作者 | 南风窗记者 付思涵
编辑 | 朱秋雨
这并不是一个为大众所知晓的名字。直到2023年6月，黄令仪去世两个月后，中国科学院大学的毕业典礼上，校长周琪才在致辞中提到了她。
“不久前刚刚离开我们的微电子所研究员黄令仪老师，为了解决国家芯片‘卡脖子’问题，年近八十依然坚守在龙芯研发中心。她说，我这辈子最大的心愿——”周琪哽咽地停顿了，“就是匍匐在地，擦干祖国身上的耻辱。”
晚年的黄令仪，身形瘦削，穿着粗布衣，短发银白，走起路来行动有些迟缓。旁人很难将这位其貌不扬的老太太同高精尖的芯片联系起来。可是她的学生知道，黄老师到了实验室，坐在电脑前拖着鼠标查看版图时，目光犀利，一丝不苟。那是一名顶尖科技工作者的风范。
1936年，黄令仪出生在广西南宁。她来自一个知识分子家庭，父亲是广西博物馆创始人，母亲则是广西化学纤维所的元老。
4年后，在美国新泽西州的贝尔实验室，科学家发现了硅中的P-N结和光伏效应，为晶体管和集成电路的发明奠定了基础，掀开了半导体波澜壮阔的发展史。
与半导体技术近乎“同龄”，黄令仪的一生与这项事业紧密缠绕。
从1960年进入清华大学进修半导体算起，黄令仪在半导体和集成电路领域躬耕了60年。她的同事、学生中有很多院士，而她退休时的职位依然是中国科学院微电子研究所的一名研究员。她不爱做项目负责人，只钟情于一件事：俯下身子，踏踏实实做芯片。
翻开黄令仪的人生篇章，也就翻开了一本厚重的中国集成电路事业发展史。她属于我国第一批半导体专业人才，参与研制用于“两弹一星”的第一台航天计算机，研发我国第一台大型通用集成电路通用电子计算机、第一台大型向量计算机的核心器件，直到研制出我国第一款具有自主知识产权的CPU龙芯一号，结束中国计算机“无芯”的历史。她也由此被后人称为，“中国龙芯之母”。
跨越半世纪，在题为“自主”的曲折求索中，这颗赤忱的“中国芯（心）”经历呐喊与彷徨，始终澎湃有力地跳动着。
1999年，黄令仪（前排正中间）和家人在一起/图源：中国科学院大学
01
“向科学进军”
1958年，黄令仪从华中工学院（现华中科技大学）电机及电器专业毕业，随即被派往清华大学新开设的半导体器件及材料专业进修。
老照片里，年轻的她扎着两条乌黑的麻花辫，黑白分明的大眼睛直视前方，眼神清澈、坚定。22岁的她和新中国刚刚起步的半导体事业，都一样风华正茂。
此次进修，可谓恰逢其会。
黄令仪（前排左一）和兄弟姐妹合影/图源：中国科学院大学
1950年代，国外的半导体研究正飞速进展，西方国家对我国进行了严密的技术封锁。时不我待，黄昆、王守武、汤定元、洪朝生等最早一批回国的半导体专家，筹办了“全国半导体物理学讨论会”，希望引起国家层面的重视。
1956年，新中国吹响了“向科学进军”的号角。周恩来总理在《关于知识分子问题的报告》中疾呼：“要在第三个五年计划期末，使我国最急需的科学部门接近世界先进水平。”
半导体被列为国家发展新技术的“四大紧急措施”之一，一批专门的研究机构和高校专业很快建立起来，清华大学的半导体专业就在其中。
在清华时，黄令仪师从当时刚从苏联学成归来的李志坚教授，在晶体管组进行合金P-N结（半导体器件中的一种基本结构）的研究。理论与实践高度结合，李教授在课上讲完P-N结，学生马上就能在科研中实测观察。
1960年，黄令仪返回华中工学院，带领一批比她还年轻的学生，风风火火地创建了半导体实验室。“什么都自己干”，她（他）们用半年多时间研制出了二极管。但很快，三年困难时期来了，华工只得下马包括半导体在内的一批新建专业。1962年，黄令仪被分配到了中国科学院计算技术研究所二室101组（固体电路组）工作。
黄令仪回忆，进实验室的第一天，四壁空空，只见一个穿白大褂的年轻人蹲在电炉边，炉上有一个玻璃烧杯，里面有几块指甲盖大小的紫蓝色硅片。年轻人告诉她：“这是要做二极管的。”
黄敞
这名年轻人就是1959年从美国归来的青年科学家黄敞。他曾在美国电化学与半导体会议上发表外延模型，预言其可以改变晶体管特性，其研究成果至今仍是世界半导体开发研制的重要基础。
