北京，創新之城；人才，創新之源。70年來，首都科技事業取得驕人成就，離不開一代又一代科技工作者的艱苦奮斗、不懈付出。 從今天起，本報與市科委共同推出“科技之星·初心”專欄，聚焦首都科研戰線上那些耀眼的科學大家、領軍人才、科技之星和創新團隊，尋訪他們攀登科學高峰路上的初心故事。

61歲的魏少軍更像是我國“核高基”引路者。“核高基”是核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品的簡稱。不論是學術會議、大型論壇，還是電視講壇，魏少軍總不忘介紹集成電路企業人才不足的現狀、剖析中國芯片產業高質量發展的痛點、闡釋未來的發展路徑。他念茲在茲的就是做強中國“芯”。

這是一位國產芯片“先行者”的初心。

從成為郵電部郵電科學研究院半導體所的學徒工開始，魏少軍的“芯”路歷程，以每十年一個臺階，向前突破。

第一個十年，他跳過高考自學考上清華大學碩士研究生，出國參與芯片設計；

第二個十年，他在比利時讀博之后留校任教，鉆研芯片設計理論；

第三個十年，他回國帶領團隊實現IC電話卡芯片和SIM卡芯片國產化；  

第四個十年，他回到清華大學任教，并攻克高能效動態可重構計算及其系統芯片關鍵技術。

如今，他的團隊還在AI芯片、CPU硬件安全行為監控芯片和智能化芯片上發力，在強“芯”之路上不斷尋求新的突破。

1 國產IC電話卡芯片打破壟斷

坐在清華大學FIT樓三層的辦公室，魏少軍愉快地打開話匣子。

早在中學時，他就是無線電“發燒友”。作為“50后”，他們這代人的中小學學業幾乎荒廢。為了拴住他的注意力，在中科院電子所工作的父親親自上陣，教授他無線電知識。魏少軍為此著了迷，經常與幾個志同道合的小伙伴交流，課余時間就在設計電路圖、焊接電路板、調試設備中度過。

他還記得，那時候最開心的是騎著自行車滿世界找元器件，“廊房二條、燈市口的八面槽、高碑店，這些地方我們都去過，餓了就花三毛錢買一碗面或者炒餅。”中學時期，他親手組裝過十幾臺收音機和電視機，超強的動手能力為日后從事芯片研究打下了堅實基礎。

高中畢業，魏少軍來到郵電部郵電科學研究院半導體所當學徒工。1977年，他首次參加高考，考取北方交通大學運籌學專業，卻因擔心“從事火車調度出事故”，沒去報到。

第二年暑假，看到昔日小伙伴變身“天之驕子”，他深受刺激，做出一個更為大膽的決定：跳過高考，直接考研。三年時間，他自學了《高等數學》《普通物理》等幾乎所有大學課程，光是做習題的演算紙就攢了兩麻袋。

1984年，兩度考研之后的他終于成為清華大學無線電系信號與系統專業研究生。畢業之后，他通過中國與比利時的國際合作項目，在比利時讀博、留校任教。

上世紀90年代，國內科技事業發展蒸蒸日上。一段小插曲，讓他內心的天平向祖國傾斜。1994年，他到清華微電子所交流如何做芯片設計，當時國內常規操作是反向設計，而魏少軍講述的是正向設計，即先明晰原理，確定設計思路，再按照構想一步步實現。臺下的聽眾對此感到很神奇。這種巨大的差異讓魏少軍很受觸動，“我感到，自己有責任為祖國芯片研發貢獻力量。”

1995年，魏少軍回到清華任教，同時在郵電部電信科學技術研究院兼職（實際是全職工作，人事關系在清華），擔任新成立的集成電路設計中心（大唐微電子技術有限公司前身）主任，開啟芯片國產化設計之路。

20多年前，中國盛行排隊打IC卡電話。小小一張電話卡，可儲值、可反復使用，其中的奧秘在于內部鑲嵌的集成電路芯片。這種芯片起初被國外壟斷，每張卡的價格高達一美元。

魏少軍的第一個項目就瞄準了IC電話卡芯片，他爭取到郵電部重點科技發展項目，帶著團隊沒日沒夜地奮戰。“當時不知道怎么做設計，也不知道到哪里生產，幾乎是從零起步。”他說，電話卡芯片是特殊工藝，當時國際上流行的是NMOS工藝，但國內只能生產CMOS，后者多了一支管子，意味著成本上升一倍。為了降低成本，他們只好從精細設計上下功夫。

