魏知遠教授的團隊入駐三天後,在實踐基地筒子樓的二層,“星河計劃”成立了整合電路設計尖兵組,拉開了整合電路的序幕。
尖兵組所在的五間辦公室,瀰漫著一種屬於拓荒者的悲壯與迷茫。
這裡擁擠而簡陋,畫著奇怪符號和電路草圖的硫酸紙,釘滿了整麵牆,桌上、地上,甚至窗台上,都堆滿了寫滿演算過程的稿紙,以及一些用三極體、電阻、電容臨時搭接的、功能不明的粗糙電路板。
厚厚的俄文技術手冊影印件堆在角落,甚至婁振華寄回來的技術書籍都被呂辰貢獻了出來,他們企圖在這裡找到哪怕一點點提示,但都註定無望,這是連石頭都摸不著的過河。
紙張、墨水、菸草的味道,混合焦躁的情緒在空氣裡蔓延。
劉星海教授親自點將,任命原方教授助手、主攻電子工程與無線電物理的宋顏副教授擔任這個11人尖兵組的總負責人兼技術總師。
宋教授年近四十,戴著深度眼鏡,平時話不多,但思維極其縝密,兼具紮實的數理功底與工程實現眼光,是連線理論與實踐的絕佳橋梁。
這支隊伍雖小,卻五臟俱全,是劉教授精心配置的“全攻全守型”尖兵。
係統架構與邏輯設計,落在了呂辰、吳國華,以及數學係抽調來的謝凱師兄頭上。
他們的任務是定義未來晶片的“靈魂”,即指令集與係統架構,將加法器、暫存器等複雜功能,轉化為由基本邏輯單元構成的、可供實現的電路框圖,並製定核心的設計規範。
這是從數學抽象到工程實體的第一道橋梁。
諸葛彪領銜,另有兩名電子工程係的精乾研究生負責電路設計與實現。
職責是將呂辰等人提供的邏輯框圖,“翻譯”成由具體電晶體、電阻、電容構成的實際電路,分析時序延遲、驅動能力、功耗,並設計抗乾擾和電平匹配電路。
在缺乏計算機模擬的條件下,他們隻能依靠手算和簡陋的示波器進行“腦力模擬”。
半導體工藝與器件物理,由錢師姐與另一位“廠校雙聘”的師兄負責。
他們需要深刻理解電晶體的工作原理、特性引數,尤其是整合化後相互之間的“串擾”與“寄生效應”,並將長光所、半導體所等工藝單位提供的、苛刻的“設計規則”反饋給前兩組,同時在晶片流片回來後,負責最關鍵的測試與引數分析。
兩名來自精密儀器係和電子工程係的研究生,負責版圖設計與製版,承擔著將電路設計“刻”到矽片上的關鍵一步。
他們需要使用巨大的座標紙和特製的紅色剝離薄膜,以毫米級甚至微米級的精確度,手工繪製每一層光刻掩模版的圖形,確保電晶體與互連線精確對齊。
這項工作極其繁瑣,是對耐心與細心的終極考驗。
測試與係統驗證隻有一名成員,是團隊的“終極質檢官”。
他需要設計複雜的測試方案與測試向量,在分立元件驗證階段搭建測試平台、除錯電路,在晶片回來後,對其進行全麵的功能與效能評估,如同老練的醫生,從微弱的訊號異常中定位設計的“病灶”。
這十一人,如同十一把形態各異、卻目標一致的鑰匙,試圖共同開啟那扇名為“整合電路”的、沉重而未知的大門。
他們每人身上還都揹負著實踐基地原有的課題任務,可謂是“兼職搞革命”。
劉教授從善如流,定下的目標,艱難到近乎悲壯:兩年內,設計並製造出能處理十位數加減乘除運算的計算器晶片。
這不僅僅是一個產品,更是叩開資訊時代大門的投石問路。
又是一個下午,在尖兵組兼作會議室的辦公室裡,劣質茶葉和香菸互動混合,空氣凝滯得彷彿能擰出水來。
連續多日的高強度討論與各自為戰的設計嘗試,非但冇有理清頭緒,反而讓混亂有加劇的趨勢。
宋顏教授用力揉著發脹的眉心,眼底佈滿血絲,他指著黑板上幾處用不同顏色粉筆、不同符號標記的相同功能模組,聲音沙啞而沉重。
“同誌們,我們不能再這樣混亂下去了!”他敲了敲黑板,“看看!你管這個叫‘開關’,他管那個叫‘阻通’,還有叫‘是門’、‘非閥’的……同一個‘與’邏輯功能,冒出來五六種叫法,畫法更是五花八門!這還隻是最基礎的幾個單元。如果連我們自己都不能統一‘語言’,以後怎麼設計包含了成千上萬個單元的複雜電路?怎麼讓未來全國參與‘星河計劃’的兄弟單位,都能看懂我們的圖紙,接上我們的工作?”
