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全球芯片竞争 他是唯一有原创发言权的华人科学家

网易财经周报 https://www.wangyice.cn 2021-03-09 00:46 出处:网络 作者:[db:作者]编辑:@河南在线
撰 文|小波 编辑|章剑锋 策划|杨霞清、郭浩 林本坚,出生于1942年,美国国家工程院院士、台湾“中央研究院”第一位产业界出身的院士、台积电原研发副总经理,影响全球半导体产业进程的浸润式光刻技术的发明者及开拓者

撰 文|小波

编辑|章剑锋

策划|杨霞清、郭浩

林本坚,出生于1942年,美国国家工程院院士、台湾“中央研究院”第一位产业界出身的院士、台积电原研发副总经理,影响全球半导体产业进程的浸润式光刻技术的发明者及开拓者,2018年未来科学大奖“数学与计算机科学奖”获得者。台湾清华大学、台湾交通大学、台湾大学特聘讲座教授。

“做科技是不分地域的……,我们都是希望科技越做越好,希望大家不要恶性竞争,要良性竞争。

“(中国的半导体)有很多产品也卖得不错,我想跟美国比当然是有点差距了,跟日本比我想差距会小一点,日本那边的资历跟人才各个方面可能没有大陆那么有优势吧,将来要超越日本应该是不难的。

“我很羡慕当今年轻人,你们这个时代没有战争,不用逃难,丰衣足食,有很好的设备和仪器……但是你们的责任也是非常大的,你们将来必定要青出于蓝而胜于蓝,这个国家和社会的责任都在你们身上。”

2018年11月19日,在未来科学大奖颁奖现场,林本坚(Burn Lin)以一种饱经世事的过来人口吻向听众讲述自己的见解。

就在“杂交水稻之父”袁隆平等六位科学家分享另外两个奖项的同时,这位早前在大陆名不见经传的科学家,却一人独揽100万美元奖金。

连他自己都有些意外。

当他早前接到一个大陆的陌生电话,被通知得奖,听到奖金数额,林的直观反应是:这个奖金不少哦。

之后,林本坚进一步了解到,每一位得奖者身后,至少有十几位工作忙碌且很有成就的科学家为之写推荐信。

作为未来科学大奖“数学与计算机科学奖”的唯一获得者,林本坚凭什么,又是何来头?

“大概从2006年开始至今,世界上所有的高端芯片-包括咱们人手一部的手机里的核心芯片、人工智能芯片、5G芯片、比特币挖矿芯片,无一不是浸润式光刻科技制造的。说没有浸润式光刻科技就没有IT的今天,毫不夸张。世界上第一个提出这个科技的就是林本坚。” 未来论坛理事会轮值主席陈恂激动地说。

“委员会能找出他这样在工业界做出世界级、决定性贡献的华人科学家,真令人佩服!这样的人在中国,绝无仅有。”

“你们看,Burn多孤单!”

“当时在IBM,写个单子就能买最先进的设备,发个文章就能领先全世界。”

回忆起早年在美国的工作经历,林本坚至今觉得“很有趣,很稳定,可以做一辈子。”

但金鳞岂非池中物。

在美国纽约州的IBM华生研究中心,他曾是孤独的。

1980年代,因为对“微影路线之争”的分歧,他与整个部门的关系变得火花四溅。所谓微影,是挟制整个半导体工业的光刻工艺,它的攻关进程决定了芯片特征尺寸的大小,是推进芯片性能迭代、建造强大计算和通信设备的关键技术。

1980年代后期的IBM乃至全球芯片界,曾一度全力攻关“X光微影”的研发。除了林本坚。

他仔细研究过X光微影,不仅光源不好解决、操作难度大,而且很快会触达清晰度的极限。相较而言,紫外线微影不仅较易操作,而且提升空间更大。

一根筋的林本坚跑去央告老板:“只要给我X光十分之一的预算,我就能做出很多超越竞争对手的成果!”

可老板不为所动:“对手在大力推动X光,IBM不容落后!”

于是出现了这样一幕:在部门例会上,一侧是熙熙攘攘的“X光微影”团队,人满为患,而另一侧是紫外光团队的光杆司令林本坚。

“你看,Burn多孤单……”老板拐着弯儿地“劝退”他。

林本坚的目光向周围一扫,回答道:“我选择到最有成长空间的位置。”屋内喧笑一团。

不久后,X光团队完成一个技术攻关,众人聚会庆祝,洋洋得意的老板给每人发了一件T恤,上面印着“X ray works(X光可用)”的字样。

林本坚接过T恤,刷刷几笔改成“X ray works-for the dentists(X光可用,给牙医用)”,还专门悬挂在文件柜上,路过的老板和同事们都能看见。