兩年后，米粒大小的芯片誕生了！這是我國第一枚完全自主知識產權、完全國產化的IC電話卡芯片，打破了當時完全依靠進口的局面。“1999年，大唐微電子的IC電話卡銷售額達到兩千萬元，第二年增至上億元，這也是我國第一枚銷售額上億元的國產化芯片。”魏少軍自豪地說。

2 開放專利使更多人受益

初戰告捷，魏少軍團隊又有了新的目標——SIM卡芯片。本世紀初，移動通信開始流行，進口的SIM卡賣到10美元一張。研制SIM卡芯片，意味著要打破國外知識產權的壟斷，另辟蹊徑。

當時，SIM卡芯片采用的是可擦除可編程只讀存儲器（英文簡稱E2PROM），但國際上普遍采用的E2PROM，國內沒有。上海一家廠商有Flash技術，但之前主要用于生產存儲器。

用Flash技術做SIM卡芯片，魏少軍又成了“第一個吃螃蟹的人”。這一技術的特點在于，Flash密度較高、容量大，但靈活性差、可靠性差。要保證可靠性，魏少軍想到的對策是，“把芯片做大一點，今天用這塊，明天用那塊，只要知道哪塊壞了，盡量避開就行。”他們又研發出壞塊自我檢測技術，使用過程中，一旦知道壞塊，就把數據搬移到好塊上去。除此之外，他們還在SIM卡上首創軟件后期寫入模式，也就是說，只需要準備一種芯片，相應的軟件、程序后期加載即可。

基于SIM卡技術，他們申請了好幾十件專利。當時，國內某移動通信公司提出建議，放棄專利的利益索取權利，也就是說開放專利，以便更多人使用。利益誘惑，不是沒有，但魏少軍大度允諾，“只要能進入市場，無所謂，那放棄吧。”

時至今日，國內老百姓使用的SIM卡芯片仍受益于魏少軍團隊當年的技術。如果收取專利費用，那收入不可估量。對此，魏少軍淡然一笑，“一個技術，如果開始就管人家收費，別人都不用，那你什么都不是。開放專利，讓產業成長起來，這是最好的。”

當年，他們將一張SIM卡定價在27元人民幣，只有進口SIM卡的三分之一。大唐微電子2004年、2005年連續兩年銷售量都在十幾億元，位居國內第一，由此也帶來國內市場的繁榮，并促使國產SIM卡芯片全球市場占有率超三分之一。

此后，魏少軍成為大唐電信科技股份有限公司總裁，干了三四年之后，他突然感覺“真的干不動了”。

“自己的能力受到很大挑戰。”他后來自我剖析：自己是干技術出身，技術情結較重；管理企業，經營上市公司則不一樣，除了技術，還要兼顧經營等更多因素；另外，作為管理者需要一股狠勁兒，而自己內心柔軟。

他想回歸技術。2005年，就在國資委計劃把他調離清華大學，全職到大唐當總工程師時，清華大學挽留了他，“你不能走，這對清華損失太大了。你回來吧！”

就這樣，魏少軍留在了清華大學，從企業高管變回大學教授。

3 領先打造芯片界“變形金剛”

2006年回歸清華大學后，魏少軍幾乎一切歸零，團隊要從頭組建，研究方向也要重新考量。起初，團隊里只有年輕教師劉雷波、尹首一和幾名研究生。

四處奔波成為家常便飯。為了節約經費，大家出差就坐硬座，甚至站票。團隊沒有多余的資金去聘請專業工程師，只能在研發之余，自己動手。

即便困難重重，魏少軍心里也思忖著，未來十年，到底什么會成為熱點？根據摩爾定律，芯片行業每18個月進步一代，如此推進，到2016年集成電路工藝可能會達到20納米以下。他們據此計算，如果芯片水平達到14納米，那開發一枚芯片的成本需要幾千萬美元，甚至上億美元，一定要批量生產才能蓋住研發費用。不過，現實中的情況是，市場上大概有六七成產品為專用集成電路芯片，它們根據特定應用來定制電路結構，執行速度快、功耗小、成本低，卻有一個致命缺陷——靈活性和拓展性差。另外，針對不同應用需要設計不同的芯片，設計周期長，投入研發成本也高。

魏少軍設想，“有沒有一種辦法，通過軟件改變芯片的功能，讓一種芯片適應各種不同的應用？”

