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【追梦国光·人物志·师者】缪向水:攻坚“卡脖子”难题,中国芯一定要中国造

来源:   作者:  发布时间:2022年06月29日  点击量:

放弃国外优越的科研条件、优厚的生活待遇和得之不易的永久职位,他毅然决然地携家人回到母校重执教鞭,投身祖国和人民的高等教育事业,在学科技术自主研发和高校人才培养的道路上矢志不渝地奋进。他就是武汉光电国家研究中心教授缪向水。

缪向水现任华中科技大学集成电路学院院长、武汉国际微电子学院院长。他长期工作在高校教学一线,面向集成电路产业培养高质量紧缺人才,支撑了湖北省集成电路产业的高速发展,推动了国家存储器基地落户武汉。他从事存储器技术的国际前沿创新研究和存储器芯片的技术成果转化,团队研究成果在国际顶级学术期刊《Science》刊发。曾荣获国家科技进步奖2项、新加坡国家技术奖1项、湖北省技术发明一等奖1项,出版了国内第一本忆阻器专著《忆阻器导论》。缪向水团队还和国内多家龙头企业建立了联合实验室,合作开展芯片产品研发。缪向水荣登2021年“中国好人榜”,获得“2021荆楚楷模年度人物”、2021年第三季度“武汉楷模”、“湖北省道德模范”等荣誉称号。

放弃国外“金饭碗”毅然回国捧起“泥饭碗”

缪向水1996年于华中科技大学博士毕业,此后辗转香港、新加坡,并于新加坡国立大学国家数据存储研究院获得终身职位。虽在国外学习研究多年,但缪向水始终怀着一颗“中国芯”。2007年,得知武汉开始布局集成电路产业,缪向水心里只有一个念头:现在该是报效祖国的时候了。为了助力国家芯片产业发展,缪向水毅然决然放弃当时新加坡六倍于国内的年薪,回国自主研发存储芯片。

对于他的选择,很多朋友都不理解,觉得他摔了“金饭碗”,捧起“泥饭碗”。当时的新加坡已拥有完整的芯片产业体系,涵盖芯片设计、制造及封测等环节,企业投资大,科研环境好。在新加坡国立大学工作的10年间,他领导团队在科研创新上取得重大进展,并成为新加坡国立大学/国家数据存储研究院4级科学家,获得终身职位。而当时国内芯片技术落后,与国外差距很大,芯片行业发展举步维艰,经常被“卡脖子”。缪向水回忆,“整个芯片产业涉及集成电路设计、半导体制造、封装检测以及软件开发等多个环节,当时在所有环节上,我国内地都落后于世界最好水平一至二代。”如果要研发完全自主知识产权芯片,需要避开国外公司拥有知识产权的集成电路模块,在短时间内实现复杂设计的自主创新,难度极大。我国的芯片产业本来就起步晚、企业投资较少,研发自主知识产权芯片几乎是“不可能完成的任务”。回国,意味着在科研之路上会面临更多艰难险阻。

比起个人的科研前景和优越条件,缪向水更忧心祖国芯片行业的发展。信息存储技术是当今信息技术的基石,芯片技术落后的问题不仅仅是经济问题,更是涉及到国家产业安全和国家信息安全的大问题。而且,在国之重器的竞争比拼中,人才争夺日益激烈。“趁着现在还能为国家做点事,多培养一些专业人才,也算是为祖国建设尽一份绵薄之力。”国家迫切需要存储芯片领域的高端技术和管理人才快马加鞭科研创新,在某些方向取得重点突破,使部分芯片产品达到国际领先水平,以提升整个产业在国际上的话语权。

实现原始和源头创新 助力解决“卡脖子”问题

回国后,缪向水心怀强烈的国家使命感,不分日夜地忙碌起来。对内抓人才队伍建设和研究设备平台建设,对外通过各种会议和交流,提高学校及研究成果的显示度,加强国际合作与交流。他十年如一日地专注于存储器技术的国际前沿创新研究和存储器芯片的技术成果转化,引领我国存储器产业的发展。

自主研发的道路并不平坦。缪向水说:“芯片的研发难点在于实现功能应用的同时,保证较高的性能,如低功耗、高速度、高密度、高可靠性等。需要突破的关键技术,也不仅仅是芯片设计能力,还需要制程工艺水平的提升,以及关键材料和设备研发的进步等。”况且,芯片加工设备昂贵,流片出错的成本极高,一不小心损失可达上千万元。缪向水团队在信息存储材料等领域创新与探索的艰难脚步,也是我国存储芯片发展的缩影。

2010年,缪向水团队研发出中国第一款相变存储芯片,擦写速度是当时闪存芯片的1000倍,处于国际领先地位。时任国家副主席的习近平在武汉光电国家实验室(筹)考察时,就曾高屋建瓴地指出,要加快相变存储器技术实现产业化落地。但在接下来的几年中,成果转化遇到了困难。缪向水回忆,“那时候全球都没有这个产品,当时企业界就认为现在国外都没有做这个产品,我们没必要去趟路。那时候大部分技术还是在谈引进、吸收、再消化,没有从更高层面上,从原始创新层面上来进行产品开发。”三年后的2013年7月,习近平总书记又来到光谷,明确指出,我们这么大的国家,不能做其他国家的技术附庸。总书记说,“我们引进技术,进行消化、吸收和创新,但不是什么东西都可以引进,关键技术要靠自己。”掷地有声的话语,打破幻想,坚定了大家自力更生的信心和决心,也提升了企业的积极性,缪向水团队也积极的与不同企业进行接洽。他的专利转化成果曾入选湖北省2013年度“十大科技事件”和武汉市2013年度“最具影响力十大科技事件”。2016年国家在武汉成立国家存储器基地,布局下一代技术,三维相变存储器技术也终于得以转化,并且进行产品开发。

