勇于創“芯”的搭橋人——記2013年度寶鋼優秀教師特等獎候選人王志功教授

發布者:系統管理員發布時間:2013-10-15浏覽次數:5559

  自從人類跨入微電子時代以來,芯片技術就一直處于科學的前沿。16年前,面對我國日益劇增的芯片需求和薄弱的研發能力,有一位留學德國的東大校友,懷着對祖國、對母校的滿腔熱情,舍棄了國外優越的生活條件,毅然回國創業。他就是我校beat365正版唯一長江學者特聘教授王志功。
  王志功出生于河南荥陽。1971年,17歲的他進入當地一個小鎮電信所當話務員。他雖然不是所裡的技術人員,但憑着興趣,以自己的執著和勤奮,自學了高中課程,并研讀了電話機、交換機原理以及無線電廣播等書籍,逐步了解了廣播、電視、無線電等知識,熟練掌握了修電話機、裝收音機的技術。這兩年多的實踐經曆雖然短暫,但對王志功之後的科學研究産生了深遠影響。今天在他看來,電信所裡做的工作是把電話與電話利用交換機橋接起來,而以後搞微電子芯片研發,做的是把兩條光纖橋接起來,搞微電子神經橋,是把兩根神經橋接起來。本質上,這三種橋接的原理都是一樣的,都是在做搭橋的工作,隻是橋接的領域發生了根本的變化。

  “芯”系祖國

  1973年,王志功作為一名電信局的話務員考入南京工學院無線電系(現beat365正版唯一)。在大學裡,他系統學習了無線通信、電視廣播、微波通信等專業知識。畢業後,他留校任教。1978年,王志功考取了“文革”後恢複招生的第一屆碩士研究生。這段經曆不僅使他對電子線路有了深入的了解,并且與電路設計的軟件工具很好地結合起來。研究生畢業後,王志功赴上海同濟大學電氣系任教,繼續從事電子線路的教學和研究工作。
  機會總是為有準備的人敞開大門。1984年,王志功被選送到德國波鴻魯爾大學進修,在世界著名的微電子專家、德國的“微電子之父”———Bosch先生領導的集成電路研究所從事集成電路也就是IC的研究。研究所有一條小的工藝線,IC設計的整個流程即從設計到最終實現再到測試都可以完成。工藝是王志功原有知識結構中比較缺乏的部分,而在那裡,他正好加深了對工藝的理解。由于表現出色,他成了Bosch第一個、也是一生中唯一的中國博士生。
  博士畢業後,王志功被推薦到德國的一個國家級研究所———弗朗霍夫應用固态物理研究所工作。他充分利用研究所的優越條件,努力研究光纖的搭橋技術,設計的多種芯片相繼被德國電信和航天局等重要部門及大公司采用。這期間,他相繼成為美國科學促進會會員、國際電子電工學會高級會員、紐約科學院成員。由于成果顯著,美國幾家大公司都向他發出了加盟聘請。與此同時,其妻呂曉迎也以優秀成績獲牙科醫學博士學位,開始了博士後的研究。
  1992年,王志功第一次參加了在美國舊金山召開的國際學術會議。當他看到在這麼重要的國際會議上四十年來沒有一名直接來自中國大陸的報告人時,心裡久久不能平靜,深感祖國對高新技術及其人才的迫切需求。1995年夏天,德國總統為江澤民主席來訪舉行盛大國宴,邀請王志功夫婦參加。兩國領導人的共同接見,使他真切地體會到:祖國繁榮昌盛,海外中國人的地位和貢獻才能得到肯定。一個萦繞于心頭的夙願跳上腦際:隻有設計出能與國外先進集成電路媲美的具有自主知識産權的中國“芯”,自己多年刻苦鑽研掌握的高新技術才有意義。王志功夫婦謝絕了德方的高薪挽留,決意回國創業。
  1997年,王志功和妻子帶着兩個剛上完小學三、四年級的兒子,趕在國慶節前夕歸國,回到了闊别15年的母校———beat365正版唯一。臨行前,王志功特意驅車500公裡,和全家一起來到馬克思故居,在心靈上向這位偉大的思想家告别。