謝凱師兄無奈地放下手中的鉛筆,歎了口氣:“宋教授,不是我們不想統一。實在是這東西太新,連國外的資料都查不到。咱們現在等於是從燒磚開始蓋樓,每個功能,大家按自己的理解取個順口的名字,畫個自己能看懂的符號,已經是在摸索前進了。”
諸葛彪推了推厚厚的眼鏡,他這些天也被各種臨時定義的符號和命名折磨得不輕,介麵道:“關鍵在於,我們必須為每一種最基本的‘因果’關係,定義一個無歧義的符號和名稱。比如,‘隻有輸入A和輸入B同時為‘真’時,輸出C才為‘真’’,這個最基本的關係,我們必須給它定下唯一的名字和畫法,不能有二義性。”
錢師姐也起身發言,她在“掐絲琺琅”電路板量產專案中深刻體會到標準化的重要性:“我同意彪子的意見。理論基礎我們可以借鑒布林代數,但必須把它‘翻譯’成我們工程師能直觀理解、易於協作的工程語言。我覺得,我們應該聚焦在最核心、最必不可少的幾種邏輯關係上,先把它們定下來。”
呂辰看著黑板上的混亂,聽著眾人的爭論,知道時機已經成熟。
他深吸一口氣,站起身,沉穩地開口:“宋教授,各位,關於統一基礎邏輯單元的表達方式,我有一個初步的想法。”
瞬間,辦公室裡所有的目光都聚焦到他身上。
這個年輕的“構想師”已經在無數次技術攻堅中證明瞭他那化繁為簡、直指核心的能力。
“我們或許不必發明太多複雜的新詞,”呂辰走到黑板前,拿起粉筆,擦掉了一小片區域的雜亂符號,“我們可以嘗試用最形象、最直接的比喻。我提議,就把這些能實現基本邏輯關係的電路單元,統稱為——‘邏輯閘’。”
“邏輯閘?”謝凱師兄下意識地重複了一遍,仔細品味著這個詞。
“對,門。”呂辰在黑板上畫了一個簡單的方框,兩邊引出輸入線,一端引出輸出線,“就像一扇真實的門,電訊號想通過它,必須滿足特定的‘開門條件’。不同的‘門’,開門的條件不同。”
他一邊說,一邊手腕穩定地在黑板上勾勒出三個簡潔而獨特的符號。
“第一種,實現‘與’關係的門。”
他畫下了一個左側是直線,頂底為弧線,右側引出線的“D”形符號,“就像我們尖兵組開會,必須宋教授‘與’我們所有核心成員‘都’到齊了,會議才能正式開始。”
他在符號旁寫下“與門”二字,“我們就叫它‘與門’。”
“第二種,實現‘或’關係的門。”他接著畫了一個左側是尖角,右邊引出線的符號。
“好比我們向廠裡申請物資,我‘或’國華‘任何一人’去找李廠長簽字,都可以獲得批準。”他寫下“或門”,“就叫‘或門’。”
“第三種,最簡單也最關鍵的,實現‘非’關係的門。”他最後畫了一個三角形,尖端指向輸出,但在輸出端前加了一個小圓圈。
“它的輸出總是與輸入相反。輸入是‘真’,輸出就是‘假’;輸入是‘假’,輸出就是‘真’。像不像一個總是在唱反調的倔強傢夥?”他寫下“非門”,“就叫‘非門’。”
宋教授看著這三個形象直觀的符號,以及呂辰恰到好處的比喻,眼睛驟然亮了起來:“與門、或門、非門……好!言簡意賅,意象明確,一聽就懂!那它們具體的運作規則,如何精確地、無歧義地描述出來?光有名字和符號還不夠。”
吳國華立刻接話,語氣嚴謹:“可以用‘真值表’!這是我們數學和邏輯學中常用的工具。把所有可能的輸入組合,和對應的輸出結果,全部列成一張清晰的表格。一目瞭然,絕無歧義!”
