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集成电路,新中国曾经有这样的辉煌

2018-5-14 22:49| 发布者: 龙翔五洲| 查看: 6491| 评论: 0|原作者: 刘枫|来自: 察网

摘要: 由于有周恩来主持制定的科学规划,新中国的集成电路产业起步和发展,在帝国主义的封锁下开了个好头,经过20余年的辛勤奋斗,尽管与世界发达水平还有一定距离,但也是硕果累累。

集成电路,新中国曾经有这样的辉煌——前三十年我国集成电路事业的自主赶超路线和成就

由于有周恩来主持制定的科学规划,新中国的集成电路产业起步和发展,在帝国主义的封锁下开了个好头,经过20余年的辛勤奋斗,尽管与世界发达水平还有一定距离,但也是硕果累累。截至70年代末,中国科研人员和产业工人发扬自力更生、自强不息的精神,建成了中国自己的半导体工业,基本掌握了从单晶制备、设备制造、集成电路制造的全过程技术。在当时,只有美国、苏联掌握从单晶制备、设备制造、集成电路制造的全过程技术,虽然日本技术很强,但个别领域被美国限制和阉割。而此时,韩国、台湾才刚刚起步。正是在自力更生、艰苦奋斗的精神和公有制体制的保障下,我国计算机和集成电路事业在前三十年取得了一个又一个成就。

【本文为作者向察网的独家投稿,文章内容纯属作者个人观点,不代表本网观点,转载请注明来自察网(www.cwzg.cn),微信公众号转载请与我们联系。】

新中国建国后的第一个三十年,我国计算机和集成电路事业在自主赶超路线的主导和公有制科研、生产体系的统筹下,从无到有,初步建立起了独立完整的产业体系,不断缩小与日本、美国的差距,比韩国起步早,发展快,对今天的芯片产业自主研发仍有重要的启示。

对钢铁技术产业、电子信息技术产业都做过专门研究的老一代革命家马宾(原鞍钢总经理、总工程师,改革开放后历任冶金工业部副部长、国家进出口委员会副主任、国务院经济研究中心副总干事等)早在90年代初指出,“如果说集成电路是电子信息产业的核心,那么继承电路生产的支撑产业就是电子信息工业的基础。”“IC产品的竞争,实际上是制造设备的竞争”,从65-78年,“产业内各行业是同步发展的,并已建立了较完整的设备、仪器、材料、科研、生产的体系”。

1、科研和生产布局:集中攻关,遍地开花

科研和生产配置方面,早在建国初期,1950年抗美援朝战争爆发后,为解决军队电子通信问题,国家成立电信工业管理局,在北京酒仙桥筹建北京电子管厂(京东方前身),由民主德国(东德)提供技术援助。酒仙桥还建起了规模庞大的北京电机总厂、华北无线电器材联合厂(下辖706、707、718、751、797、798厂)、北京有线电厂(738厂)、华北光电技术研究所等单位。在1952年,中国便成立了电子计算机科研小组,由当时的数学研究所所长华罗庚负责。

1956年,中国提出“向科学进军”,国家制订了发展各门尖端科学的“十二年科学技术发展远景规划”,把计算机列为发展科学技术的重点之一,并筹建了中国第一个计算技术研究所。根据国外发展电子器件的进程,提出了中国也要研究发展半导体科学,把半导体技术列为国家四大紧急措施之一。从半导体材料开始,自力更生研究半导体器件。为了落实发展半导体规划,中国科学院应用物理所首先举行了半导体器件短期训练班。请回国的半导体专家内昆、吴锡九、黄敞、林兰英、王守武、成众志等讲授半导体理论、晶体管制技术和半导体线路。参加短训班的约100多人。

