集成电路先锋，致力于实现先进芯片的中国创造——记四川省“千人计划”入选者、电子科技大学唐鹤教授

○文/毕少华

集成电路先锋，致力于实现先进芯片的中国创造
——记四川省“千人计划”入选者、电子科技大学唐鹤教授

○文/毕少华

1958年第一块集成电路（简称IC）的诞生，把人类生活带入电子时代。随着以计算机和通信技术为代表的高科技产品越来越广泛的应用，以集成电路为代表的微电子产业也进入了高速发展阶段。集成电路分为数字IC和模拟IC两大类，它们是微电子技术发展的核心部分。

不同于数字IC采用工具软件进行自动设计的方法，要设计出好的模拟IC更多的影响因素需要考虑，而这些依赖于设计者的专业基础是否扎实、设计经验是否丰富。本文的主角——电子科技大学唐鹤教授，深耕业内多年，是一位经验丰富的模拟集成电路设计者。

行走电子世界15年

从18岁进入电子的世界，至今唐鹤已经行走其中15年。2001年，唐鹤考入电子科技大学通信工程专业。成立于1956年的该校，是以电子信息科学技术研究为核心的国家重点大学。在这里完成四年本科阶段学习后，唐鹤赴美进入美国著名三大理工科院校之一的伊利诺伊理工大学攻读电子工程专业硕士学位。

2010年，唐鹤不仅拿到加州大学河滨分校电子工程专业博士学位，在此期间的研究也有重大突破：他创立了高速电容插值ADC的量化模型设计方法，建立ADC指标与设计参数（BW、W/L、插值电容等）的数学模型，使ADC设计更科学、性能达到最优化。这项研究成果在国际权威期刊上发表，唐鹤两次受邀在相关大会上做报告。不仅如此，他还成功设计了采用Op-Amp Sharing和SCBiasing结构的超低功耗Pipelined ADC芯片，并建立了可使Pipelined ADC功耗实现最优化的数学模型和设计方法。

读博期间，唐鹤已进入美国硅谷豪威科技公司（Omnivision Technologies Inc.,）担任模拟电路设计工程师。毕业后的两年间，这里成为唐鹤模拟集成电路的主战场，他主要负责高速MIPI模块芯片的设计开发。由他独创设计的高速多路驱动HSTX，实现了摆率（slew-rate）可控和更低的功耗，并且整体性能提高10%。他设计的MIPI系统分离式构架，降低了时钟和数据的抖动（jitter）与偏斜（skew），提升速度10%，并且大大节省面积和功耗在30%以上。由他设计的芯片模块，成功应用于多家著名公司的智能手机和平板电脑中，实现量产后为企业创造了可观的产值。

多年奋战在模拟IC设计和研究第一线，唐鹤已在国际期刊、杂志和国际会议上发表SCI/EI论文三十余篇，六次受邀在国际会议上做报告，其研究成果申请了多项专利。2012年，唐鹤放弃了美国的高薪工作和待遇，带着一颗为祖国微电子事业腾飞做贡献的报国之心，带着丰富的研究、设计经验和成果回到国内，成为母校电子科技大学微电子与固体电子学院的一名教师。目前，他是国家自然科学基金项目（产学研）、霍英东教育基金项目、四川省科技支撑计划（产学研）等6个项目的负责人，四川省科技成果转化项目（重大产业类）的技术负责人。唐鹤2013年入选四川省“千人计划”专家，2014年成为四川省学术与技术带头人后备人选，今年（2015年）更是成为四川省“十三五”科技规划的专家工作组成员（负责IC设计方向的规划工作）。

模拟IC研究成果多

在不断地学习和研究中，唐鹤积累了丰富的经验，也逐渐确定了自己的研究方向。他在高速高精度ADC芯片和高速SerDes系统芯片研究方面，具备了深厚的科研创新能力和丰富的工业界设计经验。多年潜心研究，唐鹤收获了累累硕果。尤其是回到国内后，他继续从事高速高精度低功耗ADC芯片（RF ADC）的研究与设计，并将研究的重点放在射频采样高精度低功耗ADC（RF Sampling ADC）、高清数字视频低功耗ADC和应用于下一代移动通信（5G）的超高速ADC方面。他在研究中不断创新的同时还大力推动自己科技成果的转化。在射频采样高精度低功耗ADC芯片方面，唐鹤通过建立ADC core模拟电路部分的数学模型，并采用自创数字校正设计，创建了一套新的设计方法，使ADC在满足高精度的同时采样频率超过GHz，并且节省功耗和面积达40%。RF ADC代表着ADC研究的最高水平和未来发展的趋势。目前，唐鹤正与成都某IC企业开展产学研合作，第一期的研究已初步完成，并且取得了诸多的创新设计，比如自创的数字校正方法和模拟设计量化模型法，大幅降低整体功耗和面积。第二期样品定型的开发正在进行，预计在2015年底或2016年初完成，可开始进入小试阶段。

高清数字视频ADC芯片需求非常可观，未来还将继续扩大。在这方面研究中，唐鹤首创了一次校正（one-time calibration）技术，不需要中断ADC正常工作即可实现高速校正，并且性能可基本不受电源电压、温度和工艺的影响，功耗和面积也大幅降低。目前与四川某IC企业正在开展高清数字视频ADC芯片的开发和产业化合作。第一期开发正在进行，取得了onetime calibration等创新性设计，使其性能更加优良和稳定，不受外界环境影响，并且可大幅节约芯片面积。现已初步完成设计，2015年底可实现样品定型，形成知识产权，准备推向市场。

他还创建了高速电阻插值型ADC的量化模型设计方法，建立了ADC性能指标与设计参数（architecture、Gain/BW、W/L、IF以及系统offsets等）的数学模型，使设计更加科学和快捷，并且保证最优化性能。

另外，针对大数据、云计算产业和企业级的应用，唐鹤与企业合作，正在开发PCIe固态硬盘主控芯片，以极大提高系统读写性能和可靠性。这项研究正在紧张进行中，预计2016年中将完成功能和性能测试，完成芯片定型。

高科技时代，科学技术转化成生产力改变人们生活的景象处处可见，人们看不见的是这些高科技应用背后的研究、设计者们辛勤地付出。这些身影中有一个是唐鹤教授，他和他的团队正为实现科技改变生活的目标而继续奋斗。

唐鹤教授（后排右四）和他的研究团队