“你的手机会发烫吗？算力越猛，热就越难散出去。”
在第十五届“挑战杯”建设银行中国大学生创业计划竞赛终审决赛展示现场，电子科技大学参赛项目负责人李挺托起掌心那片仅15平方毫米、厚0.4毫米的芯片，向记者抛出了这个大部分手机用户都深有体会的问题。他和团队要做的，正是为这个“烫手”的难题找到出路。
本届竞赛对标“十五五”时期产业发展布局，引导青年学生在关键核心技术攻关中找准方向。这次大赛中，不少青年学子将目光瞄准了芯片，试图在一项项关键技术中挑战攻坚“中国芯”。
一参赛团队在合影留念。大连理工大学供图
方寸之间：从终端痛点重塑芯片新形态
“手机发热，正在从偶发现象变成常态。随着AI应用、高画质游戏和端侧大模型普及，芯片算力提升的同时，热密度也在快速上升。传统VC均热板等被动散热方案，已越来越接近物理极限。”电子科技大学参赛项目负责人李挺介绍，他们研发的是一款基于MEMS工艺的微型主动风冷芯片。与传统微型风扇相比，这类器件不需要旋转叶片和轴承，而是通过半导体微纳工艺在芯片内部形成可高频振动的结构，带动空气流动，实现局部主动散热。
目前，产品正从实验室走向产业验证。团队已与多家厂商开展样品联合开发，并根据不同设备尺寸衍生出多种型号。未来，它也可能应用于对体积和可靠性要求更高的场景，例如导弹导航定位芯片的散热。
在另一处展台，清华大学团队展示了可用于介入式医疗的片上超声芯片。
“你们的探头能不能把诊断和治疗做到一起？”重庆医科大学附属第二医院消化内科副主任赵红雲停下脚步。
“原理上是可行的。如果下游客户有这个需求，这是一个可以探索的合作方向。”清华大学“下一代片上超声系统”项目负责人马宇轩回答。
赵红雲更关心手术中的效率与患者体验。如果诊断和治疗必须分两次完成，患者就要多承受一次操作风险，医生也要反复调整方案。他希望团队尽快突破瓶颈，把诊断与治疗功能集成到同一根微型探头上，实现“一次进管，同步看病灶、同步施治”。
心腔内超声（ICE）导管单根售价可达数万元，却多属一次性耗材。传统超声换能器常采用含铅压电材料，存在安全、环保和一致性等问题，加工精度与良品率也不易提升。清华团队选择用半导体微纳工艺重新设计制造路径，通过光刻、刻蚀定义结构，以无铅材料替代传统材料，并依托成熟产线实现自动化生产。这颗芯片不仅可用于心脏介入，也用于消化道超声微型探头等场景。
马宇轩2021年加入团队时，这个课题还更像前沿研究，商业化路径并不清晰。经过5年研发，团队于今年1月成立公司，并已拿到订单。
记者注意到，很多展位的芯片设计不再只是算力的容器，也开始承担相册加密、车内气味识别、扩大像素等功能。硬件的底层能力，正被一点点改写。
参赛项目展示现场。大连理工大学供图
破局生长：从实验室到产线的艰难对齐
实验室里漂亮的参数，落到产线上往往要重新交学费。从图纸到可商用芯片，是青年芯片创新最难跨越的一关。
“真正的芯片创新，不是不计代价刷极限参数，而是走通一条可量产、可交付、市场用得起的技术路线。”厦门大学陈金兰和她的团队带来的“微芯光迅”项目主攻Micro-LED光互连芯片，希望用高速、低功耗微型器件替代传统激光器，瞄准AI算力中心数据传输能耗高、耐温性弱的痛点。
从实验室到量产，团队经历了30多次流片和五次关键工艺迭代。最棘手的一次，是早期设计失误导致寄生电容偏大，高频性能被严重拖累。团队把版图、器件结构和工艺环节重新拆开复盘，引入低寄生工艺方案，在产线和测试台前反复打磨，才啃下这块硬骨头。
类似的反复，在华南理工大学“珩忆微科”团队身上也发生过。他们主攻新一代MRAM，最大的挑战在Heusler合金（一种新型材料）的制备与优化。团队经历了60多次实验失败，才逐步找到合适的结构，并绕开国外专利壁垒，也让材料体系更接近后续产线验证的要求。
