徐鸿涛:风正扬帆恰当时

2016年3月3日，海外高层次人才引进工作专项办公室公布了最新一批“千人计划”青年人才名单，复旦大学微电子学院研究员徐鸿涛的名字赫然其中。 “其实在国外的这些年一直都有回国的想法，只是总没有遇到合适的时机。”徐鸿涛说道，“我回国的初衷其实很简单，就是想利用自己所学专长为中国急需的半导体产业发展做点实事。”1999年，一心求学的徐鸿涛，远赴美国深造。只是，令他没有想到的是，这一去竟然就是16年时间。 厚积以薄发 上世纪80年代中期，还在就读小学的徐鸿涛就已经接触了时下高新科技——计算机，并曾多次参加计算机以及相关学科的竞赛，获得省市级别第一名。然而，在计算机科学方面卓有天赋的徐鸿涛，在1993年报考复旦大学时却舍弃了这个热门学科，而选择了电子工程系，并选择了微电子与固体电子专业。用他的话说就是，“这个专业比较难学，更有挑战性”。就是这个简单的想法，让刚满16岁的徐鸿涛从此踏上了微电子探索之路。 喜欢探索、热爱挑战的人对待一切未知事物都充满了激情与斗志，徐鸿涛便是如此。对他而言，微电子世界就是等待他去开疆拓土的新大陆。然而，上世纪90年代，国内器件工艺和IC设计水平比较落后，几年的大学学习也让徐鸿涛意识到，要想在这条道路上继续求索，就必须接触和了解世界最先进的技术，置身于科技研究的前沿。 2000年，徐鸿涛来到了加州大学圣芭芭拉分校继续攻读电子与计算机工程博士学位。5年的海外学习生活，徐鸿涛很快成长为微电子专业领域研究型人才。 2005年7月，拿到加州大学圣芭芭拉分校电子与计算机工程博士学位后，出于对创业公司的好奇，徐鸿涛加入了REMEC宽带无线公司，成为一名高级IC设计工程师。几个月后，美国英特尔公司的橄榄枝打动了他。此后，他便在英特尔研究院这个行业顶尖研究机构开启了长达十年的工作研究生涯。 这期间，他获得了13项美国专利，6次获得部门表彰奖，4次受邀在Intel技术峰会上演讲。牵头和主管的的研究项目成果多次在英特尔开发者峰会上演示。在包含行业顶级期刊ISSCC 和JSSC在内已发表30余篇论文，超过700余次引用。2013年起，他还受邀担任IEEE IWS国际无线会议技术评审委员，并主持“低功耗低噪声超宽带无线收发机”分会和“高级无线收发机架构”主题分会。2014年他被评为国际电子电气工程师学会IEEE协会高级会员。2014年6月，徐鸿涛主持了2014 IEEE RFIC国际射频集成电路会议议程中关于功率放大器研讨会，并受邀讲演。2015年，他又受邀担任IEEE RFIC技术评审委员，并主持射频前端技术和高性能接收机架构主题分会。 十多年的工作研究经历，徐鸿涛已从当初的青年学者成长为国际知名专家。然而，工作上的成就和生活上的富足并没有令他改变初衷，回国的念头始终萦绕在徐鸿涛心间。“其实无论是求学阶段还是工作期间，我一直都想回国发展，但没有遇到合适的机会。”徐鸿涛说道。什么时候回国？回国后做什么？这些既需要精心准备也要有天时地利。 2012年徐鸿涛回国时就去了北京，与清华大学、北京大学、中国科学院等各大高校和研究院做技术交流。2013年，他又用了一个多月时间将上海及周边城市的各大高校跑了个遍。 “这几年我也感觉到国内半导体行业发展越来越好，基础已经累积到一定程度，可以更好地针对我们学科开展相关研究了。”徐鸿涛说道，“现在回来正好可以发挥我的专长，为国内的行业发展做一点有意义的事情。”2015年，离开了近16年的徐鸿涛终于回国了。他选择的“梧桐树”正是他曾经的母校——复旦大学。 参加2014年华美半导体协会 半导体“达人” 工欲善其事，必先利其器。多年海外的学习与工作生涯，已然令徐鸿涛站到了学科的前沿。他的研究领域包含了射频电路在先进CMOS半导体工艺上的快速实现、无线收发机数字方式的设计方法、高效率功率放大器、包含模拟数字电路全集成单芯片无线系统、无线收发系统的自动化设计以及化合物半导体微波器件和微波全集成电路。 “射频电路广义来讲就是高频电路，比较适合用于无线信息传输。”徐鸿涛介绍。按照摩尔定律，集成电路工艺每隔一年半推进一个世代，芯片也就越变越小。2005年徐鸿涛刚到英特尔公司时，彼时的公司还在进行90纳米的射频芯片研究。尽管如此，那时英特尔公司的制造技术也至少领先其他公司两代工艺。 然而，此前绝大部分CMOS工艺是用在数字电路上，随着无线信息传输的要求越来越大，芯片功能上也更希望集成无线系统，越来越多的研究开始倾向于在CMOS工艺上去做射频电路，试图将数字电路和模拟射频做在一个芯片上。 “这很困难”，徐鸿涛简短直言。然而，越是困难却越能激起他攻坚的斗志和信念。 在英特尔公司英特尔研究院任主管研究科学家期间，徐鸿涛担任了研究院14纳米CMOS超低功耗无线系统SoC项目负责人和技术带头人。带领10余人团队，历经两年多，从系统定义，架构创新，到项目执行完成，开发了世界首枚14纳米CMOS芯片集成了模拟射频的收发模块，数字调制解调模块和微处理器。基于系统优化和架构创新，此全集成芯片在工作和待机功耗是同期产品的三分之一，并已成功通过测试验证，于2015年3月在英特尔无线峰会上成功演示。该芯片及其系统用于搭建无线传感网、物联网，和可穿戴系统。 “这个项目确实很困难，但我们更看好超低功耗无线通讯的应用前景。2011年前后我们做过一些市场、技术等方面的分析，觉得将来手机发展到一定程度会有更轻巧的东西和人或物体相配，可以把信息用传感器收集起来，经过简单的计算处理，再通过低功耗的无线模块，把这些信息传到服务器端。其实就是现在的物联网和可穿戴设备，只是那时还没有这些名词出现。”徐鸿涛说道。 从90纳米到14纳米的无线系统开发过程中，他还开发出了用于低功耗和低成本无线系统的颠覆性的无线收发机的架构。研究结果用于在先进半导体工艺上快速实现模拟/射频电路。并集成在大规模无线SoC上。其中32纳米CMOS全数字无线收发机项目和摩尔定律全集成无线系统曾经分别于2011和2012年由英特尔首席技术官在IDF首日Keynote（前沿技术展示会）演示。 同时，他还领导并研发了多款高性能功率放大器。其中首创的Outphasing数字式功率放大器，成功证明了用数字方法实现射频的射频功率放大器，性能可以超越传统的设计方式。基于32纳米CMOS工艺研发的两款功率放大器，性能超越其他同期的设计，成为32纳米CMOS功率放大器性能标杆。 此外，他还完成了无线射频系统在先进半导体工艺上的实现，以及高性能微波电路在化合物半导体器件的实现。前者他参与了从32纳米到14纳米半导体工艺对射频电路的优化，通过完整无线收发系统在先进半导体工艺上的实现，验证最新工艺的性能、稳定性和建模的准确性。后者通过5年净化间微波器件工艺开发研究经验，独立完成了从微波器件制造到电路设计测试流程，开发出基于GaN HEMT的微波集成电路加工工艺，并对此工艺的有源器件和被动器件建立模型，设计开发包括PA，VCO和LNA在内的高性能微波电路，并在研究期间首创了可集成在化合物半导体上的铁电材料器件制造工艺，极大减小微波元件的尺寸，并设计高性能自适应的微波电路。 “学以致用”这是徐鸿涛心底真实的声音。也正是这种责任感激励着他不断创新。科学是技术之源，技术是产业之源，技术创新是建立在科学理论的发现基础之上，而产业创新主要建立在技术创新基础之上。徐鸿涛深谙此理。中国的半导体产业发展离不开有志有识之士们的共同努力。2015年，作为射频电路和无线系统集成电路领域的世界知名专家和带头人，海外引进人才，徐鸿涛正式加入上海复旦大学，被复旦大学微电子学院聘为教授级研究员。新的篇章正式开启。 在英特尔IDF技术演示后台 复旦导师课题组团聚 逐梦人生 2016年3月8日，美国商务部在网站贴出公示，以违反美国出口管制法规为由将中兴通讯公司等中国企业列入“实体清单”，对中兴公司采取限制出口措施。