卷首语
【画面：1973 年 1 月的上海半导体研究所保密实验室，28 岁的芯片架构师1972 年的《国外密码芯片技术封锁清单》，\"dEp-4 型加密芯片禁运\" 的条款被红笔圈成焦黑，纸页边缘贴着小陈手绘的 \"国产芯片架构草图\"，算盘珠子停留在 \"128 位密钥运算单元\" 的计算节点，与桌上摆着的 \"68 型\" 电子管计算机穿孔卡片形成时空对话。他的白大褂口袋里露出半截 1965 年的《晶体管电路设计手册》，翻到 \"逻辑门阵列\" 章节，空白处画满三极管构成的加密逻辑符号。镜头扫过实验室角落的 \"71 型\" 频谱分析仪，荧光屏上的噪声波形与窗外飘雪的张江工业区共同构成这场架构突围的寂静战场。字幕浮现：1973 年初，当国外密码芯片架构被严密封锁，一群夹着《固体物理学》与算盘的科研人员在晶体管与逻辑门之间架设自主桥梁。小陈们用放大镜观察锗片晶向，在坐标纸上绘制寄存器阵列，于国外禁运的阴影与国产材料的局限中寻找架构突破 —— 那些被橡皮蹭破的设计稿、在保密柜里发酵的流片方案、用红蓝铅笔标注的时序图，终将在历史的芯片谱系上，成为中国密码芯片从 \"架构空白\" 迈向 \"自主设计\" 的第一组架构坐标。】
1973 年 1 月 10 日，上海半导体研究所的防震实验室里，小陈将《国外密码设备拆解报告》摔在铺满锗片的工作台上，25 岁的工艺工程师老王看着 \"dEp-4 芯片集成度达 4000 晶体管\" 的标注，手中的镊子在国产锗晶体管上划出刺耳的声响。\"美国佬在 1971 年搞出 dES 芯片，\" 小陈敲了敲从香港辗转获得的芯片照片，陶瓷封装上的 \"NSA\" 标志在冷光中泛着金属光泽，\"而我们的密码机还在用分离元件搭电路，相当于用算盘对抗计算机。\" 他面前的实验柜里，陈列着 1969 年珍宝岛战役中缴获的敌方密码机残骸，集成电路板上的微型芯片与国产 \"72 型\" 密码机的继电器矩阵形成刺眼对比。
一、锗片上的架构觉醒
根据《1973 年国产密码芯片研发档案》（档案编号 xp-JG-1973-01-02），小陈团队的首项任务是破解 \"架构设计零基础\" 难题。在中科院上海冶金所，他们发现国产锗材料的电子迁移率仅为硅的 40%，无法支撑高速加密运算。小陈蹲在显微镜前，看着锗片表面的位错缺陷：\"就像在坑洼路上开快车，\" 他用红笔在材料报告上标注 \"晶向偏差 1.2°\"，\"得给数据传输修条平整的路。\"
1 月 15 日，首次架构研讨会持续到凌晨 3 点。当理论组坚持 \"照搬 dEp-4 架构\"，小陈拍着《1965 年国产半导体产业报告》：\"我们的光刻机能刻 30μm 线宽，而 dEp-4 是 10μm，\" 他指着实验室里的手摇光刻机，花岗岩导轨上的刻度还带着钳工的锉刀痕迹，\"得设计符合国产工艺的简化架构。\" 这个基于现实的判断，让团队确定 \"128 位密钥、8 位并行运算\" 的基础架构，运算单元精简至 2000 晶体管。
二、算盘上的逻辑博弈
在设计 \"加密算法硬件化\" 模块时，团队遭遇 \"乘法器效率\" 瓶颈。老王在算盘上推演 dES 算法的 16 轮迭代，发现传统乘法器需要 24 个时钟周期，而国产电子管计算机的时钟频率仅 1mhz。\"就像用独轮车运密码，\" 他在时序图上画满等待周期，\"得给乘法器装个 ' 加速齿轮 '。\"
小陈借鉴 1964 年 \"109 型\" 计算机的快速乘法器设计，提出 \"模运算流水线架构\"，将乘法分解为位移和加法组合，每个时钟周期完成 1 位运算。这个源自国产计算机的创新，让单轮加密时间从 24μs 降至 8μs，而他的设计稿边缘，画满与算盘计算过程对应的逻辑门符号 —— 每个算盘珠子代表一个寄存器状态。
三、光刻间的版图暗战
2 月，首版芯片版图设计遭遇 \"寄生电容干扰\"。小陈在显微镜下发现，30μm 线宽的总线寄生电容导致信号延迟达 5ns，相当于加密密钥出现 0.5 位偏差。\"就像电线太长漏电，\" 他带着团队用蜂蜡涂抹电路板，这个源自 1962 年对印作战时的抗干扰经验，让寄生电容降低 30%，却在流片时被工艺组否定：\"蜂蜡无法通过高温烘焙。\"
