16岁上北大，28岁当博导 江西籍女教授为芯片装上“节能引擎”

设备发热、续航焦虑、算力瓶颈……

智能时代

芯片是科技的“心脏”

但功耗问题是一把悬顶之剑

在北大

江西籍 “89后”女教授 黄芊芊

像是芯片世界的“节能先锋”

让芯片在保持高性能的同时

耗电量大幅降低

而且

她让“超低功耗”从实验室走向生产线

为后摩尔时代的中国芯片

装上自主可控的“节能引擎”

黄芊芊在超净工艺间观察实验样品

随着芯片运转的速度越来越快，晶体管的体积也越做越小，但这也带来一个棘手问题：芯片的发热量急剧上升，若不加以控制，其功耗密度甚至可能逼近火箭喷口的水平！

黄芊芊迎难而上，研制出新机理超低功耗器件，她的研究成果在常温下打破了国际上硅基隧穿器件的能效纪录。此外，她还首次提出并实现了多项创新：比如低干扰的铁电存储技术，以及能够模拟生物神经元动态的超低功耗仿生晶体管，大幅降低了脉冲神经网络的硬件成本和能耗。

这些突破不仅领先国际，更为未来智能设备的高效节能，打开了全新可能。

然而，回望过往，黄芊芊的人生，仿佛“爽文”中的“大女主”。

黄芊芊

1989年黄芊芊生于

江西上饶的一个普通家庭

她从小就是“学霸”

一直是“别人家的孩子”

从初中到高中

几乎每一次考试都是第一

16岁考入北大

28岁成为北大研究员、博导

并入选联合国教科文组织

“未来女科学家计划”

30岁荣获IEEE青年成就奖

该奖项当年全球仅三人获得

黄芊芊荣获IEEE（电气电子工程师学会）青年成就奖

黄芊芊入选2017年度“未来女科学家计划”

“黄芊芊研究的是当今最前沿的科技，取得了令世界瞩目的成就，像她这样的女科学家，在全世界也是屈指可数。黄芊芊不愧是芯片研究领域的奇才。”（北京大学信息科学技术学院、《上饶晚报》联评）

“爽文开局” 却要走一条“最难的路”

黄芊芊读大三时加入黄如院士课题组，大四毕业后师从王阳元院士和黄如院士攻读博士学位。“当时国际上主要有两大研究思路：硅基这条老路，因为高度成熟，能改的东西非常少，可突破的空间更少，面临的挑战也更大；如果跟随前沿热点直接换新材料，也许更易发表学术成果，但它们与现有标准硅基工艺不兼容，难以实现大规模生产，离实际应用会比较遥远……在原有的硅基体系里去创新，能够更好地让成果落地。”

在全面梳理国内外已有研究成果，并与王阳元和黄如两位老师商量后，偏爱“研以致用”的黄芊芊，选择了硅基隧穿场效应晶体管这条最难走的技术路线。

北京大学集成电路学院研究员黄芊芊

从2009年到2021年，4000多个日日夜夜，其间黄芊芊遇到的问题、碰到的挑战、遭遇的挫折和为此做出的努力、耗费的心血，难以想象。

人民日报记者曾问黄芊芊：“这12年里，估计许多同行已经换过多个课题，说不定还有转行的。你为什么能一直坚持这么长时间？”黄芊芊答道：“因为我觉得这件事情有意义！”

她告诉记者，从学界到产业界，现在还能坚持在硅基隧穿晶体管上做超低功耗研究的，已经很少了。“正像前面我和你说的，因为我们一开始就是朝着产业化的方向做，所以能一直坚持下来。如果不是为了落地，可能干个两三年就要换方向了。”

“ 我知道它很难，但是我也不会对未来想特别多，让自己焦虑或者怎样。 就像爬珠穆朗玛峰，如果一开始就知道自己肯定上不去，你可能就不会上了。”黄芊芊打了个比方，“但是我可以先到大本营，然后再慢慢往上走。走到半山腰，感觉自己爬不动的时候，我就会告诉自己都走到这里了，为什么不再努力一把？”

