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勇于创“芯”的“搭桥”人——记2013年度宝钢优秀教师特等奖候选人王志功教授
发布时间: 2013-10-09                    访问次数: 990

 

 


出版著作-赠送新书


带领博士生参加欧洲固态电路会议

 


王志功教授与研究团队在实验现场

 


指导研究生

 


指导研究生做动物实验

        
        自从人类跨入微电子时代以来,芯片技术就一直处于科学的前沿。16年前,面对我国日益剧增的芯片需求和薄弱的研发能力,有一位留学德国的东大校友,怀着对祖国、对母校的满腔热情,舍弃了国外优越的生活条件,毅然回国创业。他就是我校信息科学与工程学院长江学者特聘教授王志功。

 

 
        王志功出生于河南荥阳。1971年,17岁的他进入当地一个小镇电信所当话务员。他虽然不是所里的技术人员,但凭着兴趣,以自己的执着和勤奋,自学了高中课程,并研读了电话机、交换机原理以及无线电广播等书籍,逐步了解了广播、电视、无线电等知识,熟练掌握了修电话机、装收音机的技术。这两年多的实践经历虽然短暂,但对王志功今后的科学研究产生了深远影响。今天在他看来,电信所里做的工作是把电话与电话利用交换机桥接起来,而以后搞微电子芯片研发,做的是把两条光纤桥接起来,搞微电子神经桥,是把两根神经桥接起来。本质上,这三种桥接的原理都是一样的,都是在做“搭桥”的工作,只是桥接的领域发生了根本的变化。
 
 “芯”系祖国
 
        1973年,王志功作为一名电信局的话务员考入南京工学院无线电系(现东南大学信息科学与工程学院)。在大学里,他系统学习了无线通信、电视广播、微波通信等专业知识。毕业后,他留校任教。1978年,王志功考取了“文革”后恢复招生的第一届硕士研究生。这段经历不仅使他对电子线路有了深入的了解,并且与电路设计的软件工具很好地结合起来。研究生毕业后,王志功赴上海同济大学电气系任教,继续从事电子线路的教学和研究工作。
        机会总是为有准备的人敞开大门。1984年,王志功被选送到德国波鸿鲁尔大学进修,在世界著名的微电子专家、德国的“微电子之父”——Bosch先生领导的集成电路研究所从事集成电路也就是IC的研究。研究所有一条小的工艺线,IC设计的整个流程即从设计到最终实现再到测试都可以完成。工艺是王志功原有知识结构中比较缺乏的部分,而在那里,他正好加深了对工艺的理解。由于表现出色,他成了Bosch第一个、也是一生中唯一的中国博士生。
        博士毕业后,王志功被推荐到德国的一个国家级研究所——弗朗霍夫应用固态物理研究所工作。他充分利用研究所的优越条件,努力研究光纤的“搭桥”技术,设计的多种芯片相继被德国电信和航天局等重要部门及大公司采用。这期间,他相继成为美国科学促进会会员、国际电子电工学会高级会员、纽约科学院成员。由于成果显著,美国几家大公司都向他发出了加盟聘请。与此同时,其妻吕晓迎也以优秀成绩获牙科医学博士学位,开始了博士后的研究。
        1992年,王志功第一次参加了在美国旧金山召开的国际学术会议。当他看到在这么重要的国际会议上四十年来没有一名直接来自中国大陆的报告人时,心里久久不能平静,深感祖国对高新技术及其人才的迫切需求。1995年夏天,德国总统为江泽民主席来访举行盛大国宴,邀请王志功夫妇参加。两国领导人的共同接见,使他真切地体会到:祖国繁荣昌盛,海外中国人的地位和贡献才能得到肯定。一个萦绕于心头的夙愿跳上脑际:只有设计出能与国外先进集成电路媲美的具有自主知识产权的中国“芯”,自己多年刻苦钻研掌握的高新技术才有意义。王志功夫妇谢绝了德方的高薪挽留,决意回国创业。
        1997年,王志功和妻子带着两个刚上完小学三、四年级的儿子,赶在国庆节前夕举家归国,回到了阔别15年的母校——东南大学。临行前,王志功特意驱车500公里,和全家一起来到马克思故居,在心灵上向这位伟大的思想家告别。
 