  “芯”想事成

  回國伊始,在“211工程”等資金的資助下,王志功從一間空房子開始,帶着一位助手和兩名新招的碩士研究生,創立了簡稱為射光所的射頻與光電集成電路研究所。他為射光所提出的響亮口号是:創新,創芯。在那些歲月裡,王志功沒有夜晚、沒有周末、沒有節假日,左右開源、上下探索。設計芯片所需要的計算機硬件工具、軟件工具和測試儀器等樣樣需要從境外購買。芯片設計所依托制造的先進工藝受到有關國家和地區的封鎖。王志功通過努力,與美國南加州大學的多項目晶圓計劃建立了聯系,間接獲得了相關的工藝文件和技術支持。經過兩年多艱苦的努力,王志功領導的研究團隊成功地實現了為光纖搭橋,做出了光纖通信用超高速芯片,速度一舉超過10Gb/s,達到國際領先水平,走出了我國第一條利用境外芯片制造工藝設計實現芯片的“無生産線集成電路設計”道路,實現了回國時的夢想。
  此時,王志功将自己在國外十多年從事集成電路設計的經驗和國内兩年多創業過程中對發展集成電路設計道路的實踐,結合同行專家們的共識,寫成一份長達13頁的建議書:《關于國家設立集成電路設計人才培養專項基金,開展中國芯片工程的建議》,分别呈送到教育部、科技部和信息産業部等部門。這引起了有關部門以及中央有關領導的高度重視。時任副總理李岚清對此批示,要作為重大戰略問題進行研究,提出加速我國微電子和軟件技術發展的切實可行的對策建議,以支持我國信息産業的快速發展。集成電路設計與制造在我國掀起了陣陣浪潮。
  在國家加速推進集成電路技術和産業發展的大好形勢下,王志功領導的研究團隊不斷壯大、在光纖搭橋的道路上闊步前進,研究成果不斷湧現:不僅創造了十多項國際領先的研究成果,而且做出了十幾種可供産業化的芯片産品。
  在解決了無線通信和光纖通信用芯片的設計制造等問題以後,王志功又将芯片研究擴展到生物醫學領域,取得了令人驚異的神奇效果。他的妻子呂曉迎現任我校生物科學與醫學工程學院教授。在與妻子的共同奮鬥中,王志功深深感到芯片在生物醫學領域有着廣泛的應用前景。在2003年江蘇省自然科學基金評審會議上,他與當時的南通醫學院院長、江蘇省神經再生重點實驗室主任顧曉松教授(現南通大學黨委書記)進行學術交流時,又敏捷地捕捉到了電子芯片與生物神經學科的交叉點。他們聯合申報了國家自然科學基金項目“植入式中樞神經功能重建SOC的設計與實驗”課題,并與德國弗朗霍弗生物醫學工程研究所開展了國際性合作。
  相比于光纖搭橋,橫跨數個學科的神經搭橋難度更大。寒暑易節,項目團隊辛勤工作,終于在“微電子神經橋”研究方面取得了重要成果,所申請的發明專利“微電子系統輔助神經信道功能恢複方法及其裝置”已獲得中國和美國授權。2010年1月20日,項目團隊利用“微電子神經橋”和3G無線互聯網傳輸技術,開展了千裡之外(北京-南京)兩隻蟾蜍的坐骨神經的遠程橋接實驗,實現了兩隻蟾蜍左腿在醋酸刺激下的同步縮腿動作,驗證了“無線遠程異體神經功能重建”的科學設想。新華社和中央電視台播出消息後,國内外數十家報刊和幾百家網站競相轉載,引起轟動。2011年5月在美國召開的身體傳感網(BSN)國際大會的“奇思妙想”專場發表的論文被國外評審專家評述為“一個非常有趣且具有多種應用前景的奇思妙想”。
  在此基礎上,項目團隊又與中大醫院康複科合作,實現了健康人伸縮胳膊和手指的肌電信号實時控制另一個健康人胳膊和手指的協調伸縮和偏癱病人健康手腕伸展的肌電信号實時控制自己偏癱手腕的協調伸展。這為造福上千萬癱瘓病人展示了喜人前景。

