人物 | 中科院上海微系统所武震宇：立方寸之地，筑钻石之“芯”
今年，距离武震宇决定出国深造之时，已正好是第二十个年头。2004年，他从山东大学物理基地班毕业之后，前往德国乌尔姆大学（Universität Ulm）留学，他在那里攻读“电子信息材料”专业，也由此接触到了当时世界主流的MEMS芯片技术。MEMS的全称是Micro-Electro-Mechanical System，意为微机电系统。它看起来是某种复杂的科技代名词，但实际上早与每个人息息相关。可以说，当前人们所使用的的一切智能电子产品，基本都有MEMS的身影。它通过微纳制造技术将微小的机械部件制造在芯片表面上，并与电路元件相互连接，而这些微小的机械结构可以实现感应、测量、控制和执行等功能。MEMS芯片
武震宇在德国学习的那段时间，正处于MEMS产业浪潮的兴起之时。从20世纪80年代开始，由于国外汽车行业的快速发展，汽车电子应用如安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等需求极速增长，巨大利润空间驱使欧洲、日本和美国的企业大量生产MEMS，而正是这样的发展势头，让武震宇感受到了时代的召唤。因此，在毕业后他就选择进入博世担任研发工程师、项目经理，负责MEMS传感器芯片微纳加工工艺，开发并交付了多种车用芯片和智能手机芯片。但时代，还会赋予个人更多的使命与意义。就在2018年，他迎来了全新的转折点，就是回到自己的故土，重新开启新的事业篇章。从Tier1巨头的资深工程师，到中国科学院上海微系统与信息技术研究所（以下简称“微系统所”）的研究员、传感技术实验室主任，武震宇始终觉得自己的角色并没有太大的变化。而风起于青萍之末，浪成于微澜之间，由新四化变革所带来的国内自主品牌汽车发展，也注定将推动芯片产业翻开全新的一页。他和地平线创始人兼CEO余凯博士有些不同，同样是做科研出身，余凯喜欢创业的“赌性”，并在不断学习如何从科学家变为优秀的商人。当年如他一般从海外归国的同行当中，也有相当一部分人已经通过自主创业打开了一方天地，但他还是觉得自己的性格更适合深思熟虑、极深研几。他更想看到那由技术之巅所散发出的、钻石般纯粹而耀眼的光芒，照亮由技术到产业的转化之路。事实上，在当初能够放弃高薪、选择回国，的确需要一定的勇气。2015年，借着“春晖计划”的机会，他来到国内给多个大学和研究院作演讲交流，也就在此时，武震宇对国内芯片产业的“贫瘠”有了非常深切的感受。“在博世时，我的部门叫汽车电子事业部，就是要将整个博世集团内部造的传感器芯片、功率芯片等底层芯片装在控制单元里面，算是整个链条内的基础性框架，但这一块恰恰在国内是非常欠缺的，几乎可以说是空白”，武震宇解释道，虽然当时国内涌现了一批如长城、比亚迪、吉利、奇瑞这些自主品牌的汽车，但是当打开引擎盖、拆开电控单元时就会发现，里面的芯片无一例外都是进口的，这种滋味让他很不好受。MEMS技术自上世纪80年代末就开始在世界范围内受到广泛重视，但我国的产业起步较晚，直至2010年前后才算有了雏形。因此，在回忆起回国的原因时，他一方面觉得如果再不回来“可能一辈子就在国外了”，另一方面，他仍然觉得应该用自己的力量，去尽可能地改变国内汽车底层芯片依赖进口的格局。“产业链的安全、自主可控、自主定义是相当重要的”，他表示，这点在前两年的缺芯阶段被放大得尤为明显，供应链断裂而对汽车产业的影响往往牵一发而动全身。2018年10月，武震宇正式回国加入微系统所，并逐步开始承担多项国家级、省部级科研项目。都说做科研的人要坐“冷板凳”，对此，武震宇倒是习以为常，“基础研究本来就是个苦差事，大多数的科研人员都需要面对自己百分之七八十的时间都不按预期走的现实。”他认为，失败并不是最可怕的，但要学会一轮轮去迭代，最终把它“打磨”成一门成熟的技术。中国科学院上海微系统与信息技术研究所
