年輕時的黃令儀（中）與同事們

晚年的黃令儀，身形瘦削，穿著粗布衣，短發(fā)銀白，走起路來行動有些遲緩。旁人很難將這位其貌不揚(yáng)的老太太同高精尖的芯片聯(lián)系起來?？墒撬膶W(xué)生知道，黃老師到了實(shí)驗(yàn)室，坐在電腦前拖著鼠標(biāo)查看版圖時，目光犀利，一絲不茍。那是一名頂尖科技工作者的風(fēng)范。

1936年，黃令儀出生在廣西南寧。她來自一個知識分子家庭，父親是廣西博物館創(chuàng)始人，母親則是廣西化學(xué)纖維所的元老。

4年后，在美國新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了硅中的P-N結(jié)和光伏效應(yīng)，為晶體管和集成電路的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)，掀開了半導(dǎo)體波瀾壯闊的發(fā)展史。

與半導(dǎo)體技術(shù)近乎“同齡”，黃令儀的一生與這項(xiàng)事業(yè)緊密纏繞。

這并不是一個為大眾所知曉的名字。直到2023年6月，黃令儀去世兩個月后，中國科學(xué)院大學(xué)的畢業(yè)典禮上，校長周琪才在致辭中提到了她。

“不久前剛剛離開我們的微電子所研究員黃令儀老師，為了解決國家芯片‘卡脖子’問題，年近八十依然堅(jiān)守在龍芯研發(fā)中心。她說，我這輩子最大的心愿—”周琪哽咽地停頓了，“就是匍匐在地，擦干祖國身上的恥辱?！?/span>

從1960年進(jìn)入清華大學(xué)進(jìn)修半導(dǎo)體算起，黃令儀在半導(dǎo)體和集成電路領(lǐng)域躬耕了60年。她的同事、學(xué)生中有很多院士，而她退休時的職位依然是中國科學(xué)院微電子研究所的一名研究員。她不愛做項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，只鐘情于一件事：俯下身子，踏踏實(shí)實(shí)做芯片。

翻開黃令儀的人生篇章，也就翻開了一本厚重的中國集成電路事業(yè)發(fā)展史。她屬于我國第一批半導(dǎo)體專業(yè)人才，參與研制用于“兩彈一星”的第一臺航天計(jì)算機(jī)，研發(fā)我國第一臺大型通用集成電路通用電子計(jì)算機(jī)、第一臺大型向量計(jì)算機(jī)的核心器件，直到研制出我國第一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU龍芯一號，結(jié)束中國計(jì)算機(jī)“無芯”的歷史。她也由此被后人稱為，“中國龍芯之母”。

跨越半世紀(jì)，在題為“自主”的曲折求索中，這顆赤忱的“中國芯（心）”經(jīng)歷吶喊與彷徨，始終澎湃有力地跳動著。

“向科學(xué)進(jìn)軍”

1958年，黃令儀從華中工學(xué)院（現(xiàn)華中科技大學(xué)）電機(jī)及電器專業(yè)畢業(yè)，隨即被派往清華大學(xué)新開設(shè)的半導(dǎo)體器件及材料專業(yè)進(jìn)修。

老照片里，年輕的她扎著兩條烏黑的麻花辮，黑白分明的大眼睛直視前方，眼神清澈、堅(jiān)定。22歲的她和新中國剛剛起步的半導(dǎo)體事業(yè)，都一樣風(fēng)華正茂。

此次進(jìn)修，可謂恰逢其會。

1950年代，國外的半導(dǎo)體研究正飛速進(jìn)展，西方國家對我國進(jìn)行了嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。時不我待，黃昆、王守武、湯定元、洪朝生等最早一批回國的半導(dǎo)體專家，籌辦了“全國半導(dǎo)體物理學(xué)討論會”，希望引起國家層面的重視。

1956年，新中國吹響了“向科學(xué)進(jìn)軍”的號角。周恩來總理在《關(guān)于知識分子問題的報(bào)告》中疾呼：“要在第三個五年計(jì)劃期末，使我國最急需的科學(xué)部門接近世界先進(jìn)水平?！?/span>

半導(dǎo)體被列為國家發(fā)展新技術(shù)的“四大緊急措施”之一，一批專門的研究機(jī)構(gòu)和高校專業(yè)很快建立起來，清華大學(xué)的半導(dǎo)體專業(yè)就在其中。

在清華時，黃令儀師從當(dāng)時剛從蘇聯(lián)學(xué)成歸來的李志堅(jiān)教授，在晶體管組進(jìn)行合金P-N結(jié)（半導(dǎo)體器件中的一種基本結(jié)構(gòu)）的研究。理論與實(shí)踐高度結(jié)合，李教授在課上講完P(guān)-N結(jié)，學(xué)生馬上就能在科研中實(shí)測觀察。

