能不能造出又好又便宜的芯片？这是国投集团中国电子工程设计院股份有限公司（以下简称中国电子院首席技术官杨光明长期攻坚的问题。
芯片被称作“数字世界的心脏”，一台普通饮水机内就藏有一颗芯片，一部手机内有几十颗芯片，一辆新能源汽车需要1500-3000颗芯片……能源革命、智能制造等科技创新都离不开芯片的支撑。但芯片，也是我国进口排名第一的商品。
杨光明深耕行业数十年，在他看来，芯片的“卡脖子”，主要体现在消费领域市场竞争力的不足，关键要解决从实验室推向大规模量产中的问题，打通产业化的“最后一公里”。
中国电子院首席技术官杨光明介绍如何推动半导体产业化“最后一公里”。受访者供图
“最后一公里”为何艰难
“一颗指甲盖大的芯片，集成了300亿颗晶体管，里面的导线展开长度超20公里。”杨光明说，这种加工精度，难度可想而知。
生产芯片的半导体生产厂，是一套复杂而庞大的精密制造系统。自动化程度高、工业设备昂贵，投资巨大，对环境要求极其严苛，需要超高精度的洁净室、不含任何金属离子和杂质的超纯水、恒温恒湿的生产条件，工艺设备的高精密性也对微振动环境控制要求极为严格。
杨光明以他们曾参与的一条半导体生产线项目举例，洁净室面积30万平方米，约有40多个足球场大。每年耗费约18亿度电，接近一个200万人口的城市每年居民的耗电量。半导体生产需经多道清洗，每年耗水约1500万立方米，相当于一个西湖的水量，“这还是我们想了各种措施，让一滴水在工厂里循环使用三次后的结果”。
“节省10%或者浪费10%，关乎企业的市场竞争力，很可能决定了这家企业是盈利还是亏损。”杨光明介绍，他们为生产线进行全方位规划并不断优化，持续降低企业的制造成本，寻求最优解。
中国电子院振动技术研究中心负责人金春峰介绍，半导体产业中的芯片制造核心工艺就是光刻，如果光刻时受到轻微振动干扰，造成偏离，整个芯片都将毁于一旦。
随着精密设备对微振动控制要求不断提高，传统的被动防微振模式已无法满足精度需求，主动控制隔振成为必要手段。
金春峰说，此前这项技术一直被国外垄断，国际上能够实现的最低振动速度大约是0.1um/s。中国电子院经过多年技术积累，研制出了中国第一套大型主动控制隔振装置，能够实现在1-100HZ频段内0.05um/s的振动速度，一举打破国外垄断，达到了世界领先水平，为解决“卡脖子”问题奠定了技术基础。
半导体芯片生产和加工要在洁净室中进行，需要去除灰尘颗粒，要捕捉比头发丝直径还要小100倍的灰尘。中国电子院在洁净技术领域已有数十年积累，不仅能对洁净环境要求高的部分进行精准控制，还能降低洁净室的建设投资，此外，自主研发的平板式化学过滤器和化学过滤机组，是国内首台商用的化学过滤设备，处理效率达到98%，填补了国内技术空白。
该院洁净技术专家阎冬表示，除了对项目前期的精准设计和建设，在项目运行期间，还可提供智能诊断服务的全周期服务保障，进一步提升良品率。
项目洁净室内部 受访者供图
青年接力攻坚
中国电子院数字化技术中心员工白帆记得，4年前的一天，一部原本下单就能提货的最新款国产手机，由于美国政府升级制裁措施，一下子就陷入有价、有市、却没货的境况，那是他原本打算送给父亲七十大寿的生日礼物。
作为一名普通消费者，白帆第一次真切感受到西方技术封锁对生活造成的影响。而作为半导体领域的科研工作者，国家高端芯片受人掣肘的现状使他感到紧迫。
看似小小的芯片，生产制造极为复杂。如果能在工厂建设之前，就能通过模型呈现工厂建成后的真实生产状况，就能避免不必要弯路，极大提升生产效率。
他想出一份力。白帆所在的数字化技术中心就承担着这一工作——以数字化形式模拟真实工厂的生产，以此加快半导体工厂建设速度、优化产线布局、节约投资。彼时，这支由40名成员构成、人均不到34岁的年轻团队争分夺秒地投入技术攻坚。
现在，他们的科研成果已应用于具体项目中，为半导体企业提供更加先进的工程设计方案。
最新的数字孪生工厂解决方案，解决了工艺源头与厂务系统断点难题。中国电子院总经理夏连鲲介绍，实践后经测算，工厂运行效率提升5%以上，系统优化8%以上，降低投资12%以上，局部环节优化后可年运行成本降低近千万元。
“国家需要什么，我们就往哪里攻坚。”中国电子院的老一辈科学家还记得，当时他们的科研课题都是根据国家的重大需求来定的。中国电子院诞生于国家“一五”计划期间，那时，中国工业基础薄弱，有些甚至是空白。作为中国电子工业工程技术的开创者，筚路蓝缕，拿下电子工业领域的多项“第一”，让硬核电子工业成为国家的底气。
从最初几十人的设计团队，到如今6000多人，集设计、科研为一体的队伍，工程师精神激励着一代代青年科技工作者接力，服务国家科技创新。如今，芯片产业的“最后一公里”不断优化畅通。杨光明说，实现芯片自主可控任重道远，但他怀有强烈的信心，相信未来几年内将迎来更大的突破。