并且，黄芊芊还跟记者分享了北京大学知名美学教授朱光潜先生的一句话：一个人的生命之强弱，以能否朝抵抗力最大的路径走为准，一个国家或是一个民族也是如此。

从实验室到生产线 为国产芯片“造血”

在学校的超净实验室做出隧穿场效应晶体管，只是万里长征的第一步。这个东西最终能不能成，还得在大生产线上做出来才行。

从2012年开始，黄芊芊与国内某顶尖集成电路制造商（以下简称CMC）合作，把在学校里研发的超低功耗隧穿场效应晶体管，拿到北京亦庄的生产线上去做。

北京大学微电子工艺实验室一角

隧穿场效应晶体管这个技术从结构上看似不复杂，但在国际工业界，仍未能采用标准工艺生产线制造出性能优异的隧穿器件。“上产线到底行不行？”从北大到亦庄有一个多小时的车程，坐在车里，黄芊芊一边忍受着头晕带来的不适，一边心里犯嘀咕。

在与CMC的技术团队反复交流讨论之后，她对原有的标准生产线工艺做了一些初步的设计调整，进行了几批流片，但是结果都不太理想。

回到学校，她先把可能的问题从头到尾梳理了几遍，然后重新评估：设计上哪些细节还需要调整，工艺上哪个环节还应该优化……找到症结所在后，她又对方案逐一修改、优化、改进。

在2015年博士毕业那年，黄芊芊和同伴们终于在CMC的产线上研制出世界上首个基于12英寸现行标准CMOS工艺平台的互补隧穿集成技术：在同一硅晶圆片上同时实现了性能优异的互补隧穿器件和标准CMOS器件的制备，隧穿器件的亚阈值摆幅在国际上基于制造厂商工艺的同类报道中首次实现低于60mV/dec，静态功耗比同尺寸MOSFET器件低3个数量级。

但是，从这一步到最终的目标仍有一定距离，还要面临优化工艺、解决良率等一系列问题。随后，黄芊芊与北方集成电路技术创新中心等单位的科研团队联合申请了一项国家重点研发项目，朝着实现高可靠超低功耗晶体管技术产业化的目标继续行进。

“目前进展还不错，隧穿器件的电流开关比做到了业界国际领先，我觉得有望在未来几年内实现产业化应用。”黄芊芊说。

目前，黄芊芊和同伴们在超低功耗器件领域的理论研究工作和产业化进展一直处于国际领先水平，她们的一系列工作在芯片最核心的器件层面，为后摩尔时代具有我国自主知识产权的超低功耗集成电路技术和产业发展奠定了重要基础，更为在后摩尔时代把握我国集成电路技术创新发展的主动权贡献了重要力量。

黄芊芊，北京大学集成电路学院长聘教授、博雅特聘教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授。长期从事集成电路超低功耗微纳电子器件及其应用研究，取得了一系列具有国际影响力的学术成果，相关成果被国际半导体技术路线指南引用，并与中芯国际等合作研制了世界上首个基于12英寸CMOS大生产线的超低功耗互补隧穿器件集成技术及电路芯片，多项授权专利转移至中芯国际。曾获中国青年女科学家奖、科学探索奖、求是杰出青年学者奖、IEEE电子器件学会青年成就奖等多项重要奖励和荣誉。担任国家重点研发计划专项课题、国家自然科学基金“集成电路 3~5 纳米节点器件基础问题研究”应急管理重点项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目等多项国家级项目负责人。担任IEDM等国际会议TPC委员、《中国科学：信息科学》等期刊编委、IEEE EDS VLSI Technology & Circuits等技术委员会委员。

来源 | 都市现场综合人民日报、北京大学官网、中国妇女杂志、澎湃新闻、当代江西等