1960年，黃令儀返回華中工學(xué)院，帶領(lǐng)一批比她還年輕的學(xué)生，風(fēng)風(fēng)火火地創(chuàng)建了半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室?！笆裁炊甲约焊伞?，她（他）們用半年多時間研制出了二極管。但很快，三年困難時期來了，華工只得下馬包括半導(dǎo)體在內(nèi)的一批新建專業(yè)。1962年，黃令儀被分配到了中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所二室101組（固體電路組）工作。

黃令儀回憶，進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的第一天，四壁空空，只見一個穿白大褂的年輕人蹲在電爐邊，爐上有一個玻璃燒杯，里面有幾塊指甲蓋大小的紫藍(lán)色硅片。年輕人告訴她：“這是要做二極管的?！?/span>

這名年輕人就是1959年從美國歸來的青年科學(xué)家黃敞。他曾在美國電化學(xué)與半導(dǎo)體會議上發(fā)表外延模型，預(yù)言其可以改變晶體管特性，其研究成果至今仍是世界半導(dǎo)體開發(fā)研制的重要基礎(chǔ)。

在黃敞的帶領(lǐng)下，101組正在研究厚膜電阻譯碼器二極管矩陣（混合集成電路）及外延技術(shù)，這不僅在國內(nèi)領(lǐng)先，也與世界相同步。黃令儀被分配研制平面二極管、外延小功率開關(guān)三極管，“一切都很吸引人，開始埋頭苦干”。

燈火輝煌156

1965年8月，中國科學(xué)院黨組書記、副院長張勁夫在臺上來回走動，激動地?fù)]著雙手說：“我提著腦袋把任務(wù)給你們要來了，你們要好好干！”

這個任務(wù)，指的是研發(fā)適用于航天領(lǐng)域的箭載微（小）型計(jì)算機(jī)。20世紀(jì)60年代，“兩彈一星”戰(zhàn)略武器的研發(fā)迫在眉睫?；鸺沁h(yuǎn)程導(dǎo)彈的載體，制導(dǎo)計(jì)算機(jī)則是火箭導(dǎo)航和控制系統(tǒng)中的核心部件，用于控制火箭的飛行路徑和姿態(tài)，調(diào)整發(fā)動機(jī)推力等?！皟蓮椧恍恰币ＷC射程，就必須讓箭載微型計(jì)算機(jī)作為“大腦”有效指揮。

為集中攻關(guān)，中國科學(xué)院抽調(diào)技術(shù)人員，組建“156工程處”，專攻集成電路和微型計(jì)算機(jī)。張勁夫立下了軍令狀，要用一年時間，研制出航天計(jì)算機(jī)。黃令儀負(fù)責(zé)研制半導(dǎo)體器件—外延中功率開關(guān)三極管，它是實(shí)現(xiàn)電路通斷、構(gòu)建計(jì)算機(jī)集成電路的基礎(chǔ)之一。

當(dāng)時，我國的計(jì)算機(jī)還處在電子管時代，體型龐大。箭載嵌入式計(jì)算機(jī)，必須體積小、重量輕，性能高，可靠性強(qiáng)，能夠抗擊惡劣的空間環(huán)境。微型計(jì)算機(jī)要用集成電路組建，但國內(nèi)在此領(lǐng)域幾乎空白，面臨技術(shù)封鎖，唯有自力更生。

黃敞的學(xué)生、展訊通信創(chuàng)始人武平聽那一代科學(xué)家提起，在沒有高精密器件的情況下，當(dāng)時只能拿著鋸子從硅晶上切下硅片，手工打磨，磨平后再在上面做精密的半導(dǎo)體元件。

中國科學(xué)院院士吳德馨跟隨導(dǎo)師王守覺從事高速開關(guān)晶體管研制，“一無資料，二無圖紙，實(shí)驗(yàn)設(shè)備一窮二白”。國內(nèi)沒有光刻機(jī)設(shè)備，王守覺就巧妙地用兩臺顯微鏡、一個紫外曝光燈，搭建了一臺“土光刻機(jī)”。

黃令儀的科研任務(wù)難度也很大，和小功率三極管相比，中功率三極管用于承擔(dān)更高的電流及功率輸出，在制造工藝上需要考慮更大的散熱結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的熱管理措施。

