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新晉中國科學院院士毛軍發:在“不可能”中創造無限“可能”

發布日期: 2017-11-28 浏覽數:3333

   2017年11月28日,在北京召开的全国院士大会公布了2017年新当选院士名单。上海交通大学电子信息与电气工程学院院长毛军发教授榜上有名,当选为中国科学院院士。


   毛军发很喜欢一个“突破不可能的故事”:自古代奥林匹克运动以来,人们都认为4分钟内跑1英里是人类不可能突破的极限。但美国人罗杰·班尼斯特一直认定这是可以做到的。他在心中一次次想象自己打破记录的情景,以无比强烈的感情描绘出这一瞬间,并以惊人的毅力坚持高强度训练。1954年,罗杰·班尼斯特终于成功地在3分59秒4内跑完了1英里,从而打破了这个“不可能”。虽然班尼斯特创造的纪录后来也被打破了,但他的行为已经成为人类突破自身“不可能”极限的象征。


在毛軍發的研究生涯中,也遇到過無數次看似“不可能”的時刻。突破“不可能”到底有多難呢?一次又一次,毛軍發用堅韌的毅力和不懈努力給出了自己的回答:很難!但突破“不可能”就意味著創造“無限可能”!

在“不可能”的方向上堅持探索

1989年,毛軍發進入上海交大攻讀博士學位,師從導師李征帆教授,研究高速集成電路的信號完整性。從此,毛軍發和高速集成電路的研究結下了不解之緣,也和上海交大緊緊聯系在了一起。

盡管聽起來“規模宏大”,但集成電路實際上是一種以體積小、重量輕等優點著稱的微型電路。以往工作速度較低時,集成電路的電特性完全取決于單元電路以及其組合特性,互連只起著最基本的“通電”作用。但隨著微電子技術的進步,工作速度不斷提高,電路的互連也會對電路性能有著至關重要的影響,産生時間延遲、波形畸變、信號反射和串擾等微波電磁場效應,破壞信號的完整性,從而使電路性能降低,甚至無法工作。現在,電路互連的性能好壞已成爲制約集成電路發展的瓶頸因素。

毛軍發是李征帆教授博士研究生的“開門弟子”。在導師帶領下,從80年代末期就預見到了這些集成電路可能面臨的問題,並開始了相關研究。當時,集成電路的信號完整性問題尚未顯山露水,不但在國內學術界不被認同,在設計芯片時也幾乎不被考慮。結果,毛軍發精心撰寫的第一篇論文卻被國內刊物退稿了。

“难道这是一个‘不可能’的方向?”李征帆教授带领毛军发和其他学生反复分析,坚信随着电路速度提高,信号完整性问题一定会越来越严重,研究工作将来必有应用需求。而数字信号的频谱即将进入微波甚至毫米波波段,也定将需要电磁场微波学科的人员去研究。在老师的鼓励和支持下,初出茅庐的毛军发决心甘冒风险,坚持这一在国内暂无“用武之地”的超前方向上走下去。之后,他将该论文改投了电子信息领域著名的IEEE Transactions,竟然很快就被录用发表。论文的发表让毛军发看到了当时国内和国际的较大差距,但也更加坚定了毛军发坚持研究方向的信心。1992年,毛军发完成了博士学位论文,他的论文成为国内探究集成电路信号完整性问题方面的第一篇博士论文,其中部分内容随即被国际权威刊物转载。

2004年,“不可能”的陰影又一次落到了毛軍發團隊上。當時,毛軍發和團隊成員一起准備國家自然基金委創新群體的項目答辯。經曆了連續多晚廢寢忘食、難以入眠的精心准備,結果答辯卻以失敗告終。這已經是毛軍發團隊第3次失利,前兩次申報甚至連答辯資格都沒有拿到。此後幾天,漫長坎坷的申請之路,讓毛軍發對研究方向的申報一度萌生了放棄之念。

然而,在曾以爲“不可能”的研究方向上潛心鑽研了十余年,毛軍發已經養成了難言放棄的習慣。經過反複分析和思考,毛軍發選擇再次堅信自己選擇的研究方向。他深信隊伍在不斷發展,成果在不斷積累,只要堅定信念,總有成功的一天!于是毛軍發激勵團隊振奮精神,改變思路,全身投入,終于等到了峰回路轉的時刻。2004年底,團隊成功斬獲國家自然科學二等獎,這也是交大工科領域的第一個國家自然科學二等獎。2005年,毛軍發團隊經過第4次申報,終于成功獲得了上海交大第一個國家自然基金委創新群體。

