CMOS图像传感器往事中的感人爱情

2022-11-15 14:53:39 570

七夕到了，牛郎和织女鹊桥相会。这是中国传统爱情故事。

科技老兵戴辉一直在挖掘芯片科技历史。CMOS图像传感器的发明里，有一对中国伉俪留下了深深的印记。

2008年2月4日举行的兰克奖（Rank Prize）颁奖仪式上，四位科研人员因为CMOS图像传感器上的重大贡献而获此殊荣，他们是：英国爱丁堡大学的PeterDenyer教授（右三）和David Renshaw博士（右二），曾在爱丁堡大学做科研的王国裕教授（左二）和陆明莹博士（左三）。

The Rank Prize是面向世界的光电子和生命科学领域的*的科学奖，杂交水稻之父袁隆平和光纤通信之父高锟先生、湖南大学生物医学工程中心聂书明、中国*郑骅等华人曾获得。

一、从地下情侣到科研伴侣

王国裕，泰州人，博士，研究员，博士生导师，1982年南京工学院（东南大学前身）半导体专业学士，1984年清华大学微电子专业硕士，1993年获得英国爱丁堡大学微电子专业博士。1984年6月－1987年10月，助教、讲师，南工电子系；1987年11月－1988年12月，访问学者，英国爱丁堡大学电子系；1989年1月－1992年6月，研究人员，英国爱丁堡大学电子系；1989年9月－1993年8月，博士学位，英国爱丁堡大学电子系；1992年7月－1994年5月VLSI设计部经理，英国VVL公司。1995年回国创业并先后在西安交通大学、重庆邮电学院担任教授、博导。

陆明莹，南京人，1984年南京工学院半导体专业硕士，1994年获得英国爱丁堡大学微电子专业博士。自1994年起在英国HMSE公司（Hitachi 欧洲研发中心）工作，从事数字无线通信的数字基带芯片的研发，1997 年和1998 年两次获得Hitachi 公司全球技术发展年度银奖，由*工程师晋升为顾问级高工，又获得了两项国际专利。2004年在重庆邮电大学担任教授。学生张贤斌（武汉虹识）回忆：“做项目时，陆明莹教授和王国裕教授对待学术的态度十分严谨，每次讨论技术问题，都要细抠每一个点，并且为我们团队提出分门别类的指导意见。”

图注：王国裕、陆明莹夫妇在领奖现场

陆明莹的父亲是陆钟祚教授（1913年－2001年）。抗战期间，陆钟祚研制并生产的3000瓦归航机和参与研制并生产的400瓦地-空对讲机均成功地用于中国空军的对日作战。在抗战后，远赴*（密歇根大学）和加拿大（马可尼与RCA）学习与工作。1952年10月，院系调整，南京工学院无线电系主任陈章教授委托他的两位副系主任——陆钟祚与闵詠川教授成功组建国内第一个电真空器件本科专业，当年即招生上课。这被定义为东南大学半导体专业的起源，至今刚好60年一甲子，去年我应召参加了东大“甲子芯程”大会。

在陆明莹考初中那年，遇上WG，不得不暂时放弃学业。两年后，在附近一所民办初中就读。1970年，刚满16岁的陆明莹被分配至一个很小的民办工厂工作，这一干就是7年。白天正常工作，利用晚上时间学习。

王国裕和陆明莹在WG之后恢复高考后的*高考（1977年冬季），考入南工读书。此时，出生于同年同月（1954年5月）的他们已然24岁了。

2008年在南京现代快报记者的采访中，陆明莹回想起当年，说道：“我们成绩都很好，平时相处中总觉得有说不完的话。就这样，到了大三的时候，我们自然走到了一起。”在陆明莹的记忆中，他们基本没有花前月下，大多时间都是在实验室里度过的。

同班同学武夷山（中国科学技术信息研究所总工）在科学网博客里回忆了他们的“地下爱情故事”。

我们上大学的年代，校方明令禁止学生谈恋爱。他俩入校时已经24岁，不敢耽误青春年华，谈恋爱只好像地下党似的秘密行动。说起来，我本应该是最早知晓他俩恋情的，因为我多次陪他俩去游泳，是个典型的不能再典型的灯泡，但我浑然不觉。甚至别的班同学有一次问我，“你们班王国裕和陆明莹是不是在谈朋友？”我斩钉截铁地回答，“不可能！他俩要是谈朋友，我怎么会不知道？”