当时国家决定由五所大学-北京大学、复旦大学、吉林大学、厦门大学和南京大学联合在北京大学半导体物理专来,共同培养第一批半导体人才。五校中最出名的教授有北京大学的黄昆、复旦大学的谢希德和吉林大学的高鼎三。1957年就有一批毕业生,其中有现在成为中国科学院院士的王阳元(北京大学)、工程院院士的许居衍(华晶集团公司)和电子工业部总工程师俞忠钰等人。之后,清华大学等一批工科大学也先后设置了半导体专业,培养了大批专业人才。

1958年,上海组建华东计算技术研究所,及上海元件五厂、上海电子管厂、上海无线电十四厂等企业。使上海和北京,成为中国电子工业的南北两大基地。1960年,中国科学院在北京成立半导体研究所,集中了王守武博士、黄昆博士、林兰英博士等著名海外归国专家。同年组建河北半导体研究所(后为中电集团第13所),进行工业技术攻关。

到六十年代初,中国半导体器件开始在工厂生产。此时,国内搞半导体器件的已有十几个厂点。当时北方以北京电子管厂为代表,生产了II-6低频合金管和II401高频合金扩散管;南方以上海元件五厂为代表。

1961年我国第一个集成电路研制课题组成立。1962年由中科院半导体所,组建全国半导体测试中心。1963年中央政府组建第四机械工业部,主管全国电子工业(1982年改组为电子工业部),由通信专家王诤中将任部长。1968年,我国组建国营东光电工厂(878厂)、上海无线电十九厂,至1970年建成投产,形成中国IC产业中的“两霸”。

中国早期电子工业,主要以军事项目为牵引,研制军用航空电子设备、弹道导弹控制设备、核武器配套电子设备、军用雷达、军用通讯器材、军用电子计算机等产品。1958年开始研制东方红卫星后,又将防辐射级太空电路列入研究项目。民用电子产品以收音机为主。70年代初,受国内外微电子业迅速发展的影响,加上集成电路的利润丰厚,国内出现一股电子热潮,全国建设了四十多家集成电路工厂,包括四机部下属的749厂(甘肃天水永红器材厂)、871厂(甘肃天水天光集成电路厂)、878厂(北京东光电工厂)、4433厂(贵州都匀风光电工厂)和4435厂(湖南长沙韶光电工厂)等,各省市另外投资建设了大批电子企业,为以后进行大规模集成电路的研究和生产提供了工业基础。

2、科研和生产成果:自力更生,逐渐缩小同国外差距

在科研和生产成果上,前三十年我国整体上紧跟世界相关领域的先进成就,不断缩小同发达国家的距离,下面是几个具有标志性的成果比较:

1957年,北京电子管厂通过还原氧化锗,拉出了锗单晶。中国科学院应用物理研究所和二机部十局第十一所开发锗晶体管。当年,中国相继研制出锗点接触二极管和三极管(即晶体管)。国外最早是在1947年,美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管。中外差距:10年。

1963年(一说1962年),河北省半导体研究所制成硅平面型晶体管。平面工艺技术是半导体元件制作中的一个关键环节,是制作集成电路的基础。国外最早是在1958年,由仙童半导体公司 (Fairchild Semiconductor,也译作“飞兆公司”)首先发展出平面工艺技术。中外差距:5年。

1962年,为解决晶体管制造难题,中国人民解放军军事工程学院四系四○四教研室康鹏(25岁)临危受命,成功研发“隔离-阻塞振荡器”(后被命名为康鹏电路),解决了晶体管的稳定性问题,使中国比美国晚近8年进入晶体管时代。

集成电路,新中国曾经有这样的辉煌——前三十年我国集成电路事业的自主赶超路线和成就

在解决晶体管制造难题后,哈军工(由慈云桂主持设计)成功研制出新中国第一台全晶体管计算机441B-I于1964年诞生,比美国第一台全晶体管计算机RCA501只晚了6年。441B计算机1966年参加北京的计算机展览,恰逢邢台大地震,在地震中稳定运行。

1964年,吴几康成功研制119计算机,该计算机运算能力为每秒5万次,运算能力略强于美国于1958年制造的IBM 709计算机,IBM 709计算机的运算能力为每秒4.2万次。119计算机同1965年研制成功的109机,在我国研制氢弹的历程中立下很大功劳,被称为“功勋机”。

