张博士做出5G芯片

高千雯 游晓鹏

5G正在向我们走来。然而，不同国家划分的5G通信频段各不相同，

适应这个频段的芯片并不一定能够适应那个频段，于是就可能出现尴尬的一幕：

出国旅游，5G手机竟然“失灵”了。

张净植研发了一款芯片实现了多个频段全部覆盖， 将能实现5G全球通。

张净植研发的这款芯片，源于三年前。2015年，他的导师康凯教授承担国家5G技术方面的重大专项，张净植负责频率源部分。

在4G时代，各个国家所用的频段都在3GHz以下，不少手机生产商采用了多个芯片来覆盖所有频段，并且在频率较低的情况下，器件性能好，即使用一个芯片来覆盖所有频段，设计也相对比较简单。而到了5G时代，不同国家划分的应用于5G通信的频段大大提高，中国用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段，美国用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz频段，欧洲用的是24.25-27.5GHz频段，日韩则采用26.5-29.5GHz。一个手机要支持这么多不同的高频段，难度太大，但如果不支持，可能會导致手机出国后无法正常通信。

究竟能否研发一款宽频带“通用芯片”全部覆盖以上各个不同的高频段呢？

从2015年萌生想法到2016年9月真正开始设计，张净植尝试了多种思路。他首先想到，输入电流和工作带宽是正相关的，如果要提高电路的带宽就得想办法增强输入电流。而要增强输入电流，一种方法是增大输入信号，但一般而言，外部给的输入信号大小是固定的，所以此路不通。还有一种方法，就是提高输入极的增益，但业界已经把输入极优化得很好，想进一步提升基本不太可能。

在不断提出问题又不断自我否定之后，张净植提出了一个突破性的想法：能不能用无源电路把电流提升，然后插入一个变压器，这样就可以使电流提高N倍同时能把带宽也提高N倍呢？又经过三个月的努力，他和团队在2016年12月份完成芯片设计并进行了第一次流片。

2017年3月，终于拿到芯片。测试的结果令他非常激动：和2017年国际国内最新的研究成果相比，他们的研究已经在性能上远远胜出。此前，业界做出的芯片工作带宽大概在10-30%，而他们的芯片带宽可以达到60%以上。于是，他和康凯教授商量，很有必要再次优化设计并做第二次流片。

芯片优化设计的时间十分紧凑：做芯片一般要依次完成原理图、版图、模块级联，最后才是完成总版并进行评估。但到了2017年4月，他们才刚做到模块级联环节，进度比预期慢很多。考虑到芯片设计不容有失，否则流片就会功亏一篑，他们决定不急于求成，最终到5月才完成第二版设计。

由于芯片造价成本高昂，而且准备第二次流片时没有项目支撑，他们经过许多周折，向国内外其他单位寻求支持。第二次流片终于结束，但在过海关时却卡了很久，直到8月底才拿到第二版芯片。他们快速行动，花了一周时间测试芯片的性能，然后快速写论文投给了国际固态电路会议。10月，国际固态电路会议给出了评审意见。团队成员终于松了一口气：总算没有失之交臂！

2018年2月，国际固态电路会议召开。该会议是目前国际公认集成电路领域的权威会议，有着“Chip Olympics（芯片奥林匹克）”的雅称。张净植获得了大会为亚太地区的优秀学生论文设立的“Silkroad Award（丝绸之路奖）”奖项。

他说：“我们的芯片设计从一开始就是面向应用并且和工业界紧密结合的，随着5G通信时代的到来和各种应用逐渐推广，我们的芯片也可能会进入产品化阶段，应用到手机和基站，让5G也可以实现‘全球通”。