大学一毕业，他俩就结婚了。紧接着，王国裕到清华大学电子系读研，陆明莹留在南京工学院（现东南大学）读研，所以我送给他俩的藏名婚联是这么写的：

晶莹白雪昭明志向，为国家富裕苦读书，暂分南北何怨？

灿烂红霞映照胸襟，向全面发展勤努力，兼爱文体可嘉。

“兼爱文体”，说的是陆明莹体育很好，游泳尤其好，王国裕会吹长笛，能指挥大合唱，是艺术骨干。

还有一位同系不同班同学回忆了他们的爱情故事：再一次注意到明莹是我们系排练大合唱“九九艳阳天”“伏尔加船夫曲”时，我们系的才子王国裕当指挥。那时候的人都是埋头读书的，每次排练总有少数人以各种理由或者没有理由地溜号。但我发现明莹每次都参加，而且颇有兴致。因为我知道以她的性格，她最多是个比较好的围观者，不应该像我看到的这样有兴致。直到毕业后听说她和王国裕结婚了，我才恍然大悟，原来这都是出于爱情。我心想，王国裕多么有福啊！

硕士毕业后，陆明莹留在南京工学院当老师，王国裕也从清华回到了南京工学院任教。1987年底，南工公派王国裕至英国爱丁堡大学。之后，陆明莹自费公派来到英国。两人的生活来源是王国裕的奖学金，还要一边打工一边做实验。

2016年7月，陆明莹不幸因胆管细胞癌去世。王国裕伤心地写了一篇文章《陆明莹的科学和技术贡献》悼念，发表于科学网武夷山博客。文内写道：

可以说我们为科学而生，当然也期望长寿和天伦之乐。但如果没有这些，我们也不遗憾，因为科学研究是我们的精神寄托。我们曾抱怨命运不公，给我们家庭不尽的打击，但另一方面，我们又很幸运。像以上重量级的科研成果一个人一生成就一件都很难得，何况两次！大家都知道明莹和我很努力，但比我们努力、聪明的人多去了，科学成就往往可望而不可及，原始创新和重大突破常常犹如大海捞针，而我们捞到两次。因此请大家不要过于为我们悲伤、惋惜，更多地看到我们的科学追求和理想。尤其我想对我俩的本科同学们说：近40年前我们一起入门之后，有两个痴迷的同学一直从事这个专业并做得这样深入、这样执着，请为我们骄傲！

面对家庭变故，我们曾互相配合、互相依靠、共同面对。我们一生忙忙碌碌，聚少离多，她生病反而给我们创造了一起互相照应的机会。在她最后的日子里有我陪伴，大部分时间里不甚痛苦（这种病，做到这一点很不易）。我每天给她洗热水澡和按摩，一直到3天前，我还开车带她到泰晤士河边，到近郊森林。我明白她所有的愿望并承诺努力将其实现。在她病重期间，我们仍处理工作，从未间断。

最后她在熟睡中平静地离开了这个世界，其未竟的事业由我和团队及合作者继续着。

二、爱丁堡大学的CMOS研究和VVL公司

从 1970 年代初开始，爱丁堡大学的电气工程系开始对 IC 设计进行研究。到 1980 年代初期，由 John Mavor 教授和 Peter Denyer 教授领导的研究团队先以 CCD /MOS 模拟和数字 IC 设计获得了国际声誉，并特别应用于信号处理。

1989 年，Renshaw、Denyer、王国裕和陆明莹发表了一篇论文，报道了 1986 年开始的 CMOS 图像传感工作，最终设计和演示了世界上第一台单芯片 CMOS 摄像机。

1990 年，在大学和风险投资的支持下，Denyer 和 Renshaw 成立了大学衍生公司 VLSI Vision (VVL)，以销售单芯片摄像机设备并开发基于该技术的一系列新型成像设备。

从1990年到1995年的五年间，这家公司从一名员工发展到 100 多人，成为第一家从苏格兰的大学衍生出来的公司，成为上市公司，并在伦敦证券交易所上市。

VVL 开创了 CMOS 图像传感器市场，并获得了女王工业奖。到 1995 年，来自*硅谷和远东地区的其他新公司开始竞争。为了应对新兴市场和应对竞争，VVL 寻求扩大其业务，因此于 1998 年被 STMicroelectronics 接管，成立了该公司的新成像部门，以应对新兴的手机摄像头大众市场。