引起国内外强烈反响。 “我有很多朋友还在国外做教授或在公司工作，但我觉得现在国内对人才支持的力度不比海外差。而且国内还有一个很大的优势，现在大家越来越意识到半导体是一个不可或缺的产业。特别是前段时间美国制裁中兴事件也让大家意识到，这个产业一旦被别人掌控，整个经济体系和产业体系都会崩溃。在这样的大环境下政府也愿意投入更多的资源进来，学校也是。所以我也经常鼓励我的朋友们赶快回来，‘timing很重要’！”徐鸿涛笑道，“最需要你的地方才是最能体现自身价值的地方。” 而回国后的徐鸿涛主要研究领域有3个，第一个就是继续之前在超低功耗无线系统的工作。移动无线互联网的发展使物联网和可穿戴设备越来越普及，然而系统功耗大的问题成为最影响用户体验的因素之一。无线通信模块在整个SoC系统中往往消耗最多的电力，而通信模块中绝大部分的能量消耗在模拟和射频电路上。进一步降低无线通信系统的功耗往往需要通信协议、调制方式和电路架构之间相互优化。降低系统功耗的另一种方式是引入高效率能量采集技术到系统中，利用环境中存在的能量随时随地的给系统提供电力。这种方式可以让系统摆脱电池充电的限制，使无线通信系统更广泛的应用于各种轻巧的应用中。 与Intel研究院伙伴们滑雪 第二个研究领域仍然和之前的工作积累有关，即专注于射频和模拟电路在先进半导体工艺中的性能提升。随着越来越多的带有新型用户体验的设备被用户喜爱，市场对包含无线通信功能的多功能全集成芯片的需要急剧增加。这类系统需要把传统工艺上开发的模拟和射频功能模块尽快的集成到先进半导体工艺上。然而，传统的模拟和射频电路设计方法在先进半导体工艺上碰到越来越多的瓶颈。解决这些难题往往需要在工艺开发和设计方法两方面同时引入技术创新。尤其在通信系统架构和模拟射频电路设计方法上采用全数字模式的开发方式，可加速通信功能模块开发流程，并让通信模块更容易和数字模块全集成在同一工艺上，进一步实现射频和模拟电路在先进半导体工艺中的性能提升。 “最后一个就是基于5G通信的超高频无线通信系统。”徐鸿涛介绍，5G目前而言仍然是比较长远、模糊的概念，整体系统定义并没有完全确定。“这个部分我的计划是先做前沿技术积累，也就是从量变到质变的过程。我会先放一部分资源去做底层研究，等找到确定方向后再投入更多资源加速推进。” 显然，无论何时何地，徐鸿涛总是致力于做一个探索者。 然而，有探索就会有失败。徐鸿涛认为，失败并不是一件坏事情，并且一定程度上还是好事。“有失败的积累你才知道这个领域难在哪里。”徐鸿涛介绍，英特尔研究院有一个特别的奖项，就是专门评选之前失败的项目。“从研究的角度来讲，验证一个方法行不通同样是有价值的，因为你知道这个方向是不可行的，别人就不需要走同样的弯路，这是很有价值的事情。如果你经过不断尝试能得到更好的结果，那就说明这条路是可行的。”产业界将觉得风险高、无法短期验证的事情交给研究院来做，就是以最小的成本换取最大的利益。 “就像行军中，面对一片森林无路可走时，需要派出先遣队探索调研，摸索出最佳路径后再带领大部队继续前行。”徐鸿涛说道，“这就叫最小成本的失败，少量前期高风险的投入为大部队的前进选择出一条正确的路。” 徐鸿涛也同样如此看待自己的工作。“如果你做的是一件很简单、低风险的事，那你的收获也会很少。”在徐鸿涛眼中，做工程研究必须要做权衡，不可能方方面面都做到最好，为了专注某个方向可能会需要牺牲掉其他的机会。也正是这些偏经济学理论的想法，促使他在读博期间，同时攻读了经济学硕士。 在国内半导体产业亟需拨开云雾蓬勃发展之时，徐鸿涛义无反顾地放弃了国外的优渥条件站在了风口浪尖处。于他而言，能在国内半导体事业发展中贡献出自己的一份力量便是最大的收获。

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