 “芯”想事成
 
        回国伊始,在“211工程”等资金的资助下,王志功从一间空房子开始,带着一位助手和两名新招的硕士研究生,创立了简称为射光所的射频与光电集成电路研究所。他为射光所提出的响亮口号是:创新,创芯。在那些岁月里,王志功没有夜晚、没有周末、没有节假日,左右开源、上下探索。设计芯片所需要的计算机硬件工具、软件工具和测试仪器等样样需要从境外购买。芯片设计所依托制造的先进工艺受到有关国家和地区的封锁。王志功通过努力,与美国南加州大学的多项目晶圆计划建立了联系,间接获得了相关的工艺文件和技术支持。经过两年多艰苦的努力,王志功领导的研究团队成功地实现了为光纤“搭桥”,做出了光纤通信用超高速芯片,速度一举超过10Gb/s,达到国际领先水平,走出了我国第一条利用境外芯片制造工艺设计实现芯片的“无生产线集成电路设计”道路,实现了回国时的梦想。
        此时,王志功将自己在国外十多年从事集成电路设计的经验和国内两年多创业过程中对发展集成电路设计道路的实践,结合同行专家们的共识,写成一份长达13页的建议书:《关于国家设立集成电路设计人才培养专项基金,开展中国芯片工程的建议》,分别呈送到教育部、科技部和信息产业部等部门。这引起了有关部门以及中央有关领导的高度重视。时任副总理李岚清对此批示,要作为重大战略问题进行研究,提出加速我国微电子和软件技术发展的切实可行的对策建议,以支持我国信息产业的快速发展。集成电路设计与制造在我国掀起了阵阵浪潮。
        在国家加速推进集成电路技术和产业发展的大好形势下,王志功领导的研究团队不断壮大、在光纤“搭桥”的道路上阔步前进,研究成果不断涌现:不仅创造了十多项国际领先的研究成果,而且做出了十几种可供产业化的芯片产品。
        在解决了无线通信和光纤通信用芯片的设计制造等问题以后,王志功又将芯片研究扩展到生物医学领域,取得了令人惊异的神奇效果。他的妻子吕晓迎现任我校生物科学与医学工程学院教授。在与妻子的共同奋斗中,王志功深深感到芯片在生物医学领域有着广泛的应用前景。在2003年江苏省自然科学基金评审会议上,他与当时的南通医学院院长、江苏省神经再生重点实验室主任顾晓松教授(现南通大学党委书记)进行学术交流时,又敏捷地捕捉到了电子芯片与生物神经学科的交叉点。他们联合申报了国家自然科学基金项目“植入式中枢神经功能重建SOC的设计与实验”课题,并与德国弗朗霍弗生物医学工程研究所开展了国际性合作。
        相比于光纤“搭桥”,横跨数个学科的神经“搭桥”难度更大。寒暑易节,项目团队辛勤工作,终于在“微电子神经桥”研究方面取得了重要成果,所申请的发明专利“微电子系统辅助神经信道功能恢复方法及其装置”已获得中国和美国授权。2010年1月20日,项目团队利用“微电子神经桥”和3G无线互联网传输技术,开展了千里之外(北京-南京)两只蟾蜍的坐骨神经的远程桥接实验,实现了两只蟾蜍左腿在醋酸刺激下的同步缩腿动作,验证了“无线远程异体神经功能重建”的科学设想。新华社和中央电视台播出消息后,国内外数十家报刊和几百家网站竞相转载,引起轰动。2011年5月在美国召开的身体传感网(BSN)国际大会的“奇思妙想”专场发表的论文被国外评审专家评述为“一个非常有趣且具有多种应用前景的奇思妙想”。
        在此基础上,项目团队又与中大医院康复科合作,实现了健康人伸缩胳膊和手指的肌电信号实时控制另一个健康人胳膊和手指的协调伸缩和偏瘫病人健康手腕伸展的肌电信号实时控制自己偏瘫手腕的协调伸展。这为造福上千万瘫痪病人展示了喜人前景。
  