这无疑是一条长坡厚雪之路，他早有心理准备。不仅是国内外技术护城河的壁垒，更在于时间、速度、投入的较量。武震宇分析道，国内外的科研氛围仍然存在着一定的差异。“对于国内的车企来说，设计、营销、服务的支出仍然是大头，它没有那么多闲置的资金去养纯粹的、前端的科研人员。” 他的前辈告诉他，在2010年前后，微系统所在汽车电子领域已经有过了几次尝试，甚至专门单独成立了一个“汽车电子研究室”，但是技术迈进之路步履维艰，由于无法与行业真正结合，最终，研究室解散。但如今，武震宇觉得这样的情况不会再出现了。“国家希望国内能够真正解决那些'卡脖子’的，威胁到产业链安全的问题，同时，我们还要努力看到未来的技术发展趋势，防止未来被'卡脖子’。”因此，芯片就是那道必须迈过的关隘。现在的他，已经和团队成员们向“光-机-电”一体化集成的MEMS传感器芯片进发，结合国内新四化、自动驾驶的浪潮，国内弯道超车的微芒正在不远处闪现。如果说科学家的技术一点点把我们所处的世界微观化，MEMS就是一个绝佳的代表。一块MEMS芯片的内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统；一块用MEMS工艺做出的麦克风，可以比指甲盖还小。有科学家认为，未来人们一切可以见到的机械工艺，都可能通过MEMS做出来，随之带来的是高集成度、低功耗、可规模化量产等等优势。因此，结合历史的发展进程，光把技术研究出来还只是第一步，可大规模量产才是检验这项技术的“炼金石”。而事实上，从学术到产业之间，一直会存在一道名为“死亡之谷”的鸿沟。从名字便可见，由科技成果向现实生产力的转换有多艰难。武震宇回忆，之前中科院领导来所里讲话时便提到，基础研究和产业应用是相辅相成的，但如果将当前国内的研究所进行分类的话，既能把基础研究做好、又能把产业应用做好的可以说是“少之又少”。他也记忆犹新地记得，在决定回国前，微系统所传感技术国家重点实验室的领导找到他，并极力邀请他相助的场景，“当时最迫切的需求，就是想把科研和产业结合起来。”因此，基于国外学习的经验，加上多年的努力，武震宇和他的团队逐渐从汽车产业衍生的新需求中找到了突破口。“随着新能源智能汽车在国内的快速发展及'新四化’浪潮的兴起，国内的自主品牌可以自己定义一些功能。而当一些新功能涌现的时候，它就会自然而然地对传感器有一些独特的需求，就不一定非要采购现有的、国外已经很领先的技术。”武震宇表示，他们现在在推进的多个项目，都是为部分汽车的新功能提供底层的芯片。在他看来，传感器总体的发展趋势正从传统的单维感知，过渡到多维感知阶段。单维感知，是指测量单一物理量的功能，例如压力、温度、加速度、磁场等。多维感知，是指多通道、多物理量、具有融合算法的环境、三维景深、激光雷达等传感器，甚至把人类不可见、不能直接感知的维度进行识别和量化，例如红外波段化学成分分析、高光谱成像、精密电磁场成像等。多维感知对高效的闭环控制和机器决策起到关键性作用，而“光-机-电”一体化集成传感器和执行器芯片，是实现多维感知的基础，是人工智能、自动驾驶的关键，也是武震宇所在研究组的重点研究领域。此外，在开发流程上，也开始有了更多拓展的空间。“以前的汽车芯片有自己专门的开发流程、对安全等级的认证、生产质量的管理非常严格，但现在汽车采取了越来越多智能化的娱乐设施，用量太大，不可能每一颗芯片都像以前一样，完全按照正向研发的流程来走”，武震宇认为，针对一些非安全性、关键性的功能，可以把现有的消费电子芯片植入到汽车里，只要达到一定的标准、通过评估即可达成应用。未来，芯片应用的边界会越来越模糊，消费、汽车、航天领域之间将会有一定程度的贯通。