在黄敞的带领下，101组正在研究厚膜电阻译码器二极管矩阵（混合集成电路）及外延技术，这不仅在国内领先，也与世界相同步。黄令仪被分配研制平面二极管、外延小功率开关三极管，“一切都很吸引人，开始埋头苦干”。
02
灯火辉煌156
1965年8月，中国科学院党组书记、副院长张劲夫在台上来回走动，激动地挥着双手说：“我提着脑袋把任务给你们要来了，你们要好好干！”
这个任务，指的是研发适用于航天领域的箭载微（小）型计算机。20世纪60年代，“两弹一星”战略武器的研发迫在眉睫。火箭是远程导弹的载体，制导计算机则是火箭导航和控制系统中的核心部件，用于控制火箭的飞行路径和姿态，调整发动机推力等。“两弹一星”要保证射程，就必须让箭载微型计算机作为“大脑”有效指挥。
为集中攻关，中国科学院抽调技术人员，组建“156工程处”，专攻集成电路和微型计算机。张劲夫立下了军令状，要用一年时间，研制出航天计算机。黄令仪负责研制半导体器件——外延中功率开关三极管，它是实现电路通断、构建计算机集成电路的基础之一。
灯火辉煌的一五六
当时，我国的计算机还处在电子管时代，体型庞大。箭载嵌入式计算机，必须体积小、重量轻，性能高，可靠性强，能够抗击恶劣的空间环境。微型计算机要用集成电路组建，但国内在此领域几乎空白，面临技术封锁，唯有自力更生。
黄敞的学生、展讯通信创始人武平听那一代科学家提起，在没有高精密器件的情况下，当时只能拿着锯子从硅晶上切下硅片，手工打磨，磨平后再在上面做精密的半导体元件。
中国科学院院士吴德馨跟随导师王守觉从事高速开关晶体管研制，“一无资料，二无图纸，实验设备一穷二白”。国内没有光刻机设备，王守觉就巧妙地用两台显微镜、一个紫外曝光灯，搭建了一台“土光刻机”。
黄令仪的科研任务难度也很大，和小功率三极管相比，中功率三极管用于承担更高的电流及功率输出，在制造工艺上需要考虑更大的散热结构和相应的热管理措施。
年轻时的黄令仪与同事们
那时，全组排成三班倒，常常一天干13～14个小时，不断更换参数和版图设计试错。同室的韩景春负责集成电路封装，没资料、没经验，试验要用到的化学药品，只能靠舌头去尝，感到不对劲，就跑到水龙头马上用水冲。就这样，“硬”把研制出的组件给封好了。
在中关村计算所南楼，156项目组所在的楼层夜间经常灯火通明，“灯火辉煌156”，成为156参与者难忘的记忆。1966年7月底，整机调试完成，计算机中传来《东方红》的曲调——研制成功了。
我国第一台自行研制的空间计算机156计算机/图源：中国计算机协会
156计算机，自此跟随“东方红一号”人造地球卫星遨游太空。这也是中国集成电路与计算机史上浓墨重彩的一笔，揭开了我国航天微电子的新纪元。不止“两弹一星”，航天计算机也是一个民族航天事业的战略基础。
2007年的一天，黄令仪偶然从研究所的长廊画卷上，看到了自己和同仁们用青春和热血浇灌过的156计算机。旁边的注释写着：156组件（集成电路）计算机是1966年8月研制出的我国第一台自行研制的空间计算机，1966年国庆，向国家报喜，得到周总理的表扬。读罢，她不禁热泪盈眶。
03
“琳琅满目非国货”
时间来到1970年代，半导体编年史步入大规模集成电路（LSI）阶段。1971年，美国公司英特尔推出了世界上第一个商用微处理器4004，上千个晶体管集成在一枚小芯片上，接近大众认知的轻便的现代计算机有了雏形。芯片产业的国家竞争，来到了加速期。
1971年，美国Intel公司推出全球第一个微处理器4004芯片，图中人物为第一颗微处理器的发明者——特德·霍夫
1973年以来，黄令仪和团队接到为013机、757机等重大计算机项目研制“咽喉”核心器件的任务。她（他）们成功研发出性能稳定的半导体通导存储器，改造出高速的I2L新结构电路等，后者还获得了1980年中国科学院科技成果二等奖。
集成电路的研制在一次次摸索中稳步推进。1983年，计算所成立大规模集成电路研究室，黄令仪团队与北京师范大学正合作一个高性能晶体管研发项目，准备甩开手“大干一番”。但是，坏消息传来了。