那時，全組排成三班倒，常常一天干13～14個小時，不斷更換參數(shù)和版圖設(shè)計(jì)試錯。同室的韓景春負(fù)責(zé)集成電路封裝，沒資料、沒經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)要用到的化學(xué)藥品，只能靠舌頭去嘗，感到不對勁，就跑到水龍頭馬上用水沖。就這樣，“硬”把研制出的組件給封好了。

在中關(guān)村計(jì)算所南樓，156項(xiàng)目組所在的樓層夜間經(jīng)常燈火通明，“燈火輝煌156”，成為156參與者難忘的記憶。1966年7月底，整機(jī)調(diào)試完成，計(jì)算機(jī)中傳來《東方紅》的曲調(diào)—研制成功了。

156計(jì)算機(jī)，自此跟隨“東方紅一號”人造地球衛(wèi)星遨游太空。這也是中國集成電路與計(jì)算機(jī)史上濃墨重彩的一筆，揭開了我國航天微電子的新紀(jì)元。不止“兩彈一星”，航天計(jì)算機(jī)也是一個民族航天事業(yè)的戰(zhàn)略基礎(chǔ)。

2007年的一天，黃令儀偶然從研究所的長廊畫卷上，看到了自己和同仁們用青春和熱血澆灌過的156計(jì)算機(jī)。旁邊的注釋寫著：156組件（集成電路）計(jì)算機(jī)是1966年8月研制出的我國第一臺自行研制的空間計(jì)算機(jī)，1966年國慶，向國家報(bào)喜，得到周總理的表揚(yáng)。讀罷，她不禁熱淚盈眶。

黃令儀加入龍芯團(tuán)隊(duì)后

“琳瑯滿目非國貨”

時間來到1970年代，半導(dǎo)體編年史步入大規(guī)模集成電路（LSI）階段。1971年，美國公司英特爾推出了世界上第一個商用微處理器4004，上千個晶體管集成在一枚小芯片上，接近大眾認(rèn)知的輕便的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)有了雛形。芯片產(chǎn)業(yè)的國家競爭，來到了加速期。

1973年以來，黃令儀和團(tuán)隊(duì)接到為013機(jī)、757機(jī)等重大計(jì)算機(jī)項(xiàng)目研制“咽喉”核心器件的任務(wù)。她（他）們成功研發(fā)出性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體通導(dǎo)存儲器，改造出高速的I2L新結(jié)構(gòu)電路等，后者還獲得了1980年中國科學(xué)院科技成果二等獎。

集成電路的研制在一次次摸索中穩(wěn)步推進(jìn)。1983年，計(jì)算所成立大規(guī)模集成電路研究室，黃令儀團(tuán)隊(duì)與北京師范大學(xué)正合作一個高性能晶體管研發(fā)項(xiàng)目，準(zhǔn)備甩開手“大干一番”。但是，壞消息傳來了。

黃令儀記得，那是1984年末，領(lǐng)導(dǎo)來問她，計(jì)算所要不要研究大規(guī)模集成電路。她沒想到這會成為一個有余地的問題，斬釘截鐵地回答：“計(jì)算所若不進(jìn)行芯片研究，今后只知道用芯片，不知道造芯片，怎么能設(shè)計(jì)一臺好的計(jì)算機(jī)呢？”

然而不久，上級下達(dá)了裁撤大規(guī)模集成電路研究室的通知。黃令儀走出辦公樓，忍不住失聲痛哭。她只有一個想法：“難道計(jì)算所今后真的走向了‘無芯’的未來？”

那是一段眾多芯片工作者難挨的日子?！捌呶濉钡健熬盼濉逼陂g，限于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)條件和國際技術(shù)封鎖，再加上國外芯片產(chǎn)品的涌進(jìn)，國家對自主研發(fā)CPU（通用處理器）的支持力度有所下降，很多技術(shù)人員選擇了轉(zhuǎn)行。

但黃令儀不甘心。1986年底，她進(jìn)入新成立的中國科學(xué)院微電子研究中心，轉(zhuǎn)身開始研究用CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）研制芯片。集成電路技術(shù)一日千里，人工繪制版圖難以適用日漸復(fù)雜的電路形態(tài)，使用工具軟件綜合布線成為主流。50歲的黃令儀從頭開始學(xué)習(xí)如何使用硬件描述語言來呈現(xiàn)數(shù)字電路，“像讀天書”，然而終究一句一句地啃下來了。

1989年11月，黃令儀在美國拉斯維加斯的一場國際芯片展覽會上，迎來“一生中最大的刺激”。她待了一周，幾乎跑遍展會成千上萬個攤位，但找不到一顆來自中國的芯片。好不容易在人群中看到幾個中國人，手里拿著長城公司的塑料袋，她懷著希望上前詢問，才知道對方也是來參觀的。