就在这一技术进行成果转化的关键时期,2018年4月,习近平总书记再次考察光谷,并在国家存储器基地听取了汇报。总书记给科技工作者们提出了更高的要求,“要加快在芯片技术上实现重大突破,勇攀世界半导体存储科技高峰。”高峰之巅,是勇者的梦想。缪向水团队甩开膀子投入到直指世界科技前沿的更新一代的存储芯片技术的研发中,并在新型类脑传感存储芯片研发上取得重大突破。

2019年,由缪向水团队完成93项三维相变存储器芯片专利许可给长江存储公司并合作开发芯片产品,并与行业龙头企业华为公司、新思科技公司等合作建立了联合实验室,推动存储器芯片技术的成果转化以及未来引领技术的探索。2021年8月,缪向水团队的最新研究成果在国际顶级学术期刊《科学》刊发,该研究突破了信息传感、存储和计算之间信息交换时存在的性能瓶颈,创新性地提出了一种同质晶体管-存储器架构和新型类脑神经形态硬件,成为未来颠覆性传感-存储-计算一体化的类脑智能和革命性非冯·诺依曼计算体系的一缕曙光。

缪向水不只投身于科研创新,他还十分重视相关领域学科发展与平台建设。2021年他牵头建设国家第一批集成电路科学与工程交叉学科(华中唯一),并牵头争取到“全国八家、华中唯一”的国家集成电路产教融合创新平台落地,该平台集人才培养、科学研究、学科建设三位一体,总投资达3.4亿元。

回国至今,15年过去了,他的辛苦努力已收获丰硕的成果:特色鲜明的研究团队已基本建成;建成国内高校中领先的存储器制备、测试及工艺设备平台;三维相变存储器、存算一体化忆阻器等重点方向硕果累累;培养及正在培养的硕士、博士研究生、博士后达400余名;研究团队共承担了国家级科研项目数十项。

始终站在教学一线 关心青年人才发展

科研工作再繁忙,缪向水也始终站在教学第一线。课堂上,有他爽朗的笑声;实验室里,有他示范操作的身影。每次上课前他都要精心准备,根据学生的兴趣和实际情况制订不同的教学方案,将积累的科研经验毫无保留的传授给学生。他在讲课中善于将自己所研究领域的最新成果融入其中,真正让学生做到了“知其然,知其所以然”。

在实验室里,缪向水十分关心学生的科研进展。他经常高屋建瓴地给予学生科研方向上的指导,对每位学生的工作严格把关,应该完成的实验工作与学习任务绝不能打半点折扣,并在学生急躁时给予劝诫、失落时送上鼓励。人才缺失是制约我国芯片发展的关键因素之一,我国芯片产业人才缺口目前约为三十万,但国内人才培养规模一年还不到两万。缪向水清楚地知道,只有年轻人都上去了,学科才会有前途。他反复跟学生们强调,要增强国家使命感和解决国家“卡脖子”问题的荣誉感,参与到这场分秒必争的“长征”中来。“年轻人应该静下心来,聚焦特定方向,潜心潜力做长期研究,真正把论文写在祖国大地上。只有这样,未来我们才能圆芯片梦。”

缪向水培养的学生多人获得了湖北省优秀学士、硕士及博士论文、中国电子学会集成电路奖学金、全国大学生集成电路创新创业大赛全国总决赛一等奖等荣誉。已经毕业的博士生们也被缪向水邀请来参加实验室年会,看着不断发展壮大的团队,他们感慨的说到:“令公桃李满天下,何用堂前更种花。”

“学贵得师,亦贵得友”。走出实验室,缪向水喜欢到学生们身边去。他的学生李健聪说,在疫情之前,缪老师会组织学生们游三峡、攀巫山十二峰,也常带学生们去森林公园野炊,一起点着炭火,吃着肉串。现在,缪老师也经常走进学生们的办公室,与学生们交流谈心。他时常关心学生们的未来规划、人生理想,并常常以自己的人生经历来启发学生,将育人工作做到学生的心坎上。

缪向水也特别关心研究中心青年教师的成长,对青年教师事无巨细地提供帮助,帮助他们过好教学关,尽快适应教师角色,指导他们申报科研项目、承担国家科研任务。通过外引高水平人才、内培青年学者,缪向水已组建起一支充满朝气的研究团队,在国内存储器芯片领域形成了较大影响力。

在科学研究的道路上,缪向水不知疲倦,永不满足,高瞻远瞩又脚踏实地地向世界半导体存储科技高峰不断攀登。他坚定地说,“解决国家‘卡脖子’问题、满足国家重大需求的荣誉感和使命感是金钱永远无法买到的。”在他看来,大家都有这样的“中国芯”,祖国的“芯”脏才能跳跃得更加有力。

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