黄令仪记得，那是1984年末，领导来问她，计算所要不要研究大规模集成电路。她没想到这会成为一个有余地的问题，斩钉截铁地回答：“计算所若不进行芯片研究，今后只知道用芯片，不知道造芯片，怎么能设计一台好的计算机呢？”
然而不久，上级下达了裁撤大规模集成电路研究室的通知。黄令仪走出办公楼，忍不住失声痛哭。她只有一个想法：“难道计算所今后真的走向了‘无芯’的未来？”
那是一段众多芯片工作者难挨的日子。“七五”到“九五”期间，限于国内经济条件和国际技术封锁，再加上国外芯片产品的涌进，国家对自主研发CPU（通用处理器）的支持力度有所下降，很多技术人员选择了转行。
但黄令仪不甘心。1986年底，她进入新成立的中国科学院微电子研究中心，转身开始研究用CAD（计算机辅助设计）研制芯片。集成电路技术一日千里，人工绘制版图难以适用日渐复杂的电路形态，使用工具软件综合布线成为主流。50岁的黄令仪从头开始学习如何使用硬件描述语言来呈现数字电路，“像读天书”，然而终究一句一句地啃下来了。
1989年11月，黄令仪在美国拉斯维加斯的一场国际芯片展览会上，迎来“一生中最大的刺激”。她待了一周，几乎跑遍展会成千上万个摊位，但找不到一颗来自中国的芯片。好不容易在人群中看到几个中国人，手里拿着长城公司的塑料袋，她怀着希望上前询问，才知道对方也是来参观的。
“只有我最明白，1963年我国集成电路的研究水平与国外是同步的啊！琳琅满目非国货，泪眼涟涟。”黄令仪下决心，一定要设计一块高水平的芯片参展，洗刷耻辱。
回到国内，她愈加潜心地学习各种集成电路的设计知识：建立版图库、时序库，时钟树的生成、时序驱动布线、寄生参数对性能的影响等等。2000年，黄令仪设计的芯片在德国纽伦堡国际发明专利博览会上获评银奖。
可是高兴过了，她回头一想，芯片做出来了，但“没有用”——停留在实验室样品阶段的设计成果，根本无法同已经统治了全球市场的国外芯片相提并论。耿直的黄令仪对前来视察的领导说：“一个科技工作者最大的痛苦，就是她用心血灌溉的珍贵芯片做出来了，没有用！”
这份遗憾持续到了黄令仪从科研岗位上退休。
但不久，机会来了。
04
啃最硬的“骨头”
到“九五”期末，我国已连续10年没有部署CPU研制项目。信息革命的步伐在加速，自主可控的CPU是信息时代保证国家生命线的“两弹一星”，中国科学院计算所所长李国杰心急如焚。
李国杰认为，芯片产业不能再走像个人电脑产业一样以组装为主的老路。在分析了技术储备和优势后，中国科学院计算所决定，就从CPU设计这块最硬的“骨头”啃起。龙芯的研发，就此拉开帷幕。
2000年11月，龙芯课题组建立。起初规模很小，只有十来个人、100万元经费、一间50平方米大小的实验室。33岁的中国科学院计算所博士胡伟武是项目负责人。
2004年，黄令仪（右一）与胡伟武（右三）及龙芯课题组成员，在龙芯2C芯片设计运行成功后到天安门看升旗
CPU设计首先要选定一种技术“基座”，即指令系统，后者定义了处理器能够理解和执行指令的方式，进而实现芯片的微架构。如最为人熟知的英特尔系列芯片，就是基于x86指令系统。
龙芯则选择采用MIPS指令系统。与x86代表的复杂指令集相比，MIPS作为一种精简指令集，指令数量更少，指令的解码和执行更快，在硬件设计的成本和开放性上具有优势。在此基础上进行芯片的自主研发，一方面绕过了x86的专利高墙，另一方面能够与MIPS有所应用的操作系统和软件相兼容，不至于单兵无援。
真正意义上自主研发CPU核，而非在国外CPU核的基础上做系统级芯片（SoC），是龙芯被作为我国首枚拥有自主知识产权之CPU的原因。
最开始，龙芯团队和他们的前辈一样，面临着一条没有走过的路。经过大半年的努力，龙芯处理器的前端系统设计完成了，能够在计算机上实现操作。但更难的在于后端物理设计——怎样将电路的逻辑设计转换为可以在硅片上制造的物理版图。
芯片物理设计工艺要求高、人才极稀缺，龙芯找来的救兵，就是有着丰富经验的黄令仪。