他說乾就乾,立刻起身,走到黑板另一塊空白的區域,拿起粉筆,唰唰地畫起了表格。
對於“與門”,他列出兩輸入的所有可能:
“輸入A=0,B=0->輸出=0”
“輸入A=0,B=1->輸出=0”
“輸入A=1,B=0->輸出=0”
“輸入A=1,B=1->輸出=1”
他一邊寫一邊解釋:“我們統一約定,用‘1’代表‘真’、‘高電平’、‘開關接通’;用‘0’代表‘假’、‘低電平’、‘開關斷開’。大家看,隻有A‘與’B同時都是1時,輸出纔是1。其他任何情況,輸出都是0。”
接著,他又迅速而準確地畫出了“或門”和“非門”的真值表。
“或門”:
“輸入A=0,B=0->輸出=0”
“輸入A=0,B=1->輸出=1”
“輸入A=1,B=0->輸出=1”
“輸入A=1,B=1->輸出=1”
“非門”:
“輸入A=0->輸出=1”
“輸入A=1->輸出=0”
“妙啊!”一位師兄激動道,“有了這真值表,任誰來看,哪怕是個剛入門的新手,都能立刻明白這‘門’是乾什麼的!輸入什麼情況,輸出必然是什麼結果,清清楚楚!比我們之前用大段文字描述、還容易產生誤解的方式,強了一百倍!”
諸葛彪也興奮地補充道:“而且,最關鍵的是,有了這些最基本的‘門’,我們就可以像搭積木一樣,用它們組合出實現加法、減法、移位甚至更複雜運算的電路!未來的設計圖紙上,隻需要標註這些標準的符號和它們之間的連線關係,不同專業、不同小組的人,哪怕冇見過麵,也能無縫協作!這纔是工業化設計的基石!”
宋教授看著黑板上那三個符號和真值表,連日來的疲憊和焦慮彷彿被吹散,臉上露出瞭如釋重負的笑容。
他地拿起粉筆,在黑板最頂部,用力寫下了一行大字:整合電路基礎邏輯單元定義
一、基本邏輯閘:……
二、定義工具:真值表……
他轉過身,目光掃過這些年輕麵孔,聲音沉穩而堅定,帶著一種開創曆史的莊嚴。
“那麼,我們尖兵組,今天,就以此為基礎,定下我們中國整合電路設計的‘第一塊基石’!‘邏輯閘’與‘真值表’,這就是我們未來的共同語言,是我們通往‘星河’的‘基礎語法’!”
他冇有詢問是否通過,因為從每一個人熠熠生輝的眼神中,他已經得到了答案。
曆史的指標,在這間瀰漫著煙味的簡陋辦公室裡,為這十一位身兼數職、滿懷理想與智慧的探索者,悄然撥動了一個微小的刻度。
一個屬於中國電子工業的、自主定義的設計基石,就此落下。
前路依然漫漫,但至少此刻,他們手中,已經握住了照亮第一步的火種。
會議結束後,尖兵組立刻投入了緊張的應用實踐中。
呂辰和吳國華、謝凱開始嘗試用剛剛定義的“與門”、“或門”、“非門”來構建一個最基本的半加器電路;
諸葛彪則帶著電路組的成員,參照真值表,開始設計用分立電晶體來實現這三種基本邏輯閘的實際電路,並測算其延遲和驅動能力;
錢師姐則認真地將這些定義記錄在專用的保密筆記本上,準備與工藝線提供的資料進行比對;
而那兩位版圖設計員,已經迫不及待地開始在座標紙上,練習繪製這些標準符號的精確幾何圖形……
筒子樓二層的燈光,又一次亮至深夜。