宋顏教授第一堂課上完。
謝凱站起來，走到發言席。
他穿得正式，中山裝的釦子扣得整整齊齊。
他站在那兒，等掌聲落下去，纔開口。
“下麵這堂課，我講軍工級整合電路的設計思想。為什麼要專門講‘軍工級’？民品不能用嗎？因為民品的，壞了就壞了，下一批改。但如果在戰場上，一顆炮彈打出去，冇響，你們會怎麼辦？”
他頓了頓：“軍工晶片，和民品最大的不同，不是效能，是信任。戰場上的士兵，把命交給這顆晶片。他要的不是‘可能響’，是‘必須響’。”
他轉身，在黑板上寫下四個字：確定可靠。
“這就是軍工設計的第一條原則，不是追求‘最好’，是追求‘最確定’。”
他放下粉筆，看著台下：“民品晶片，設計的時候追求的是‘典型條件下能跑’。溫度25度，電壓5伏正負5%，一切正常。但戰場上呢？零下40度，發動機艙裡120度，電壓波動20%，電磁乾擾像刮颱風。這時候晶片還跑不跑？”
他在黑板上畫了一個電晶體的I-V曲線圖。
橫軸是電壓，縱軸是電流，曲線彎彎曲曲。
“軍工設計的第一課，叫‘最壞情況設計’。不是算典型值，是算邊界。”
他用粉筆在曲線圖上點了幾個點。
“溫度最高的時候，管子會不會關不死？溫度最低的時候，管子會不會打不開？電壓最高的時候，管子會不會擊穿？電壓最低的時候，電路能不能觸發？頻率最快的時候，時序還能不能對齊？”
他轉過身，從桌上拿起那份錢蘭做的失效分析報告，翻開，指著其中一頁。
“這裡的擊穿，為什麼？電晶體尺寸太小，電場強度太大。在實驗室裡，5伏電壓冇問題。但戰場上電壓一波動，瞬間過壓，柵氧化層就打穿了。這叫‘安全餘量不足’。”
他放下報告。
“軍工級的規矩是：所有關鍵引數，必須留出50%以上的餘量。電壓能抗10伏，隻讓它跑5伏；頻率能跑10兆，隻讓它跑5兆。不是浪費，是保命。”
“這叫‘降額設計’。讓晶片永遠工作在舒適區，永遠不挑戰極限。極限是用來敬畏的，不是用來跑的。”
他又拿出一張圖，是近炸引信的架構草圖。
密密麻麻的方塊，用箭頭連起來。
“戰場上的晶片，一定會壞。輻射、高溫、振動、老化，遲早出事。軍工設計不會去想‘怎麼讓它不壞’，要去想‘壞了之後怎麼辦’。”
他指著圖上的幾個模組。
“我們給近炸引信設計了三模冗餘。三個一模一樣的運算單元，同時算同一道題，結果送進表決器，少數服從多數。如果一個單元壞了，算錯了，另外兩個對的把它壓下去，輸出還是對的。”
“這叫‘故障-安全’架構。故障可以被檢測，被隔離，被容忍。係統不會因為一個點壞了就癱瘓，隻會降級執行，直到完成任務。”
“還有一種更狠的，叫‘鎖步’。兩個晶片跑完全相同的指令，每一步都對比結果。一旦不一致，立刻複位重跑。這種設計，連瞬時的‘軟錯誤’都能抓出來。比如高能粒子打中儲存器，把0打成1，鎖步架構能發現它、糾正它。”
他轉過身：“戰場上，電磁環境什麼樣？雷達、電台、發動機點火、甚至敵人的電磁乾擾彈，都是噪聲源。一個晶片，如果扛不住這些，就是廢鐵。”
他在黑板上畫了一個訊號波形，然後在上麵加了一層密密麻麻的毛刺。
“這是正常的訊號，這是乾擾。如果乾擾足夠大，0可能被讀成1，1可能被讀成0。怎麼辦？”
他列出三條。
“第一，差分訊號。不拿一根線傳訊號，拿兩根。一根傳原訊號，一根傳反訊號。接收端一減，乾擾互相抵消，訊號加倍。”
“第二，光電隔離。輸入和輸出之間，用光來傳訊號，冇有電氣連線。外麵的高壓打不進來，地上的噪聲傳不進去。”
“第三，遮蔽與濾波。關鍵模組用金屬殼包起來，像個罐頭。電源線上加濾波器，把高頻噪聲濾掉。”
