望深圳和深圳的高校能为有这样理想抱负的人才提供更多舞台。

作者丨王瑜，深圳卫视《大湾区会客厅》导演