“比技术更难的是对齐真实需求。”厦门大学戴御荣说，公开资料常只强调单项性能，企业真正关心的是传输速率、功耗、温升、稳定性和成本能否同时达标。
在厦门大学陈肖臻看来，芯片产业的核心竞争力不只在于某个技术点领先，更在于团队既懂底层设计，也通晓产线工艺，能把实验室突破转化为高良率、低成本的规模化产品。第一次参加“挑战杯”，她感受最深的是大赛越来越看重产业落地，也倒逼团队从“做研究”转向“做产品”。
深圳大学“芯火燎原”团队走访20余家芯片企业后也发现，很多企业需要的不只是性能更强的芯片，更需要兼顾性能、功耗、成本和供应链安全的整体方案。2022年9月，团队第一次成功完成芯片流片。从组建团队到经历数千次测试、反复优化，看到自己设计的芯片从图纸变成实物，项目负责人吴东晓说，那一刻她才真切感受到核心技术自主创新的意义。
参赛项目展示现场。大连理工大学供图
同频共振：青年把个人选择融入国家需求
“最初只是出于对集成电路的兴趣，但真正让我沉下心走这条路的，是行业里真切的缺口。” 深圳大学“芯火燎原”项目团队成员李俊杰说。很长一段时间里，他都觉得宏大的国家战略离自己的实验室研究很远，直到亲手做出来的方案落地，帮企业解决了实际难题、推动产线升级，他才慢慢读懂，科技自主不是一个抽象目标，而是由无数细碎、具体的技术突破一点点拼接而成。
在李俊杰看来，国产芯片的自主可控，是两件事的叠加：一是持续迭代的底层创新能力，二是把纸面技术交付给产业的转化能力。“评判一颗芯片的竞争力，从来不止看制程、拼算力；自主设计的价值，恰恰在于在性能、功耗与成本之间，找到适配国内产业的平衡点。”李海辉说。
“兴趣是起点，产业缺口是方向。” 华南理工大学“珩忆微科技” 项目的带队老师蒋盛说，最开始，他们只是出于热爱扎进磁存储的研究，随着调研不断深入，一个清晰的现实摆在眼前：国内磁存储芯片仍处在追赶阶段，市场份额长期被海外厂商占据。他们决心把实验室的自研方案推向市场，走上创业转化的道路。
“AI浪潮下，数据量爆发式增长，高端存储芯片的需求持续抬升，供需波动也让产业链的短板暴露得更加直观。”近些年，蒋盛和他的团队清晰感受到产业风向的变化，国内持续发力集成电路短板攻关，让他们确信自己的研究方向踩在了真实的需求线上。
2024年9月24日，“复旦一号（澜湄未来星）”在山东海阳东方航天港点火升空。卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。
两年后，来自复旦大学的吴潇健把卫星上一款通信芯片带到了“挑战杯”赛场上。与市面上的通信芯片不同，他们研发的这款芯片能扛住宇宙射线的“枪林弹雨”。
传统芯片受太空高能粒子持续轰击的影响，寿命大打折扣，影响卫星持续运转。常规解决办法是，多安装几块芯片，一个有问题，下一个立马替补上。还有一种办法，就是在芯片外部加装厚厚的抗辐射屏蔽层。这不仅会增加卫星重量，还会增加成本。
面对这种情况，吴潇健和小伙伴用了一种新材料制作芯片，厚度远低于常规芯片。“高能粒子打进来，如果我足够薄，而且原子之间还有一些间距，那么这个能量可以直接穿透过去，不会对材料造成损伤。”
这个想法源于吴潇健此前参与的一次研究。
当时，他用离子轰击一款材料时，发现它的性能几乎没有发生变化。“这是不是能用到太空中，应对高能粒子？”
然而，想法落地并不容易。当时，国内外这方面研究不多，没有成熟经验可以参考，很多工作都是从0开始。经过反反复复的测试、验证，芯片终于搭载卫星升空，并投入运行。
接下来，吴潇健准备把目光投向算力芯片。“我们目前正在研发，希望能够在太空上验证。”
很多参赛青年团队表示，国家对半导体产业的重视和布局，给了当代年轻人选择硬核赛道的底气。对他们而言，国家战略不是宏大的口号，而是每一轮流片后等待测试结果的焦灼，是和下游厂商反复对接时一次次被打回来的参数，是把实验室参数磨成可交付产品的漫长过程。
来源：中国青年报