千里之行始于足下，对于国产汽车的发展来说，想要彻底解决问题并非一朝一夕之事，武震宇表示，对于国产品牌来说，稳固供应链的安全、预见技术发展趋势和加强跨行业融合布局将是未来发展阶段的关键所在。在国外，他见识了由MEMS芯片所带来的巨大经济撬动能力，他也希望，它在国内也同样能迎来新的春天。身处芯片行业的人，对“摩尔定律”并不会陌生。它是现代技术中最为重要的概念之一，该定律认为，微芯片上的晶体管数量每两年就会翻一番，从而导致计算能力的指数级增长。这条定律已经推动了50年的科技进步，对人类的认知产生了深远影响。武震宇的内心始终认为，半导体的制备工艺是唯一一个人类现在发明的最理想的、可以批量化大规模制造相同产品的方式，“每一个人的手机里都会装同样的芯片，所以它是一个批量化、低成本的高级技术，”他介绍道，用这个技术来制备传感器也有类似的效果，“它可以造出性能非常好，而且非常便宜的产品，让每一辆车上都可以装得起。”如今，他和他的团队想要做到的，就是在“超越摩尔”领域追求极致。2013年，微系统所和上海市科委在嘉定区共同创建了上海微技术工业研究院（以下简称“上海工研院”），专门探索传感器执行器的相关技术落地及项目实施。2017年9月，上海工研院的“超越摩尔”8英寸研发中试线投入运营，成为国内首条、国际领先的微机电系统（MEMS）中试线。而所谓“超越摩尔”，就是指以成熟半导体技术为基础的非数字、多元化技术，其性能不遵循“摩尔定律”的工艺升级路线，覆盖MEMS传感器、光电子、高性能模拟及射频芯片等广阔的应用领域。从技术层面看，这只是一个用于流片的基础设施，但是“超越摩尔”中试线的产生，对于国内的MEMS芯片发展却意义深远。在博世工作时，此类中试线是武震宇经常使用的工具，而现在，他对产业化目标达成更加充满了信心。“我回国第一天其实两边都跨，一边是在微系统所做研究，另一边就在工研院做一些产业化的工作。”多年的勤耕不辍之下，原本的“点”（研究所）成了“线”（中试线），“线”又成了“面”——嘉定区为进一步推进产业的发展，集中建立了智能传感器产业园，并升级为了上海市级的特色产业，使得企业、人才集聚的氛围更加浓厚。而今年6月份，上海工研院联合上汽集团等单位在嘉定工业区创立的上海汽车芯片工程中心，将进一步推动技术与市场的紧密结合。而除了中试线的首席工程师之外，武震宇还拥有了一个新的身份，就是上海大学微电子学院联聘导师。这是因为，微电子学院在成立之初，就与工研院达成过5年协议：在中试线上，每年拿出四分之一左右的时间，用于微电子学院本科生和研究生的实践操作和技能培养。作为导师，他会为学生讲解课堂上难以接触到的知识，用行业的飞速发展和前沿科技的进步，去引领青年人才的前行，继而为行业源源不断地输送人才。前路是坎坷的，但无疑也是光明的。2023年，作为微系统所孵化的众多高科技企业之一，武震宇团队技术孵化的上海麦锴科技在智能传感器产业园正式成立，专注于MEMS激光扫描领域创新，在智能车灯、激光雷达、激光通信等新兴领域都有巨大的应用潜力。就在一个月前，他所在的传感技术国家重点实验室又传来佳音：其采用微纳加工技术，制备了出钻石量子磁传感器的核心——钻石芯片，同时研制出了微型高精度集成钻石量子电流传感器，在电动汽车、智能电网等多个关键领域有良好的应用前景，且这种制备工艺将具备批量化的潜力。这意味着，武震宇和他的团队在科技的海洋中，发现了钻石能够带来的另一种“闪耀”。他们的坚守和努力让人们知道，钻石，不仅可以作为珠宝装饰品，更是具有极高研究价值的新型量子材料。方寸之地上，一样能建起理想之国，一样能筑出钻石之“芯”。武震宇相信，未来一定会有更多致力于芯片研究的卓越创新人才不断涌现，会和他们一同携手，让国内的技术打开全新的世界。
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