“只有我最明白，1963年我國集成電路的研究水平與國外是同步的?。×宅槤M目非國貨，淚眼漣漣?！秉S令儀下決心，一定要設(shè)計(jì)一塊高水平的芯片參展，洗刷恥辱。

回到國內(nèi)，她愈加潛心地學(xué)習(xí)各種集成電路的設(shè)計(jì)知識：建立版圖庫、時序庫，時鐘樹的生成、時序驅(qū)動布線、寄生參數(shù)對性能的影響等等。2000年，黃令儀設(shè)計(jì)的芯片在德國紐倫堡國際發(fā)明專利博覽會上獲評銀獎。

可是高興過了，她回頭一想，芯片做出來了，但“沒有用”—停留在實(shí)驗(yàn)室樣品階段的設(shè)計(jì)成果，根本無法同已經(jīng)統(tǒng)治了全球市場的國外芯片相提并論。耿直的黃令儀對前來視察的領(lǐng)導(dǎo)說：“一個科技工作者最大的痛苦，就是她用心血灌溉的珍貴芯片做出來了，沒有用！”

這份遺憾持續(xù)到了黃令儀從科研崗位上退休。

但不久，機(jī)會來了。

我國第一臺自行研制的空間計(jì)算機(jī)—156計(jì)算機(jī)

啃最硬的“骨頭”

到“九五”期末，我國已連續(xù)10年沒有部署CPU研制項(xiàng)目。信息革命的步伐在加速，自主可控的CPU是信息時代保證國家生命線的“兩彈一星”，中國科學(xué)院計(jì)算所所長李國杰心急如焚。

李國杰認(rèn)為，芯片產(chǎn)業(yè)不能再走像個人電腦產(chǎn)業(yè)一樣以組裝為主的老路。在分析了技術(shù)儲備和優(yōu)勢后，中國科學(xué)院計(jì)算所決定，就從CPU設(shè)計(jì)這塊最硬的“骨頭”啃起。龍芯的研發(fā)，就此拉開帷幕。

2000年11月，龍芯課題組建立。起初規(guī)模很小，只有十來個人、100萬元經(jīng)費(fèi)、一間50平方米大小的實(shí)驗(yàn)室。33歲的中國科學(xué)院計(jì)算所博士胡偉武是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

CPU設(shè)計(jì)首先要選定一種技術(shù)“基座”，即指令系統(tǒng)，后者定義了處理器能夠理解和執(zhí)行指令的方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)芯片的微架構(gòu)。如最為人熟知的英特爾系列芯片，就是基于x86指令系統(tǒng)。

龍芯則選擇采用MIPS指令系統(tǒng)。與x86代表的復(fù)雜指令集相比，MIPS作為一種精簡指令集，指令數(shù)量更少，指令的解碼和執(zhí)行更快，在硬件設(shè)計(jì)的成本和開放性上具有優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行芯片的自主研發(fā)，一方面繞過了x86的專利高墻，另一方面能夠與MIPS有所應(yīng)用的操作系統(tǒng)和軟件相兼容，不至于單兵無援。

真正意義上自主研發(fā)CPU核，而非在國外CPU核的基礎(chǔ)上做系統(tǒng)級芯片（SoC），是龍芯被作為我國首枚擁有自主知識產(chǎn)權(quán)之CPU的原因。

最開始，龍芯團(tuán)隊(duì)和他們的前輩一樣，面臨著一條沒有走過的路。經(jīng)過大半年的努力，龍芯處理器的前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了，能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)操作。但更難的在于后端物理設(shè)計(jì)—怎樣將電路的邏輯設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為可以在硅片上制造的物理版圖。

芯片物理設(shè)計(jì)工藝要求高、人才極稀缺，龍芯找來的救兵，就是有著豐富經(jīng)驗(yàn)的黃令儀。

2002年春節(jié)前夕，66歲的黃令儀帶著4名研究生，重新回到她奮斗的戰(zhàn)場。龍芯定位的規(guī)格是當(dāng)時主流的0.18微米工藝，這是黃令儀未曾接觸過的，又是一場新的硬仗。學(xué)生楊獻(xiàn)回憶，龍芯研發(fā)期間，黃老師絲毫不顧及自己的年齡，每天都堅(jiān)持到晚上10點(diǎn)半才下班，遇到緊急情況還會通宵排查。