   时至今日,毛军发团队还在钻研“信号完整性问题”这个“硬骨头”,但研究目标却变了变——从单纯“认识”和“了解”信号完整性问题,转为“分析”和“解决”信号完整性问题和微波射频电路。毛军发认为,碳纳米管和石墨烯互连技术将是解决新一代纳米集成电路信号完整性问题的重要方向,从2005年开始,他带领团队再一次冒着“不可能”的风险,开始了这方面的探索。现在团队也已小有成绩——研究成果先后被2009、2011、2013年的《国际半导体技术发展路线图(ITRS)》采用,2008年发表的论文一直是ESI高引用论文,指导的博士生在澳大利亚召开的国际学术会议上获得了唯一青年科学家奖……在“不可能”的路上,毛军发潜心研究,上下求索,最终收获了累累硕果。

“登高而招,臂非加長也,而見者遠”。從最初的兩個人發展到現在包括研究生在內的50多人,毛軍發團隊的研究成果凝聚了3代人的心血與汗水,收獲成功喜悅的背後也曆盡艱辛。回顧這一研究曆程,毛軍發體會到,選擇研究方向時眼光要遠、准,選准的方向要長期堅持。特別是基礎研究選題要有預見性,要選擇將來會有重要且長久影響的方向。登高望遠,才能少走彎路。

在“不可能”的環境中白手起家

1995年,毛軍發已經博士畢業,並在上海交大電信學院擔任講師。由于敏銳地感覺到自己的研究和國際領先的科研水平有較大差距,毛軍發産生了“出去看看”的念頭。在申請時,毛軍發卻因爲“怕不回來”的理由被拒絕了。導師李征帆教授非常支持自己弟子“上下求索”的精神,毫不猶豫地給毛軍發簽了“擔保協議”,才讓毛軍發如願踏上了“留學”之路,進入香港中文大學做博士後。

當時,毛軍發雖然已經在上海交大做了講師,但一個月的收入也只有幾百元,而到了香港中文大學沒幾天,毛軍發就收到了第一個月工資一萬多港幣。巨大的收入差距和研究環境、生活環境的巨大反差,都讓毛軍發很理解當時國內擔心年輕人出去就不回來的心理。香港一年的博士後生涯結束後,毛軍發受邀去美國加州伯克利分校做博士後研究。本來可以很便捷地從香港直接去美國,但爲了履行從香港按時回校的承諾,毛軍發在香港工作一年後回到了上海,在上海用3個月時間重新辦理赴美手續。加州氣候宜人,研究條件也非常優越,但毛軍發卻時時銘記自己出國時暗下的歸國決心,感到“梁園雖好,非久留之地”,學校時刻在召喚自己。在美國又工作一年後,毛軍發如約歸來,回到了交大電院。

當時,國內的生活條件和研究環境確實還不如國外。毛軍發剛回國時,還沒有實驗室,只能和李征帆老師一起,把舊教學樓裏一個10平方米的走廊當作實驗場所。夏天炎熱潮濕,又沒有空調,有時熱得實在受不了,只好趁沒人時打會兒赤膊。結婚時,毛軍發沒有婚房,只能趁著同宿舍的同事出國了,借著“獨享一間宿舍”的機會結了婚,“宿舍兼婚房”的窗戶正對著學校食堂,每天早晨五點就能聽到食堂開始剁菜的聲音。生活條件和研究環境都簡陋而且艱苦。

此時,毛軍發在領域內漸漸積累了名氣,外界時常有高薪誘惑。但他還是選擇“在自己研究的領域繼續走下去”,繼續在充滿“不可能”的研究之路上上下求索。特別值得欣慰的是,研究從開始時不被認可到今天不斷有公司主動上門來咨詢並尋求合作,得到了學術界和工業界的高度認可。

转眼,毛军发和李征帆带领的团队已经在集成电路领域潜心研究了20多年,先后获得国家自然科学基金十多个面上项目、3个重点项目、1个杰出青年基金项目、2次创新群体项目(含延续)1个973项目和2个863项目的资助;2000年,毛军发的研究成果获得了上海交大首批全国优秀博士学位论文;2004年,获得交大工科领域第一个国家自然科学二等奖;团队所在的电磁场与微波技术学科被评为全国重點學科。2008年,毛军发领导的项目《小型化高性能微波无源元件与天线》摘取了国家科技发明二等奖。2010年,毛军发获得何梁何利基金技术创新奖。2012年,毛军发负责的项目《射频电子系统的三维高密度封装技术及其应用》获得了国家科学技术进步二等奖。团队成为学校里唯一国家科技奖三个方面奖项都拿到的队伍。可谁能想到,这些令人骄傲的成绩,毛军发是起步于一个无比艰苦的环境中创造的呢!