这桩往事至今是老友们的笑料,同事们从此知道,随和的Burn Lin一旦碰到专业上的挑衅,真的会像他的英文名Burn一样易燃易爆炸。

“我常常跟很多人意见不一样,如果我发现我是对的,我就不跟他们玩儿了。”忆及往事,他带着一丝小傲娇对网易科技记者说。既然无法改变潮水方向,那就利用手头的资金和人手独闯前路。

“做不可能之梦,战不能败之敌,忍不可忍之悲……”这是他早年最喜欢的一首描述堂吉诃德精神的歌曲。

很多年后,当他在台积电研发130纳米光刻芯片,每小时已经可以做出100多片时,IBM还有人在用X光做250纳米工艺,因为技术滞后且无法量产,最后不得不放弃。

“你们能不能管管他,不要搅局!”

为IBM工作22年的林本坚,在50岁时选择提前退休。彼时,他已经10度获得美国IBM杰出发明奖、杰出优秀奖,为公司创造多项世界第一,申请的专利资料堆满文件柜。

“我离开IBM时,没有欢送会。”他不无遗憾地回忆。

这位极少与人红脸的儒雅先生,虽然在科研上一丝不苟,私下却温厚谦谨,从不舍得责骂下属。离开IBM时,他或许曾期待一场惜别,却等来一场交涉。

IBM希望他保证不会到对手那里工作。还提出他将来无论受聘谁家,都要提前告知,届时再确认有没有竞争关系。

老东家可能意识到了,林本坚这个人,只要不在自己手里,放到哪儿都是科研核武器。

这枚核武器后来回到故乡台湾,很快轰炸了整个半导体世界。

2002年,半导体行业奉为圭臬的摩尔定律突然失灵。

这个定律预言,当价格不变时,每隔18~24个月,集成电路上可容纳的元器件数目就会增加一倍,性能和性价比随之提高一倍。

出自科研界的说法是,晶体管越小,芯片就越快,耗能更少。

过去半个多世纪,全世界科学家都在想尽办法延续这个定律,以维持信息技术的高速进步。然而,在把芯片尺寸缩小至65纳米之后,业界卡壳了。

当时几乎所有人都寄希望于157纳米 波长光刻、以空气为介质的“干式”微影技术的突破上,全球头部厂商为此投入几十十多亿美元,仍然毫无进展缓慢进展。

如果摩尔定律衰亡,意味着人类信息技术可能陷入停滞。

2002年,在一次国际微影研讨会上,林本坚抛出一项颠覆干式工艺、利用水做介质的“浸润式微影”技术。据他介绍,这项技术不仅比传统工艺造价低廉、操作简便,而且还比157纳米干式技术提高了整整2倍的芯片解析度!

现场几千人听得汗毛倒竖。如果这项技术行得通,整个芯片工艺可以前进两代半至三代。

业界瞬间炸锅。有人视他为救世主,有人视他为搅局者,有人揪住浸润式工艺中“水容易产生污染、产生气泡”等技术细节提出质疑,有人抨击他哗众取宠。

更大的反弹来自那些已经为157纳米工艺投入血本、甚至已建好生产设备的厂商,其中一家投入数亿元的大公司直接给台积电高层打电话:“你们能不能管管他,不要搅局!”

幸运的是,台积电上至“大老板”张忠谋下至数百名工程师,鼎力襄助他做实验、发论文、办讲演。

为了不授人以柄,每发表一项结论之前,他都会把数据推演到穷尽,甚至连未被提出的细节也一并设想,以实证回应质疑。

为了争取那些为芯片量产做机器的厂商,林本坚亲自跑遍美国、日本、德国、荷兰等地,逐一拜会龙头企业,不成想,一上来就遭遇一家美国大厂当头棒喝:我们绝不会用你的科技,永远不!

这一年,林本坚60岁。以技术虔诚,在大大小小的商人面前苦口婆心。

“他一个人站在一艘‘航空母舰’前叫停。”美国国家工程院院士、台湾新竹交通大学校长张懋中如此评价林的孤胆。

经过反复拜会,世界最大的光刻机制造商荷兰艾斯摩尔、尼康等国际大厂渐渐服膺于这位华人科学家的缜密论证和眼光,纷纷转向。

2003年,艾斯摩尔公司给林本坚展示了刚刚赶制出来的第一片用浸润式曝光机做出的成像,一向恭谨举止得体的林本坚兴奋得手舞足蹈。

不久之后,浸润式微影技术正式量产。

从量产第一代45纳米芯片开始,工业界40纳米、32纳米、28纳米、20纳米、16纳米、14纳米、10纳米、7纳米芯片,都靠浸润式技术推进。

2014年,一次在台湾地区接受电视节目采访,主持人特意问到林本坚,他这个独步全球的“微影浸润式技术”到底是个什么样的技术?