“這叫‘電磁相容’。軍工晶片的第一課，不是‘怎麼算得快’，是‘在電磁風暴裡怎麼活下去’。”
他頓了頓：“軍工專案呢？一個型號用十年、二十年很正常。晶片壞了，冇人上去換。”
他在黑板上寫下一個詞：老化篩選。
“軍工級的晶片，出廠前要經過‘老化篩選’。高溫儲存、溫度迴圈、離心加速、振動衝擊，把那些‘早夭’的提前乾掉。剩下的，纔是能活幾十年的。”
他拿出一份資料，是美軍標MIL-STD-883的節選。
“這是美軍標，他們定下來的規矩。我們也要做。每一顆軍工晶片，出廠前必須經曆這些折磨。折磨不死的，才能上戰場。”
他頓了頓，聲音低下來：“最後一條，是給敵人準備的。”
他指著黑板上的版圖：“軍工晶片，落在敵人手裡，就是情報。所以設計的時候，要加防逆向工程的手段。”
他列出幾條：“版圖混淆，關鍵模組的佈局，故意畫得複雜，讓人看不出來哪兒是哪兒。
加密保護，晶片內部的程式，是加密儲存的。讀出來也是一堆亂碼。
熔絲燒斷，測試介麵用完了，直接燒斷。想再連進去？冇門。”
“這叫‘物理安全’。晶片落到敵人手裡，隻是一塊黑玻璃。他想抄？抄不出來。想破解？破解不了。”
他把黑板上的板書全部擦掉，重新寫下三行字。
必須可靠。在最壞的情況下，也要工作。
必須容錯。壞了也能完成任務。
必須安全。落到敵人手裡，也不能被利用。
他轉過身，看著台下。
“民品晶片，追求的是‘更快、更小、更便宜’。軍工晶片，追求的是‘一定能響’。”
他頓了頓：“軍工晶片，不是為了做最快的計算機，是為了做最可靠的計算機，讓炮兵算得準，讓引信炸得響，讓雷達看得清。”
“這是我們的責任。”
他停頓了幾秒：“驚雷專案剛立項的時候，有人問我：如果這是戰場，一顆炮彈冇響，怎麼辦？”
“我現在回答，如果這是戰場，我們的任務，就是讓它必須響。”
台下沉默了幾秒。
然後，驚雷專案組的軍方技術人員們，帶頭鼓起了掌。
掌聲很響，很沉。
謝凱點點頭，走回座位。
錢蘭站起來，走到發言席。
她手裡拿著一份報告，封麵是白色的硬紙，印著紅字：《GPMC-01晶片首次流片失效分析報告》。下麵還有一行小字：整合電路實驗室，1966年1月。
她把報告舉起來，讓台下的人都能看見。
“這份報告，是我寫的。”她開口，聲音很平，“記錄了高頻脈衝電機控製晶片第一次流片的失敗經過。”
她頓了頓。
“60塊晶片。目檢淘汰3塊，短路淘汰41塊，擊穿淘汰8塊。最後能用的，8塊。良率，13.3%。”
台下有人倒吸一口氣。
錢蘭冇理會，從兜裡拿出幾塊晶片，擺在講台上。
她拿起第一塊，是短路的。
“72%的短路率。”她說，“當時我們測第一塊，零。第二塊，零。第三塊，零。測到第十塊的時候，手都在抖。”
她指了指身後幻燈片上那張放大的版圖，兩條線捱得很近。
“後來發現，短路的區域高度集中，都在暫存器堆，都在同一個位置。設計規則下限，5微米。理論上夠。但工藝有波動，光刻偏一點、刻蝕過一點，就連上了。”
台下有人舉手，是6305廠的一個年輕技術員：“後來怎麼改的？”
“放寬。”錢蘭說，“6微米。寧可麵積大一點，也不冒短路的險。”
她在黑板上寫下一個詞：工藝視窗。
“這是我們從這次失敗裡學到的第一課。設計不是走鋼絲，是給工藝留出餘量。”
她拿起另一塊晶片，是被擊穿的。
“靜態電流測出來的。上電，指標直接打到底。內部擊穿了。”
身後的幻燈片播放著真空所用電鏡拍的幾張照片。放大幾百倍的顯微照片，晶圓表麵有一個小小的熔坑，像被雷劈過的痕跡。
“擊穿點集中在柵氧化層。”她指著照片上的那個黑點，“電晶體尺寸太小，電場強度太大。電壓一高，就打穿了。”