集成电路,新中国曾经有这样的辉煌——前三十年我国集成电路事业的自主赶超路线和成就

119计算机

1965年12月,河北半导体研究所召开鉴定会,鉴定了第一批半导体管,并在国内首先鉴定了DTL型(二极管―晶体管逻辑)数字逻辑电路。1966年底,在工厂范围内上海元件五厂鉴定了TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路产品。DTL和TTL都是双极型数字集成电路,它们的研制成功标志着中国已经制成了自己的小规模集成电路。国外最早:1958年-1959年,美国德州仪器公司和仙童公司各自研制发明了半导体集成电路,1960年仙童半导体研发了第一块商用集成电路。中外差距:5-7年。

有了初级规模的集成电路,就有了制造第三代计算机(中、小规模集成电路)的基础。中国第一台第三代计算机是由位于北京的华北计算技术研究所研制成功的,采用DTL型数字电路,与非门是由北京电子管厂生产,与非驱动器是由河北半导体研究所生产,展出年代是1968年。国外最早是在1961年,德州仪器为美国空军研发出第一个基于集成电路的计算机,即所谓的“分子电子计算机”。中外差距:7年。

与双极型电路相比,MOS(金属氧化物)电路具有电路简单、功耗低、集成度高的优势。 1968年,上海无线电十四厂首家制成PMOS(P型金属氧化物半导体)电路,拉开了我国发展MOS电路的序幕,并在七十年代初,永川半导体研究所(现电子第24所)、上无十四厂和北京878厂相继研制成功NMOS电路,之后又研制成CMOS电路(互补型MOS电路)。国外最早:1960年,美国无线电(RCA)制造出金属氧化物半导体晶体管。1962年,美国无线电(RCA)制造了一个实验性的MOS集成电路器件。1963年,仙童实验室研制成CMOS电路。中外差距:6-7年。

1972年,我国自主研制的大规模集成电路在四川永川半导体研究所诞生,实现了从中小集成电路发展到大规模集成电路的跨越。国外:1971年,Intel(英特尔)推出1kb动态随机存储器(DRAM),包含2000多只晶体管,标志着大规模集成电路出现。中外差距:1年。

1975年,北京大学物理系半导体研究小组,由王阳元等人,设计出我国第一批三种类型的(硅栅NMOS、硅栅PMOS、铝栅NMOS)1K DRAM动态随机存储器,它比美国英特尔公司研制的C1103要晚五年,但是比韩国、台湾要早四五年。此时,台湾才刚刚在向美国购买3英寸晶圆厂。

集成电路,新中国曾经有这样的辉煌——前三十年我国集成电路事业的自主赶超路线和成就

北京大学校史陈列馆展示的相关器件

1975年,上海无线电十四厂成功开发出当时属国内最高水平的1024位移位存储器,集成度达8820个元器件,达到国外同期水平。到上世纪70年代末,我国又陆续研制出256和1024位ECL高速随机存储器,后者达到国际同期的先进水平;可以生产NMOS256位和4096位、PMOS1024位随机存储器;掌握了对于大规模集成电路制造起着重要作用的无显影光刻技术,可用于制造分子束外延设备。

总体来看,在这个时期,虽然美国计算机发展迅猛,但中国同行追得也很快,从无到有,差距逐渐缩小,甚至在某些局部领域追平西方,达到先进水平。中科院上海冶金所还独立发展了制造集成电路所需要的离子注入机,并出口到日本。

截至70年代末,中国科研人员和产业工人发扬自力更生、自强不息的精神,建成了中国自己的半导体工业,基本掌握了从单晶制备、设备制造、集成电路制造的全过程技术。在当时,只有美国、苏联掌握从单晶制备、设备制造、集成电路制造的全过程技术,虽然日本技术很强,但个别领域被美国限制和阉割。而此时,韩国、台湾才刚刚起步。

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