電子科大小伙研發5G「通用晶元」，獲重磅絲綢之路大獎！

信息通信一直和百姓生活息息相關。從3G技術升級到4G技術，多數人最直觀的感受大概是手機網速變快了，而對於即將到來的「5G時代」，學術界對它的探索從未停息過。

在「5G時代」的相關課題中，一直有一個難題亟待解決：不同國家劃分的5G通信頻段各不相同，這會導致出國旅遊時5G手機發生「失靈」等問題。如何解決5G晶元「水土不服」？這是電子科技大學博士生張凈植一直關注的話題。

「用一款晶元將全球多個頻段全部覆蓋，讓『全球通』變成可能。」近日，張凈植的相關論文在業界頂尖的「國際固態電路會議（ISSCC）」上被發表，與此同時，他還獲得「Silkroad Award」獎項（業界直譯為絲綢之路獎），成為全球第20位獲此殊榮的學生。

成果

「通用晶元」上國際頂尖會議

讓5G通信暢享全球  

兩塊看似普通的晶元，大的晶元只有910微米×920微米（1微米=10-6米），小的晶元有700微米×670微米，面積都小於1平方毫米，大小相當於一根針的橫截面。

但正是這種小晶元極大地提升了注入鎖定倍頻器的工作帶寬，說的通俗易懂些，這是為了解決5G晶元在不同電磁頻段「水土不服」的難題而專門做的設計。這種晶元被電子科技大學電子科學與工程學院（示範性微電子學院）博士生張凈植稱為「通用晶元」，這是他和團隊花了三年時間研發出來的。

張凈植（中）

事情要從2015年說起，當時電子科技大學教授康凱正承擔國家5G技術方面的專項研究，張凈植在其中負責關於頻率源的部分研究任務。

他發現，目前不同的國家劃分的應用於5G通信的頻段各不相同。比如中國用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz頻段，美國用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz頻段，歐洲用的是24.25-27.5GHz頻段。而在這種情況下，如果手機晶元不支持這麼多不同頻段，出國旅遊時手機就無法正常通信了。

「如果研發一款寬頻帶晶元，能覆蓋以上各個不同的頻段，不就解決了5G的通信問題，能暢享全球了。」經過3年研究，張凈植和團隊的研究成果登上國際固態電路會議（ISSCC），並獲得大獎。其論文是中國大陸地區發表在該會議上的首篇有關毫米波集成電路設計的論文，也是電子科技大學首次以第一作者單位在該會議正文單元上發表的論文。

據悉， 國際固態電路會議（ISSCC）始於1954年，每年一屆，是由IEEE固態電路協會（SSCS）主辦的最著名的半導體集成電路國際學術會議。該會議也是世界上規模最大、水平最高的固態電路國際會議，被稱為「集成電路行業的奧林匹克大會」。各個時期的國際上最尖端的固態電路技術通常首先在該會議上發表，其中半導體歷史上成事的一半晶元都會在這個會議上首發。比如8086（第一代Intel處理器）、存儲器等。

困難

研究材料被海關扣押三周

科研中不斷自我否定

搞科研和做哲學差不多。2016年9月，張凈植和他的團隊在做足準備後開始著手設計。「可以借鑒的經驗很少，需要自己摸索的很多。」於是，提出問題、發現問題、自我否定、解決問題這種循環狀態一度成了他的科研生活模式。

「經常因為一個問題想不明白就睡不好覺，反覆假設去尋找出路，然後又自我否定。」科研過程中，張凈植介紹，2017年3月，第一次晶元測試的結果令他非常激動，「此前，業界做出的晶元工作帶寬大概在10-30%，而我們的晶元帶寬可以達到60%以上。」於是，他和康凱教授商量，很有必要再次優化設計並做第二次流片（晶元加工）。

由於晶元造價成本高昂，而且準備第二次流片時沒有項目支撐，他們只能向國外單位尋求支持。但由於團隊成員沒有申報海關的經驗，在過關時遇到了困難，「填寫報關單的是個新手，很多內容沒寫清楚，加上我們和海關溝通的效率很低，導致晶元被海關扣押了三周。」張凈植有些後怕地說，當時國際固態電路會議馬上就要開了，如果不是團隊成員加班加點趕工進行性能測定，「我們差點就沒機會參加了。」

據悉，該團隊研究的「通用晶元」，在僅消耗兩倍功耗的情況下，將工作帶寬提升了5.2倍。它還解決了毫米波頻段中「低相位雜訊信號源的大帶寬設計」挑戰，為毫米波領域超寬頻低相位雜訊信號源設計提供了一個可行方案，對5G通信的高頻段多頻帶應用有著實際意義。

生活

小學時愛拆家電

上大學喜歡科研

儘管經歷了保研和直博，但張凈植並不認為自己是學霸，「我喜歡逃課，只要不掛科，很多課能不上我就盡量不去上。」他坦言，大部分時間自己都泡在實驗室里搞科研。

對於專業課，張凈植總是提前自學，用他的話說：「我更願意把學到的知識通過實驗手動吸收消化。」這就意味著，他總是比別的同學快一步，大家在教室學習專業知識，他已經提前學完並開始實踐。動手能力強的張凈植曾連續2年獲得全國大學生電子設計競賽一等獎。

「我小時候就喜歡拆家裡的電器，從電話到玩具再到家用電器我都拆過。」張凈植笑著說，小學時調皮，還拆了外公最愛的留聲機，但礙於專業知識不夠，一直無法重新組裝起來，「沒搞懂它的結構，上了大一才把那留聲機修好。」

關於未來，張凈植認為，雖然我國在集成電路方面與國外還有一定的差距，但「彎道超車並非沒有可能」。接下來的時間，他將和團隊一起繼續優化「通用晶元」，還將在此領域做更多創新研究。

成都商報客戶端記者 趙雨欣

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