林本坚描述说,这项技术主要就是将一个集合了各种线、管的电路系统缩到超级小,植到晶片上。缩到多小呢?譬如说,把一根头发剪下来,就是这根头发横截面那么大,“我们现在的科技可以做到放七千个电路在上面,所以这是很奇妙的地方。”

林本坚的工作,就是负责差不多每两年将之缩小30%,“继续把可以成像的东西缩小”。

据媒体报道,林本坚在未来科学大奖之后曾到清华大学演讲,经他披露,光影微刻技术如今发展到一个头发横截面已经可以装下20735个SRAM(一种存储器)单元。

摩尔定律起死回生。

据不完全统计,今天世界上每年超82%的芯片由浸润式微影技术生产,从2002年至今,林本坚以两年一迭代的速度,将摩尔定律向前推进了7代。

“他真是越来越厉害了”

仅2017年,全世界就有1.5亿颗芯片由浸润式微影技术制造产生。而台积电在全球半导体制造市场的份额,去年超过56%,是第二名的4倍多,名冠第一毫无疑问。

世界半导体看中国台湾,台湾半导体看台积电,本世纪以来擎起台积电的一根柱子,是林本坚。

2000年,全球互联网泡沫破裂,半导体行业遭受重创。当时跟着大厂亦步亦趋的台积电在危机淘汰的边缘苦撑待变。

就在这一年,年届花甲的林本坚放弃在美国38年的产业、人脉、名望,加入前途未卜的台积电。

“孩子们当时已经在美国成家立业,我知道他们不会跟我回来。”林本坚说。

一向理解他的妻子黄修慧,当时刚刚在美国找到一份新工作,心里也着实作了一番思想斗争,最后还是决定随丈夫返回台湾。

当年从IBM离职后,盛名在外的Dr.Burn Lin不知是多少大企业垂涎的科学偶像,他前脚走出IBM,后脚就有几家产业龙头递来橄榄枝,其中一家直接送来聘书,待遇荣宠,另一家更大的公司派副总作陪吃饭,都被林本坚婉言谢绝。

相较之下,当时的台积电实在有点“寒酸”,早年差点被IBM收购。

入职后,台积电配给他的团队不到50人,把他请进门的副总蒋尚义,小心翼翼地问他对待遇有什么要求。林本坚没提任何要求,而台积电把当时所能给的最好的待遇都给了他。

一个求贤若渴,一个虚怀若谷。这一干就是15年。

入职后,林本坚不仅以浸润式微影取代干式微影,一举让台积电进阶为产业技术的领导者,而且把科研队伍从50人扩充到700多人,带出一支世界上最领先的微影技术研发队伍,由此建立台湾半导体制造霸权。

2004年,林本坚的浸润式微影成为业界“显学”,逐渐逆袭成全球主流技术。

英特尔等半导体龙头及设备商认定,这是摩尔定律跨入45纳米之后的解决方案,国际舆论也称,这项技术使台积电设计能力足够和IBM、英特尔等巨头并驾齐驱。

网易科技记者读到相关资料记录,台积电的193纳米浸润式微影机台当初一出,IBM等十家原来订购157纳米干式机的国际半导体厂纷纷退单,跟进台积电,改订浸润式机台。

此后的台积电在芯片迭代上一路抢跑,跻身一线大厂,领衔世界半导体工业近20年。

林本坚的这一技术创新,连之前将他挖入的台积电前共同运营长蒋尚义都直呼没想到。

十多年前,蒋就曾对媒体说道:

“我们发现他真是越来越厉害了,他193浸润式的方法,改写了全世界半导体微影蓝图,产业界为了开发157纳米花了几十亿美元,但是因为他,这几十亿的美元全像倒在海里去了,没有了。”