台下安靜了幾秒。
“這個怎麼改？”還是那個年輕技術員。
“加大。”錢蘭說，“關鍵路徑上的電晶體，尺寸翻倍。功耗大一點沒關係，但不能擊穿。”
她在黑板上又寫了一個詞：可靠性冗餘。
“這是第二課。有些地方，寧可‘浪費’一點，也不能賭。”
她又拿起一塊晶片，是那5塊能用的之一。
“5塊能用。但全都有延遲。”她指著幻燈片上的示波器波形，“頻率比設計值低15%到20%。所有能用的，都慢。”
她指著波形上的某個點。
“測了幾天，找到問題。關鍵路徑上有個與非門，驅動能力不夠，訊號爬升慢。這個門畫得太小了。”
她轉過身，看著台下。
“這不是工藝的問題，不是材料的問題，是電路設計的問題。我們畫版圖的時候，光顧著把管子做小、把線畫密，忘了問一句：它跑得動嗎？”
台下冇人說話。
“這是第三課，設計不隻是畫出來，還要算清楚。每一級延遲，每一根線的電容，都要算。不算就是盲人摸象。”
講完三個案例，錢蘭開始講那份報告。
身後的幻燈片一頁一頁過。
失效晶片的座標圖，每一顆的位置、故障型別、嚴重程度，全都標了出來。
典型故障的顯微照片，短路的、擊穿的，一張一張放給大家看。
擊穿點的版圖對照，精確到微米。
延遲測試的波形圖，每一張都有詳細的標註。
最後是那張設計問題清單。
電源線與地線間距過小。
電晶體尺寸偏小。
長走線缺乏緩衝器。
“這是改版的方向。”錢蘭說，“改完以後，麵積大了18%，電晶體多了272個。但下一輪流片，良率至少能到30%。”
她看著台下。
“這份報告，是我們一個月的心血。但它不隻是給我們看的，是給以後所有人看的。以後再有人做晶片，第一次流片失敗，可以翻翻這份報告，看看我們是怎麼踩的坑。”
台下安靜了幾秒。
然後有人鼓掌。
是柳工，他站起來，走到前麵。
“我看了這份報告。寫得很好。問題找得準，分析得透。但我要說的是，工藝這邊，也有問題。”
他從兜裡掏出一張紙，是一份氧化工藝的引數記錄。
“氧化層緻密性不夠。我們測過，針孔密度偏高。如果氧化層冇長好，電壓一來，該絕緣的地方就不絕緣了。這個問題，不是你們設計能解決的，是我們的活兒冇乾到位。”
他把紙放下：“還有摻雜。擴散爐裡，不同位置的片子，摻雜濃度不一樣。前端的濃，後端的淡。這個波動，也會導致晶片效能不一致。”
他看著台下：“所以今天我來，不隻是來聽課的。我是來告訴你們，工藝這邊，也在改。氧化工藝要調，摻雜工藝也要調。下一輪流片，我們會拿出更穩的片子。”
他走回座位，坐下。
掌聲又響起來，比剛纔更響。
掌聲剛落，靠牆那排有人舉手。
是驚雷專案組的，一個三十來歲、穿便裝的軍人。
他站起來，看著錢蘭：“我問個問題。你們這次失敗，72%短路、48%擊穿、延遲全覆蓋，按說，這是技術災難。但你們現在坐在這裡，給我們講這堂課，是什麼意思？”
他頓了頓：“我的意思是，如果這是戰場，一顆炮彈打出去，冇響。你們會怎麼辦？寫一份報告，告訴大家為什麼冇響？”
會議室裡安靜了。
錢蘭沉默了幾秒：“我們會的。我們會寫報告，告訴大家為什麼冇響。然後，我們會改。改設計，改工藝，改一切能改的地方。再打一發。如果還冇響，再寫報告，再改。一直改到它響為止。”
她看著那個軍人：“這是我們的活法。你們的活法是一發炮彈打出去，必須響。我們的活法是讓它能響。”
那個軍人沉默了幾秒，然後點點頭。
錢蘭講完，走回座位。
台下安靜了幾秒。
然後有人鼓掌。是6305廠工藝科的人，是驚雷專案組的軍人，是整合電路實驗室的設計人員。
掌聲持續了很久。