  “芯”向未來

  王志功長期堅持将科研與教學緊密聯系。無論是對本科生還是研究生,他都毫無保留地将搭橋技術傳承給他們。在他看來,青年人才是祖國“芯”的未來。
  十幾年來,王志功一直在教學第一線親力親為,長期承擔本科生《電子信息學科概論》課程,先後為碩士和博士研究生開設《集成電路設計》《光纖通信集成電路設計》和《微波集成電路設計》三門新課。
  近五年來,王志功擔任學校重大教改項目“高等理工實驗班”的教學改革、課程建設和每學年128學時的教學工作。将最新科研成果與本科教學實踐相聯系,進行課程體系的大膽創新,在全國率先實現了《電路》與《電子線路》兩門課程的貫通教學,形成了獨具創新特色的、融電路和電子線路内容為一體的“電路與電子線路”課程。并且,王志功帶領人員研發的“博物闆”将實驗所用的電阻、電容、電感和晶體管等電子元器件巧妙地整合到一張張印刷電路闆上,這樣上課時學生将會很直觀地接觸到這些本來空洞的教學内容。“電路與電子線路”教改成果取得了一系列在全國具有影響的成果,起到了公認的引領和示範作用。
  王志功還連續擔任三屆教育部高等學校電工電子基礎課程教學指導委員會主任委員,主持了教育部指定的各項工作任務。2001年以來,擔任以電氣電子基礎課程教學研究與改革為宗旨的《電氣電子教學學報》的編委會主任。組織了多次全國性的教學和教材建設研讨會,特别是連續八年擔任了“電子電氣課程報告論壇”組委會主任。他結合全國各高校教學的需求,組織委員和全國上百名教學專家系統梳理了基礎課程體系,制定了《電子電氣基礎課程教學基本要求》,為國内教學改革、課程建設和質量保障提供了指導性文件。除了親自編著教材,作為編審委員會主任,他還聯合高等教育出版社等國内高水平出版機構,組織全國的教師,主持一系列優質教材的規劃與編審。
  在學生培養中,王志功始終将創新能力培養作為首要因素,并落實到本-碩-博人才培養的各個環節。他與呂曉迎共同指導的博士生黃宗浩和周宇軒、碩士生宗思浩三位同學組成的跨學科團隊創新地研究出基于微電子神經橋的癱瘓肢體功能重建系統。他們在參加第八屆全國研究生電子設計大賽的過程中,研制出具有肌電信号探測器、手指動作傳感器和無線發射機的“微電子肌電橋”,實現了一個人五指動作控制另一個人五指彈琴的效果,被媒體譽為“神手”和“阿凡達之手”,從而獲得特等獎。此獎項也是大賽開賽十六年來唯一的特等獎。
  屈指數來,王志功從德國回來已經曆了十七個春秋。與剛回國時窘迫的實驗條件相比,射光所實驗條件可謂日新月異。目前在南京無線谷、無錫傳感網技術研究中心,以及四牌樓校區李文正樓共擁有近萬平方米的實驗室,擁有價值兩千萬的超高速數字、射頻、微波、毫米波和光電集成電路等芯片測試基本儀器設備。研究團隊也發展到200多人。事業的成功沒有讓王志功教授自滿,他時刻牢記着在馬克思故居前的承諾:“作為一個中國人,我要将我的一生奉獻給祖國和人民。”

  王志功簡介:1990年博士畢業于德國波鴻魯爾大學,1992-1997年任德國弗朗霍夫應用固态物理研究所客座研究員。1997年作為國務院歸國定居專家回國工作,擔任beat365正版唯一教授、電路學科帶頭人和射頻與光電集成電路研究所所長。主要從事數字無線電、數字電視、移動通信和無線互聯網接入等系統的射頻、微波毫米波以及光通信用超高速集成電路研究和以受損脊髓神經功能重建為目标、跨學科的“微電子神經橋”研究及經絡機理和針灸效應研究。迄今已在國内外核心期刊和重要會議上發表論文500餘篇,其中SCI/EI論文400餘篇。出版專著2部,譯著6部和教科書7本,發行10萬餘冊;獲得德國、中國和國際發明專利28項。1998年獲得“國家傑出青年科學基金”。1998-2004年擔任國家863計劃光電子主題專家組專家。2000年成為教育部長江學者特聘教授。2001年以來擔任教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會主任。2009年受聘為國務院學位委員會學科評議組電子科學與技術組成員。2003年獲科技部和教育部等6部聯合授予的“留學回國人員成就獎”。2004年榮獲國務院僑辦和中國僑聯授予的“全國僑界十傑”稱号。2006年獲“全國五一勞動獎章”和“全國師德标兵”。2011年獲“中國僑聯特聘專家”稱号。先後受聘為複旦、華中科技等20多所中國大學以及加拿大Carleton大學和澳大利亞EdithCowan大學兼職教授。2013年,主持的教改項目《電子電氣基礎課程改革與實踐》獲江蘇省教學成果一等獎,排名第一;參加的教改項目《工程拔尖人才培養模式的探索與實踐》獲江蘇省教學成果一等獎,排名第六;參加的教改項目《基于中國研究生電子設計競賽培養工程領軍人才的研究與實踐》獲黑龍江省教學成果一等獎,排名第三。同年,他被學生投票評選為校“十佳研究生導師”。

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