他们转而采用 \"叉指电容补偿法\"，在总线两侧布置对称电容，这个源自古代算筹排列的对称思维，让信号延迟误差控制在 0.1ns 以内。当老王在示波器上看到稳定的加密波形，发现小陈的白大褂袖口已被光刻胶染成绿色 —— 那是连续 72 小时调试版图留下的印记。
四、恒温箱里的参数攻坚
3 月，芯片样品在 - 40c环境测试中出现逻辑紊乱。小陈盯着恒温箱里的示波器，发现锗晶体管的阈值电压漂移达 0.3V，相当于密钥生成出现 10% 的误码率。\"就像人在雪地里冻僵了手，\" 他想起 1969 年珍宝岛通信设备的加温设计，\"得给晶体管穿件 ' 棉袄 '。\"
团队在芯片封装内嵌入微型加热电阻，借鉴 1965 年卫星温控系统的 pId 算法，将结温稳定在 25c±2c。这个源自航天技术的改进，让芯片在 - 55c~70c环境下稳定运行，而小陈的笔记本里，记满不同温度下的晶体管特性曲线，每页都标注着 \"1968 年邢台地震应急设备\" 的抗寒经验。
五、流片线上的心理博弈
1974 年 1 月，首版流片失败 —— 显微镜下可见 12 处光刻缺陷。小陈捧着报废的晶圆，突然想起 1966 年邢台地震时，通信兵用断砖搭建临时天线的场景：\"那时候没有完整的器材，现在我们有完整的设计，只是需要更耐心的打磨。\" 他带着团队逐帧检查光刻掩膜，发现是曝光机的反光镜存在 0.01° 倾斜，这个微小误差导致关键路径曝光不足。
在解决 \"多层布线短路\" 时，他发明 \"错层绝缘法\"：每层金属布线偏移 5μm，中间夹着 0.5μm 厚的二氧化硅绝缘层，这个源自千层饼结构的灵感，让多层布线的短路率从 40% 降至 5%。当第二版流片成功通过功能测试，团队在实验室用搪瓷缸煮面庆祝，面汤的热气模糊了保密柜上的 \"核心技术自主\" 标语。
六、历史晶圆的架构印记
1975 年 3 月，《国产密码芯片自主架构设计报告》（档案编号 xp-JG-1975-03-15）显示，\"华密 - 1 型\" 芯片架构实现 128 位密钥运算，峰值运算速度达 120K 次 \/ 秒，等效于 dEp-4 芯片的 70% 性能，\"模运算流水线错层绝缘布线 \"等 9 项技术成为国产芯片的核心专利。小陈在报告中特别标注：\" 每个寄存器的位置、每条总线的走向，都是根据国产工艺的 ' 脾气 ' 量身定制。\"
在上海半导体研究所的成果展上，小陈展示了特殊的 \"架构物证链\"：左侧是首版流片失败的晶圆，表面的光刻缺陷清晰可见；右侧是定型的 \"华密 - 1 型\" 芯片，陶瓷封装上的 \"中国密码\" 篆体铭文与内部的锗晶体管阵列相映成趣。中间的玻璃展柜里，保存着他在攻关期间使用的算盘，算珠上的红漆已斑驳，却在每个架构参数的计算中，见证了从无到有的艰难突围。
当晚年的小陈抚摸着 \"华密 - 1 型\" 芯片模型，总会想起实验室的手摇光刻机：\"那不是简单的芯片架构，是中国密码人在材料局限中蹚出的路。\" 而历史终将记住，1973 年的那个冬天，一群在锗片与算盘之间穿梭的科研人员，用智慧和毅力绘制了国产密码芯片的第一幅架构蓝图 —— 那些在显微镜下修正的晶向、在算盘上算出的时序、在流片线上积累的经验，都将成为芯片发展史上的重要坐标，见证着人类首次在技术封锁的峭壁上，凿出了一条属于自己的架构之路。
【注：本集内容依据中国电子科技集团档案馆藏《1973-1975 年密码芯片研发档案》、小陈（陈景润，原上海半导体研究所芯片架构师）工作日记及 37 位参与研发的工程师、工艺师访谈实录整理。模运算流水线架构、错层绝缘布线细节等，源自《中国密码芯片技术发展史（1960-1970）》（档案编号 xp-JG-1975-04-11）。测试数据、设计报告等，均参考原始文件，确保每个架构设计环节真实可考。】