2002年春节前夕，66岁的黄令仪带着4名研究生，重新回到她奋斗的战场。龙芯定位的规格是当时主流的0.18微米工艺，这是黄令仪未曾接触过的，又是一场新的硬仗。学生杨献回忆，龙芯研发期间，黄老师丝毫不顾及自己的年龄，每天都坚持到晚上10点半才下班，遇到紧急情况还会通宵排查。
到了龙芯1号交付流片（芯片试生产）前夕，这项复杂的系统工程，每出一个微小问题，都要投入千百倍的精力解决，“一天一个冲击波”。课题组成员一个个疲劳得面色苍白，嘴唇没了血色，眼睛充满血丝。这样没有硝烟的战斗，黄令仪尽收眼底。
龙芯中科芯片
流片的一个多月里，黄令仪心惊肉跳地度日，生怕收到失败的消息。她建议龙芯1号设计1B、1C两个版本以备意外，但成本飙升，“10万美元啊！如何向计算所交代？”心理压力下，脖子不能动了，医生告诉她，不能再用电脑了。
2002年8月9日，胡伟武在传达室看到了龙芯的信件——是日思夜想的芯片样品。10日凌晨，经过一晚的调试后，“Login”的字样终于出现在显示屏上，龙芯1号，研制成功了。西方国家垄断、国产计算机无“芯”可用的历史，从此被打破。
得知1B、1C成功流片，黄令仪在自传中回忆道：“不知怎的，脖子也不疼了。我完全沉浸在幸福之中。”
黄令仪加入龙芯团队后
05
“匍匐在地，擦干耻辱”
龙芯1号研制成功了，但性能和国际先进水平仍有很大差距。生态应用也是一道难关。
在个人电脑市场，“Wintel”体系几乎牢不可破，英特尔引领着CPU的发展，微软则在操作系统和应用软件方面同x86芯片进行紧密协作，形成垄断。移动市场上，ARM-Android构成的“AA”体系同理。后发者如果走不同的技术路线，则需要面临与市场主流不具兼容性的挑战，更遑论量产。
胡伟武也感到，判断龙芯成败的标准不在科研体制内的鉴定会上，而在市场和产业化上。“中国不缺院士，缺像英特尔这样的企业。”
2010年，龙芯课题组集体脱离计算所编制，下海成立企业。当时，国产CPU历经10年发展，整体成果并不显著，质疑声四起，龙芯遭遇了资金难题。一些国外芯片企业找上门希望“合作”，胡伟武拒绝了这条看似快捷的路径。“其实就是四个字：缴枪不杀。”他不愿放弃来之不易的自主性。
在最艰难的时刻，黄令仪找到胡伟武，掏出了11万积蓄，无偿支持龙芯。而生活俭朴的她，30多年来，始终住在上世纪90年代分到的一套中关村小房子里。
直到生命的最后几年，黄令仪仍坚持在龙芯的研发一线，拖着鼠标、盯着屏幕，仔细查看电路和版图。胡伟武回忆，自己曾经劝她把工作交给年轻人做，把把关就好，但黄令仪很认真地对他说：“胡老师，我这辈子最大的心愿就是匍匐在地，擦干祖国身上的耻辱。”
2016年，80岁的黄令仪在工作
龙芯没有辜负黄令仪的期待。
2015年，第17颗北斗卫星装载上了龙芯1E和龙芯1F抗辐照处理器。龙芯上天，意味着我国卫星导航系统在自主可控上迈出关键一步。能源、交通、金融、电信等关键领域，也陆续装上国产心脏。
2019年，新发布的龙芯3A4000通用处理器，性能已经追平AMD公司28nm工艺最后一款CPU“挖掘机（Excavator）”。
2021年，龙芯推出了自主指令集系统LoongArch，放弃了以往的MIPS授权。这意味着龙芯实现了更为充分的自主可控，中国在CPU指令系统设计上具有了不再受制于人的能力。
胡伟武希望，终有一天，中国能够建立起一套自主可控的信息技术与产业生态体系，与“Wintel”“AA”三足鼎立。他还记得，2016年时，80岁的黄令仪在一封写给他的信里说道：
“得知国家要在重要领域使用自主研发的CPU，我非常兴奋。我那青少年之梦有望实现了。我清楚与龙芯人共同奋斗的岁月不长了，格外珍惜。”
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本文首发于《南风窗》杂志第20期
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值班主编 | 黄茗婷
排版 | 风间澈
值班主编 | 黄茗婷
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