徐元森：追随时代需求，科研亦无界限

徐元森

作者简历

徐元森 中国工程院院士，冶金及微电子专家。1926年5月出生，浙江江山人。1950年毕业于浙江大学化学工程系，同年进入中国科学院上海冶金研究所工作。历任研究员、室主任。曾兼任上海科技大学教授、中国电子学会理事等职。1995年当选为中国工程院院士。

从1950年毕业至今近60年的科研生涯中，我曾有过两次研究大转向——分别是1965年从金属冶炼转入微电子领域和1995年转入生物领域。有人说这是跨界、跨学科，我却认为是殊途同归，科研的本质没变，且都是到国家最需要的领域去。

工业环保艰难行  在困境中奋进

早在上世纪50年代，建设包钢的时候，我们就考虑到了要保护大草原的生态环境的问题，要保证大草原依然能够“风吹草低见牛羊”，黄河上鲤鱼依旧跳龙门！

1950年，我从浙大化工系毕业，同年进入中国科学院上海冶金研究所。那个时候国家百废待兴，新中国“四个现代化”建设正如火如荼地展开，各种各样的科技问题也层出不穷，这为我们科技工作者提供了一个难得的舞台和大显身手的机会。

上世纪火热的50年代，钢铁建设成为重点，国家要求利用包头和攀枝花铁矿各自建设一个大型钢铁联合企业。新的研究课题接踵而至，在包钢建立过程中，出现了一个让人们普遍担心的问题。包头矿中含有萤石和稀土矿物，萤石会不会在高温下挥发甚至腐蚀炉体？高炉煤气中如果含有氟化物，会不会污染大草原，使牛羊中毒？含氟的废水排入黄河后，会不会再也看不到鲤鱼跳龙门了？如何避免环境污染问题，中苏冶金界议论纷纷，莫衷一是，要求中国科学院进行解答。于是，这项艰巨的任务就落到了我们研究所，高炉冶炼研究的会战立即打响。

时间非常紧迫，我们走了很多弯路，仍然没有找到切入口，大家一筹莫展。深思熟虑后，我建议先造一座微型实验高炉，容积一立方米。在不同炉体平面安装取样设备，以此来研究萤石反应产生的氟。此外，高炉煤气的除尘、清洗和废水处理等设备也一应俱全，以测定氟在煤气和水中的含量，同时研究处理办法。这个建议得到了多方支持。不久，当时最小，但很现代化的一流实验高炉就建成了。高炉顺利运行后，如何在炉内高温下取样和即时测定氟化物形态，也颇费了一番周折。我当即又设计了一套即时快速过滤取样的方法，先后获得了上万个数据。综合各种冶炼参数，我们证实了萤石在高炉反应时的化学特性。经过炉外处理环节后，高炉煤气及废水的氟含量均低于排放要求。而且在炉料中增加石灰石的比例，既能提高生铁质量，又能吸收氟化氢，一举两得。这样，炉体结构的腐蚀问题也得到了完美解决。这些都成为冶炼包头矿的合理对策，我们的研究结果也早就成为包钢建设和生产的重要科学依据之一了。

50多年一眨眼就过去了，包头的大草原上仍然是“风吹草低见牛羊”，一派欣欣向荣的景象。我们的“母亲河”黄河也没有被高炉废水中的氟所污染。当初的许多疑问从此销声匿迹，再没人提起过。后来的冶金界评论认为，这是一项“出类拔萃的科研成果”。我想，之所以这样论断，他们的着眼点并不全是针对其科学技术中的创新，更主要的是对环境保护理念的一种赞赏。

在黑暗中探索  微电领域创新篇

从上世纪60年代初的一片空白，到现在成为一个时代的信息载体，我国集成电路的发展可以用“飞跃”来形容。

如今已是信息时代，几乎所有的东西都是信息的载体。信息时代的基础是计算机通信，而计算机通信的基础就是集成电路。其实现在人人身上都有集成电路，比如身份证、交通卡还有手机等等，这些都是集成电路发展的结晶。

上世纪60代初，U2间谍飞机被我们打下来，打开一看,控制飞机的单元都是集成电路，大家当场就傻眼了。说明国外的集成电路技术已经很厉害了，我国基本还是空白。1965年，我们认识到这个问题，但并不晓得未来会发展到什么样，只是觉得肯定大有用处。至于会发展到现在的水平，的确没想到。当时，我跟所里的党委书记说：“国家要几亿吨的钢铁，这是工程师和工人的工作，不是科学研究者的事情。科学人要带头搞技术，要开路。”我的建议上报后，很快就得到了批准，并得到上海市委领导和全市有关单位的大力协同。

那年的8月，正是上海最闷热的时候。我带了15个人，冒着酷暑，专门在华东计算所做集成电路研究。那时国内的硅晶体管正处在初创阶段，几乎是一穷二白，所有的设备都得靠自己研究，自己制造。有限的资料只有国外发表的一些文章，西方又对我国进行技术封锁，更不用说出国学习。本来就极度匮乏条件的研制工作就更雪上加霜了，我们没被困难吓倒，充满干劲地走上了“自力更生”的道路。在黑暗中探索了不到一年，我们终于迎来了黎明的曙光，初步摸清了设计和制造原理，做出了样品。后来，我国第一台大规模集成电路计算机就诞生在上海华东计算所。现在每秒运算千万亿次的“天河”计算机和北京计算所研制出的“曙光”计算机，同样是在此基础上发展起来的。