這個概念，即所謂可重構芯片，早在上世紀60年代就有國外學者提出，但直到2000年之后才引起重視，也成為集成電路領域炙手可熱的焦點。

花了三年時間，魏少軍團隊才明晰思路。通過構建特別的計算單元，把計算單元變成陣列，陣列當中每一個計算單元的功能都可以定義，而且這些計算單元之間相互連線，也可隨時定義或者編程。由此，軟件怎么寫，就把它直接映射到計算單元中去，讓芯片實現相應的功能。

他打了一個巧妙的比喻，可重構計算芯片讓芯片成了“變形金剛”，硬件跟著軟件變，軟硬件雙編程，根據不同的應用需求，實現“兵來將擋，水來土掩”。

憑借“高能效動態可重構計算及其系統芯片關鍵技術”，魏少軍團隊獲得2015年度國家技術發明獎二等獎及2015年中國專利金獎。

更令人矚目的是，該項目比美國國防部高級研究計劃局（DARPA）2017年提出的電子振興計劃（ERI）所規劃的軟件定義硬件技術早提出10年，且重構速度比ERI規劃的2022年指標快5倍以上。

基于可重構芯片技術，魏少軍和他的團隊研發出“思考者”（Thinker）多模態神經網絡計算芯片，這是世界上首枚利用可重構計算芯片技術實現深度神經網絡學習的芯片。從他們團隊孵化的創業公司清微智能已開啟“思考者”的量產。

當前，在信息安全領域，CPU安全至關重要。傳統思路是，從數以億萬計的晶體管中找出只有幾十顆晶體管的木馬。顯然，這無異于大海撈針。這個難題困擾了團隊很長時間，“想破頭還是束手無策。”有一天，坐在辦公室的魏少軍突然“腦洞大開”，“既然找不出來壞的，那我看著好的就行，物極必反！”基于此，魏少軍提出CPU異常行為監測管控技術，并研制出全球唯一報道的可被全程監管的CPU。目前，上海的瀾起科技基于此研發出了“津逮”CPU。

當下，深度學習大行其道，能否讓芯片也不斷學習，變得越來越聰明？魏少軍團隊又瞄準新的目標，“我們把機器學習和訓練也放在芯片上，讓芯片運算功能最后能夠反饋回來，自己教自己，不斷訓練讓自己變好。這就是一個智能化的芯片，是我們下一步的目標。”

4 推進“核高基”產業發展

基于之前在集成電路等相關領域的成就，八年前，魏少軍成為我國“核高基”國家科技重大專項的技術總師。

“核高基”是對核心電子器件、高端通用芯片及基礎軟件產品的簡稱，在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中名列第一。過去，相當長一段時間內，我國“核高基”領域“缺芯少魂”，產品依賴進口，核心技術受制于人。從2011年開始，魏少軍成為這一重大專項的技術總師。他透露，截至2017年我國核心電子器件關鍵技術取得重大突破，總體技術水平實現了跨越式發展，核心電子器件與國外差距由15年以上縮短到5年。核心電子器件長期依賴進口的“卡脖子”問題得到緩解，支撐裝備核心電子器件自主保障率從不足30%提升到85%以上。

作為技術總師，魏少軍要負責規劃國家“核高基”發展計劃、實施內容并選擇合適的路徑，通過項目帶動企業、高校、科研院所共同進步，從而提升產業整體水平。

這樣的角色，促使他既要不斷學習，又要巧妙借助專家組的智慧把握方向，還要不斷說服業內同行共同參與。同行們時常看到，魏少軍走上學術會議、大型論壇、電視講壇，成為“核高基”的引路者。在魏少軍看來，無論作為技術總師，還是作為集成電路行業資深設計者，“我有責任向更多人宣傳‘核高基’的技術理念，帶領大家把產業向前推進。”

魏少軍

清華大學和北京大學雙聘教授，清華大學微納電子學系主任、微電子所所長，“核高基”國家科技重大專項技術總師，中國電子學會會士，國際電氣和電子工程師協會會士。

他致力于超大規模集成電路設計方法學研究、高層次綜合技術研究、嵌入式系統設計技術研究、可重構芯片技術研究，在上述領域發表論文200余篇，出版專著5部，擁有數十項中國和美國發明專利。他曾先后獲國家科技進步二等獎、國家技術發明二等獎、教育部技術發明一等獎等省部級獎6項，以及中國科協“求是”杰出青年獎、國際半導體產業協會（SEMI）突出貢獻獎等。