2008 年，Denyer、Renshaw、王国裕和陆明莹因其开创性的研究而获得*的光电子 Rank 奖的认可。

以上内容来自爱丁堡大学网（https://www.css.eng.ed.ac.uk/history）。

三、硅谷豪威沾了VVL的光

另外一个角度可以验证爱丁堡大学和VVL公司的杰出成就。

1995年，陈大同从国家半导体公司离职，加入刚成立的硅谷创业公司豪威科技成为Co-Founder。他在《水木清华》上写了一篇文章《硅谷“被创业”小记》，文内写了一段轶事。

“入伙”之后，另一个Co-Founder，中国*来美的Raymond Wu，悄悄向俺吐露了一个惊天秘密：公司的启动资金是他连蒙带骗来的！当时，全世界只有一家英国创业公司（VVL）在研发CIS。Raymond神通广大，不知从哪儿拿到了他们的工程样品，然后擦去公司印记，就冒充成了俺们OV公司的“研发样品”。这种“样品”当然不敢在硅谷露面，于是，Raymond带着它回到*，四处演示。最终，通过一个大学同学，认识了和成陶瓷HCG（卫生陶瓷厂商）邱家的二少东，Stanley Chui。估计人家也是马桶做腻了，在Raymond的鼓动下，想玩玩高科技，于是投资200万美元，成立了OmniVision。得知真相，俺惊出一身冷汗，这上的是哪一条“贼船”呀！但上船容易下船难，还得硬着头皮往下干。如今回头看，这不就是*版的“汉芯事件”（注：2004年，上海交大汉芯公司以*TI公司的芯片冒充自主研发的芯片通过国家项目验收，后被人检举）吗？日后，如果公司失败，这就成了“丑闻”，但如果公司成功了，大概就成了“轶事”。

四、王国裕和陆明莹关于CIS的回忆

现在用智能手机拍照是一件普通得不能再普通的事情，而在八十年代末，还是科学界的一项难题。

在上个世纪80年代末期，数码相机非常昂贵，要卖到几千美金。昂贵的主要原因，就是当时数码相机的图像传感器（CCD）的造价昂贵。日本和欧美也迟迟无法解决这一难题。1987年，王国裕来到英国爱丁堡大学，加入了图像传感器的试验小组，之后，陆明莹也加入这个团队。

2008年，陆明莹告诉南京现代快报记者，当时一共四个人，试验的目的很明确，就是寻找新的图像传感器。当时，试验小组提出了一个大胆的猜想，能不能把普通的半导体集成电路（CMOS）运用到图像传感器中，这样不但成本大幅度下降，还可以大批量投入生产。CMOS是做集成电路的主流工艺，可以将所有的扫描电路、放大电路、控制电路都做在一个芯片上，进一步地可以将图像处理电路都做到一起，形成单芯片的方案。更重要的是，CMOS图像传感器可以随着CMOS集成电路主流工艺的持续演进而同步发展，从当年的数十万像素发展到现在的上亿像素。

回想起试验成功的那一刻，陆明莹的语气明显激动起来，她告诉现代快报记者：“现在回想起来，我们这个4人小组真的是黄金组合，4个人攻克不同的方向，试验一步步向前推进。1994年，当我们把做好的芯片插入机器中时，我们终于看到了彩色图像，试验成功了，经过7年的努力，真的做到了。当时我们小组的四个人都非常激动，大家互相拥抱。”这一项成果发明之后，无疑给数码相机行业带来了一次革命性的划时代转机。

“可以说，如果没有我们和同事们在爱丁堡做的几年研究工作所取得的进展，那么数码相机和摄像手机走入寻常百姓家的时间可能要往后推迟很多。”王国裕自豪地说: "没有当初的发明就实现不了手机照相。CMOS相机现在已经取代了CCD的主流地位，而后者曾在2009年获得诺贝尔奖。"

2008年武夷山在科学网博客中的文章《兰克奖得主王国裕谈原始创新》比较系统地介绍了王国裕和陆明莹的心路历程。

百度百科王国裕词条中写道：

1987-1991年在英国参加了世界第一个单片CMOS摄像芯片的研究和开发，是该芯片的主要设计者。有关创新被后来所有CMOS摄像芯片沿用和不断更新，并申请国际专利：“SolidStateImageDevice”。1990-1994年在英国共主持设计成功了8个摄像芯片。论文和设计多次在国际上获奖。曾在国外公司任VLSI设计部经理。独立开发了国内第一个单片CMOS摄像芯片、国际上第一个高分辨率CMOS摄像芯片（40万像素）、国内第一个同时带有全电视信号输出和数字信号输出的单片CMOS摄像芯片、国内第一个单片CMOS彩色摄像芯片。并以单片CMOS摄像芯片为核心，开发出国内第一个微型摄像头、国内第一个电脑眼。

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