作爲一名科研人員,晚上加班是毛軍發的家常便飯。每每加班後拖著疲憊的身子回家,毛軍發都分外感受到,學術研究是項艱辛枯燥的工作,沒有甘于寂寞的精神和堅強的毅力難以有所作爲。“年輕人可以甘于寂寞,但不能甘于平庸;要瞄准目標、堅持不懈。當你爲某件事操心得睡不著覺的時候,這件事已成功了一半。”每當有年輕人來詢問“成功秘訣”,毛軍發都這樣道出自己的人生體會。

在“不可能”的挑戰中成功衛冕

近日,第十五屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽決賽落下帷幕,上海交通大學打破賽事紀錄,再次問鼎“挑戰杯”,並第五次奪冠,成爲該項賽事首個連續四屆奪冠的高校。電子信息與電氣工程學院以作品《基于視覺信號分解與融合的單屏多通道顯示技術及應用》奪得信息技術組特等獎,助力交大以打破曆史紀錄的總分510分取得團體總分第一,捧得象征最高榮譽的“挑戰杯”,這是電院學子在近四屆“挑戰杯”全國決賽中的第五件特等獎作品,學院也同時再次打破了自己創造的曆史記錄,在連續四屆“挑戰杯”全國決賽中均獲得特等獎。

這樣出色的學生創新團體在電院並不罕見:以電院計算機系爲基礎組建的交大ACM團隊,多年來獲得了三次全球總冠軍,被稱爲“世界上最聰明的人”。

在2017年美国国际大学生数学建模竞赛(MCM)与交叉学科建模竞赛(ICM)中,电院计算机系高晓沨老师指导的学生共斩获6个特等奖(Outstanding Winner)及1个特等奖提名(Finalist),另外还获得了A题的INFORMS特别奖、C题的INFORMS特别奖和D题的Leonhard Euler特别奖,助力交大在此次大赛中一举夺魁,学生共斩获7个特等奖(Outstanding Winner)及2个特等奖候选(Finalist),创造了美赛33届历史上同一所大学获得的最佳成绩。

這一系列“輝煌戰績”的取得,自然與學院打造的學生創新氛圍和創新平台建設密不可分。

作爲交大電院院長,毛軍發明確立德樹人、教書育人是高校的首要職責,把育人作爲學院的中心工作來抓,讓科研活動和教書育人相輔相成,激發了老師們的教書育人活力,也激發了學生們的創新活力。

毛军发团队以良好的科學研究成果和研究方法推动教学水平的提升,认真完成本科与研究生教學工作。团队承担了“微波与天线”、“电磁场与电磁波”等大平台课程。毛军发教授获国家教学成果二等奖,团队中的李晓春副教授获得了上海交通大学烛光奖励计划二等奖。团队培养了优秀的博士与硕士研究生,获全国优博论文2篇,全国优博论文提名3篇,上海市优博论文3篇,2005年还获得了全校第一个研究生教學成果国家奖——国家教学成果二等奖。

学院注重学生创新能力培养,坚持走國際化辦學道路,着力培养具有国际视野和国际竞争力人才,扎实的工科背景、丰富的课程体系,成熟的实验平台,完善的教学模式,为同学们打下了科技创新的良好基础,电院的学子们在国内国际各种科技创新赛事上争金夺银,积累了成长道路上的宝贵财富。毛军发表示,学院将继续办好IEEE试点班,参照IEEE标准和MIT课程体系,探索国际化人才培養新模式。

2017年11月,毛軍發當選爲中國科學院信息技術科學部院士。在“集成電路信號完整性”方向上跋涉近30年、取得了一系列成果之際,毛軍發又開始思考新的問題:在如今的大數據時代,超級計算機如何突破芯片上或芯片間的互連傳輸瓶頸,如何采用新的傳輸結構、傳輸材料、傳輸工藝,突破傳統金屬互連的速率極限……在這條科學探索的漫漫長路上,毛軍發又在思考“新的可能”、新的突破點。

【人物簡介】

毛军发,男,湖南邵阳人,1965年8月出生,电磁场与微波技术专家。1985年在国防科技大学获学士学位,1988年在中国科学院上海原子核研究所获硕士学位,1992年在上海交通大学获博士学位,留校工作至今。1994年-1996年在香港中文大学和美国加州大学伯克利分校作博士后研究。现任上海交通大学电子信息与电气工程学院院长、讲席教授。毛军发是教育部“長江學者奖励计划”特聘教授和创新团队学术带头人,国家杰出青年科学基金获得者,国家自然科学基金委创新研究群体带头人,973首席科学家,中国电子学会会士、微波分会副主任委员,IEEE Fellow,2015 IEEE Fellow Committee Member。毛军发长期从事高速电路互连与封装、微波射频电路与系统以及电磁兼容等领域研究,先后获国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖各1项。已发表400多篇学术论文,包括IEEE 刊物论文110多篇,获授权发明专利30项。