他终究改变了潮水方向。

2012年,台积电总营收达到170亿美元,其中47%来自浸润式技术。2016年营收320亿,浸润式撑起半壁江山。

台积电老董事长、“半导体教父”张忠谋曾在他的退休晚会上说:假如没有你和你所建立的团队,台积电不会有今天。

2008年,林本坚以台湾科学家的身份当选为美国国家工程院院士。

今年11月,林本坚成为第一个获颁2018未来科学大奖的台湾科学家。

颁奖当天,这位低调神秘的76岁老人像刚被发掘的宝藏,被各路记者拉着脚不沾地转场。

他彬彬有礼、丰采奕奕,颠覆了人们对科研工作者的一贯印象。有关他的奇事被从幕后搬上台前,收获着大陆科研界的掌声。

但他似乎并不习惯被聚焦。记者们喜欢奇谈怪论,他的发言却像一堂认认真真的学术报告。

内敛、安静、风趣,这几个特点,是洋溢在林本坚身上的易被感知的特点。

在科学家的岗位上尽责尽心,当先生,又表现得体、周道。

未来科学大奖颁奖典礼走红毯的入场环节中,和别的获奖者有所不同,林本坚携家人入场时,走在C位的不是他自己,而是他那位白发苍苍的太太黄修慧女士。

黄女士左手牵着丈夫,右手挽着从美国专程赶来的儿子,在一众媒体的见证下,三人一字排开,在红毯上不疾不徐地走过,家庭在林本坚心目中的排位,斤两可见。

发表获奖感言时,林本坚用较多篇幅讲科研和人生历程,把感谢太太的话放到最后面说,对太太重重夸赞,“我要是有什么成就的话,这位太太的功劳是不容埋没的”。

主持人等他发言完,坏坏地打趣他,“我作为一位语言工作者,给您一个小小提示,下次您就直接说太太,不要说这位太太。”

全场哄笑。

领奖后,他携妻儿匆匆离去。自2015年从台积电退休后,他的角色便从叱咤业界的芯片大师,回归为一位丈夫、一位父亲,一位授业解惑的老师。

“他的心,跟上了他的每一个步伐。”

许多人试图以“成功学”的眼光解析林本坚,希望为年轻学者、尤其是青黄不接的大陆芯片界寻找起飞灵感。

可惜他的信条都太过朴拙——诚信、正直、操守,还有反复强调的合作精神。

“技术上的困难都是纸上谈兵,要有晚上睡不着觉的信念去解决问题。”他笑着勉励年轻人,做科研一定是享受科学乐趣的,“不要死犟,要会转弯,会求助,‘三个臭皮匠顶个诸葛亮’。”

在台积电,这位神仙级科学家温和如老师,不发脾气,不骂人,对下级与上级一样尊重、信任,谦和到所有人都喊他Burn爷爷,细致到每次演讲都亲自修改主题、字体,重复演练。

可一旦涉及科研水平、技术原则,他又极度专注、严谨甚至铁腕。

当初浸润式微影提出后,林本坚成为相关利益方的活靶子,不少大企业指名道姓地戳脊梁骨,他始终未见半分退缩。

同事们都说:Burn内心坚定如铁,行动上却“以柔克刚,以德服人”。他身上好像有种魔力,能让英特尔这样桀骜的老大哥都舍弃数年研究投入,跟着他林本坚、跟着台积电一起转弯。

这种磁场,与其说是魔力,不如说是掌控力。对事业如此,对家庭、生命亦如此。

“我热爱科学,但我不能让科学主宰我的生命。”

确切地说,他不仅没让工作主宰生命,反而是一个精通摄影、小提琴、网球、桌球,酷爱篮球、声乐、溜冰、旅行和各种小发明的多才多艺多乐的人生玩家。

早年在IBM工作时,很多同事因为工作外派与家人长期分居,林本坚也被外派,但不论离家多远,他每周末宁可驱车来回十几个钟头也要往家赶。

“有时间我蛮喜欢下厨,炒牛肉,做白斩鸡……”林本坚在自传《把心放上去》中写道,他还偶尔用相机、鲜花、音乐和其他小礼物,为妻子精致地准备一个surprise……

在其他人生角色上的成功,丝毫不逊于他作为科学家的精彩。

在北京参加未来科学大奖典礼的几天里,林本坚总是一副精致而优雅的派头,头发梳理得纹丝不乱,一身西服整洁端庄,举止绅士。

“您气质真好!”在网易科技采访现场,摄影师由衷赞叹。林本坚风度翩翩,让人猜不出年龄。

从台积电退休后,林本坚在数所大学兼任教授,还和妻子一同为俄亥俄州立大学母校创办助学基金。此次未来大学大奖的100万美元奖金,也全数捐入基金会。

“他的心,跟上了他的每一个步伐。”这是一位挚友对林本坚的评价。

作为科学家,在外,45年如一日,开山辟路,荣誉等身,业界隆崇。在内,父慈子孝,伉俪荣谐,活力盎然。“。用自己希望的方式,过自己想要的生活”——网络上被谈论的这一条人生赢家标准,用在林本坚身上,可谓相得益彰。

在美国,有一个著名的牧师,家里有四个儿子,他既想当一个好父亲,又要经常出去演讲奔忙,两者怎么兼顾?这位牧师想出一个巧妙的办法,每当外出演讲时,他就把儿子们都带去,一举两得。

采访中,林本坚讲到这个例子,建议大家不妨学学。

“从事科学的人应该会管理时间。” 一脚踏入真理科学,一脚踏入烟火凡尘,方舟并骛,活得务实、活出哲学味的林本坚说,“家庭、工作、生命是人的金三角,也是每个人的所有。我会用心发挥,也用心平衡。”

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