生产集成电路条件要求很高，首先房子要净化，不能有灰尘。大气中平均每立方英尺200万克以上的灰尘，必须过滤到每立方英尺只有1000克。其次，要不断投入研究经费更新设备。集成电路发展的速度很快，单个芯片上的晶体管数量每18个月就要翻一番。现在的集成电路芯片甚至可以有上亿个晶体管。高速的更新换代要求技术和投入都要跟上。当年比利时想打开中国市场，要装电话，装电话时用到的电话交换机就是集成电路，所以就向我们转让了一部分技术。但他们要搞垄断，正如现在手机和笔记本芯片的垄断一样，都是集成电路的垄断。遗憾的是，当时由于科研经费不充足，所以我国这方面技术发展比国外要落后。后来，国家投入了更大的人力和物力，许多新厂和新所也创办起来。集成电路的集成规模由中小规模逐渐变成了大规模（LSI）乃至超大规模（VLSI）。我们自主创新的研究和生产，打破了垄断。近些年持续引进外资，上海已经成为全球范围内一个微电子科研和生产的重要地区了。

我们当年研究微电子的目的是军用，想不到集成电路发展到现在，已经成为整个信息时代的载体，更没想到民用以后这么普及化。后来我提出身份证和一卡通的构想，这些也都一一实现。一张身份证上最少有3万个晶体管，现在做身份证电路研究的正是我的一个学生。我们常用到的一卡通，和身份证是一回事，只是用途不同。轨道交通电路研究的负责人也是我的学生，刷卡系统就是上海自己研究出来的。当年一起奋斗过的同事和学生，后来都成为微电子产业的工程师或者总经理，现在他们也都退休了。一代代人才的更新与交替，科研事业就是这样继承和发展的。

回首这段科研历程，如果没有当初的科研创新和人才辈出，就不会有今日上海微电子的繁荣景象。邓小平提出的“科学技术是第一生产力”的名言，在微电子领域内也获得了令人信服的验证。

在光明中开拓  生物科技促和谐

有一次，坐我对面的同事刚进门，我就闻到一股难闻的气味，就问他是不是有胃病，他很惊讶，说有。因为我分辨出那是幽门螺旋杆菌的独特气味，捕捉到了它的信息，所以作出推断。

现在是信息时代，接下来可能进入生物时代。1995年以后，我的研究方向转到了生物领域。当时很多人觉得诧异，因为微电子和生物科学看起来毫无关联。其实，这两个领域有着相通之处，都是要弄清楚各自研究对象的信息，以及信息的载体。所谓“龙生龙，凤生凤”。孩子的基因都是遗传自父母，而DNA就是人的遗传信息载体。正如现在看病都是以计算机为载体来记录健康信息，就是这个道理。医疗技术飞速发展，有些癌症，比如肝癌可以提前发现病变信息并尽早治疗。但肺癌、肾脏癌等很多癌症，现在还不能在早期就发现病变信息，以至于无法及早医治，挽救患者生命。现在我所关注的，正是如何找出这些病症的标志物信息。

我虽然上了岁数，没有那么多精力扑在科研一线，但可以关注和发现新的问题。我每天要阅读多份报纸、杂志，关心时代进步，关注国家需要。比如，奥运会和世博会都要防恐，而恐怖分子搞破坏主要有两样危险物，一是炸药，二是生物毒品。利用反恐犬可以找出它们，正是由于它们都带有独特的信号。毕竟反恐犬数量有限，而且也需要休息。我想，应该可以用专业设备捕捉到危险物的信息。探测危险物或是否吸食毒品都要靠捕捉信息来判断，酒精探测仪检测酒后驾驶正是这个工作原理。有了这些专业器材，一定会造福百姓，造福社会。

当初转到这个领域，是很自然的。现在生活质量提高了，不必再为生计发愁，就希望可以更长寿。我今年85岁，不少人问我，有什么好的养生习惯，比如喜欢散步之类。说实话，我还真有个长寿秘诀，那就是要“健忘”。我跟信息打了一辈子的交道，但在生活中，并不是一个爱记录信息的人。“文革”时我被扣上很多帽子，受到冲击，不过，生活中的烦心琐事发生了，过去了，就要忘记。人生在世不容易，要有乐观的心态。老想不开，免疫力会低下，抵抗力差了，疾病自然找上门来。所以，要想健康和长寿，心态最重要。

作为科学工作者，应该研究国家的重大难题，要做“开天辟地”的探索开拓。近60年的科研生涯，我没有遗憾。

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本文作者从上世纪50年代起从事钢铁冶炼研究，系统地研究了含钛高炉型熔渣的物理化学性质，论证了钛渣的性质与高炉冶炼的关系，采用吹炼风口喷吹技术，解决了高炉冶炼钛磁铁矿的难题，为攀枝花钢铁公司的建立提供了科学基础。60年代初领导进行B、Ga、In、P、As、Sb等超纯元素及GaAs半导体单晶的生长，均获得成功并推广到工厂生产。1965年后开始从事高速集成电路研究，开发成功我国第一批DTL、TTL、ECL等系列集成电路，为70年代我国大型计算机发展提供了主要器件。在80年代继续开发成功多系列集成电路，包括CMOS大规模集成电路，120门、600门超高速砷化镓门阵列电路。30多年来，他领导团队研究开发成功7个系统集成电路百余种。在国内外刊物上发表论文100余篇，10余种著作并获得多项专利。1980年被评为全国劳动模范，1985年因高速超高速双极型数字集成电路项目获国家科技进步一等奖（排名第一）。2005年获得何梁何利科学与技术进步奖。

（原载 《新民晚报》  2010年5月6日）