到了龍芯1號交付流片（芯片試生產(chǎn)）前夕，這項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，每出一個微小問題，都要投入千百倍的精力解決，“一天一個沖擊波”。課題組成員一個個疲勞得面色蒼白，嘴唇?jīng)]了血色，眼睛充滿血絲。這樣沒有硝煙的戰(zhàn)斗，黃令儀盡收眼底。

流片的一個多月里，黃令儀心驚肉跳地度日，生怕收到失敗的消息。她建議龍芯1號設(shè)計(jì)1B、1C兩個版本以備意外，但成本飆升，“10萬美元??！如何向計(jì)算所交代？”心理壓力下，脖子不能動了，醫(yī)生告訴她，不能再用電腦了。

2002年8月9日，胡偉武在傳達(dá)室看到了龍芯的信件—是日思夜想的芯片樣品。10日凌晨，經(jīng)過一晚的調(diào)試后，“Login”的字樣終于出現(xiàn)在顯示屏上，龍芯1號，研制成功了。西方國家壟斷、國產(chǎn)計(jì)算機(jī)無“芯”可用的歷史，從此被打破。

得知1B、1C成功流片，黃令儀在自傳中回憶道：“不知怎的，脖子也不疼了。我完全沉浸在幸福之中?！?/span>

龍芯中科芯片（圖/視覺中國）

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“匍匐在地，擦干恥辱”

龍芯1號研制成功了，但性能和國際先進(jìn)水平仍有很大差距。生態(tài)應(yīng)用也是一道難關(guān)。

在個人電腦市場，“Wintel”體系幾乎牢不可破，英特爾引領(lǐng)著CPU的發(fā)展，微軟則在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件方面同x86芯片進(jìn)行緊密協(xié)作，形成壟斷。移動市場上，ARM-Android構(gòu)成的“AA”體系同理。后發(fā)者如果走不同的技術(shù)路線，則需要面臨與市場主流不具兼容性的挑戰(zhàn)，更遑論量產(chǎn)。

胡偉武也感到，判斷龍芯成敗的標(biāo)準(zhǔn)不在科研體制內(nèi)的鑒定會上，而在市場和產(chǎn)業(yè)化上?！爸袊蝗痹菏?，缺像英特爾這樣的企業(yè)。”

2010年，龍芯課題組集體脫離計(jì)算所編制，下海成立企業(yè)。當(dāng)時，國產(chǎn)CPU歷經(jīng)10年發(fā)展，整體成果并不顯著，質(zhì)疑聲四起，龍芯遭遇了資金難題。一些國外芯片企業(yè)找上門希望“合作”，胡偉武拒絕了這條看似快捷的路徑?！捌鋵?shí)就是四個字：繳槍不殺?！彼辉阜艞墎碇灰椎淖灾餍?。

在最艱難的時刻，黃令儀找到胡偉武，掏出了11萬積蓄，無償支持龍芯。而生活儉樸的她，30多年來，始終住在上世紀(jì)90年代分到的一套中關(guān)村小房子里。

直到生命的最后幾年，黃令儀仍堅(jiān)持在龍芯的研發(fā)一線，拖著鼠標(biāo)、盯著屏幕，仔細(xì)查看電路和版圖。胡偉武回憶，自己曾經(jīng)勸她把工作交給年輕人做，把把關(guān)就好，但黃令儀很認(rèn)真地對他說：“胡老師，我這輩子最大的心愿就是匍匐在地，擦干祖國身上的恥辱?！?/span>

龍芯沒有辜負(fù)黃令儀的期待。

2015年，第17顆北斗衛(wèi)星裝載上了龍芯1E和龍芯1F抗輻照處理器。龍芯上天，意味著我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在自主可控上邁出關(guān)鍵一步。能源、交通、金融、電信等關(guān)鍵領(lǐng)域，也陸續(xù)裝上國產(chǎn)心臟。

2019年，新發(fā)布的龍芯3A4000通用處理器，性能已經(jīng)追平AMD公司28nm工藝最后一款CPU“挖掘機(jī)（Excavator）”。

2021年，龍芯推出了自主指令集系統(tǒng)LoongArch，放棄了以往的MIPS授權(quán)。這意味著龍芯實(shí)現(xiàn)了更為充分的自主可控，中國在CPU指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)上具有了不再受制于人的能力。

胡偉武希望，終有一天，中國能夠建立起一套自主可控的信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，與“Wintel”“AA”三足鼎立。他還記得，2016年時，80歲的黃令儀在一封寫給他的信里說道：

“得知國家要在重要領(lǐng)域使用自主研發(fā)的CPU，我非常興奮。我那青少年之夢有望實(shí)現(xiàn)了。我清楚與龍芯人共同奮斗的歲月不長了，格外珍惜?！?/span>