“芯”向未来
  
        王志功长期坚持将科研与教学紧密联系。无论是对本科生还是研究生,他都毫无保留地将“搭桥”技术传承给他们。在他看来,青年人才是祖国“芯”的未来。
        十几年来,王志功一直在教学第一线亲历亲为,长期承担本科生《电子信息学科概论》课程,先后为硕士和博士研究生开设出《集成电路设计》《光纤通信集成电路设计》和《微波集成电路设计》三门新课。
        近五年来,王志功担任学校重大教改项目“高等理工实验班”的教学改革、课程建设和每学年128学时的教学工作。将最新科研成果与本科教学实践相联系,进行课程体系的大胆创新,在全国率先实现了《电路》与《电子线路》两门课程的贯通教学,形成了独具创新特色的、融电路和电子线路内容为一体的“电路与电子线路”课程。并且,王志功带领人员研发的“博物板”将实验所用的电阻、电容、电感和晶体管等电子元器件巧妙地整合到一张张印刷电路板上,这样上课时学生将会很直观地接触到这些本来空洞的教学内容。“电路与电子线路”教改成果取得了一系列在全国具有影响的成果,起到了公认的引领和示范作用。
        王志功还连续担任三届教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会主任委员,主持了教育部指定的各项工作任务。2001年以来,担任以电气电子基础课程教学研究与改革为宗旨的《电气电子教学学报》的编委会主任。组织了多次全国性的教学和教材建设研讨会,特别是连续八年担任了 “电子电气课程报告论坛”组委会主任。他结合全国各高校教学的需求,组织委员和全国上百名教学专家系统梳理了基础课程体系,制定了《电子电气基础课程教学基本要求》,为国内教学改革、课程建设和质量保障提供了指导性文件。除了亲自编著教材,作为编审委员会主任,他还联合高等教育出版社等国内高水平出版机构,组织全国的教师,主持一系列优质教材的规划与编审。
        在学生培养中,王志功始终将创新能力培养作为首要因素,并落实到本-硕-博人才培养的各个环节。他与吕晓迎共同指导的博士生黄宗浩和周宇轩、硕士生宗思浩三位同学组成的跨学科团队创新地研究出基于微电子神经桥的瘫痪肢体功能重建系统。他们在参加第八届全国研究生电子设计大赛的过程中,研制出具有肌电信号探测器、手指动作传感器和无线发射机的“微电子肌电桥”,实现了一个人五指动作控制另一个人五指弹琴的效果,被媒体誉为“神手”和“阿凡达之手”,从而获得特等奖。此奖项也是大赛开赛十六年来唯一的特等奖。
        屈指数来,王志功从德国回来已经历了十七个春秋。与刚回国时窘迫的实验条件相比,射光所实验条件可谓日新月异。目前在南京无线谷、无锡传感网技术研究中心,以及四牌楼校区李文正楼共拥有近万平方米的实验室,拥有价值两千万的超高速数字、射频、微波、毫米波和光电集成电路等芯片测试基本仪器设备。研究团队也发展到200多人。事业的成功没有让王志功教授自满,他时刻牢记着马克思故居前的承诺:“作为一个中国人,我要将我的一生奉献给祖国和人民。”
 
 
        王志功简介: 1990年博士毕业于德国波鸿鲁尔大学,1992-1997年任德国弗朗霍夫应用固态物理研究所客座研究员。1997年作为国务院归国定居专家回国工作,担任东南大学教授、电路学科带头人和射频与光电集成电路研究所所长。主要从事数字无线电、数字电视、移动通信和无线互联网接入等系统的射频、微波毫米波以及光通信用超高速集成电路研究和以受损脊髓神经功能重建为目标、跨学科的“微电子神经桥”研究及经络机理和针灸效应研究。迄今已在国内外核心期刊和重要会议上发表论文500余篇,其中SCI/EI论文400余篇。出版专著2部,译著6部和教科书7本,发行10万余册;获得德国、中国和国际发明专利28项。1998年获得“国家杰出青年科学基金”。1998-2004年担任国家863计划光电子主题专家组专家。2000年荣获教育部长江学者特聘教授。2001年以来担任教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会主任。2009年受聘为国务院学位委员会学科评议组电子科学与技术组成员。2003年获科技部和教育部等6部联合授予的“留学回国人员成就奖”。2004年荣获国务院侨办和中国侨联授予的“全国侨界十杰”称号。2006年获“全国五一劳动奖章”和“全国师德标兵”。2011年获“中国侨联特聘专家”称号。先后受聘为复旦、华中科技等20多所中国大学以及加拿大Carleton大学和澳大利亚Edith Cowan大学兼职教授。2013年,主持的教改项目《电子电气基础课程改革与实践》获江苏省教学成果一等奖,排名第一;参加的教改项目《工程拔尖人才培养模式的探索与实践》获江苏省教学成果一等奖,排名第六;参加的教改项目《基于中国研究生电子设计竞赛培养工程领军人才的研究与实践》获黑龙江省教学成果一等奖,排名第三。同年,他被学生投票评选为校“十佳研究生导师”。