“时间刺客”出没：AI把材料研发实验室变成“赛博工地”！（上）

　　欢迎大家关注芯片揭秘，我是主播幻实。今天我们有幸邀请到两位在行业内有一定影响力的嘉宾。坐在我左边的是上海市新材料协会（以下简称：新材料协会）的秘书长何扣宝，很开心何总能够亲临现场跟我们芯片揭秘的朋友们进行交流；坐在我右边的是鸿之微科技(上海)股份有限公司（以下简称：鸿之微科技）的创始人曹荣根博士，鸿之微科技在国内多尺度材料仿真工具领域处于比较领先的地位。今天我们就围绕着新材料在半导体等多行业的应用展开探讨。

　　两位都是半导体或者是新材料行业的资深从业者，何秘书长拥有长达 40 年的行业经验，曹博士从学生时代便专注于材料研究。我想先请两位分享一个令你们印象深刻的行业故事，展现一下各自的独特视角。

　　说行业故事，也是行业发展当中比较重要的一个里程碑。材料作为国民经济，尤其是制造业发展的基础，在各行各业的实体经济中都不可或缺，特别是在半导体领域，尖端材料的应用直接影响着产业发展。

　　我国材料领域的发展经历了多个重要阶段。改革开放后的90年代，迎来了一波材料大发展浪潮，当时国内大规模集成电路攻关项目中，产学研合作紧密，一个个材料瓶颈被成功突破。当然那个时候的大规模集成电路的合作研发与如今芯片的制造，无论是从工艺上还是从集成度上来讲都不可同日而语。但是我们过去在那么困难的时候，大家齐心协力，产学研合作，也攻克了一个个难关。

　　未来，在新的赛道上，我们中国人有能力、也必将在材料领域当中取得新的突破。

　　非常感谢秘书长分享这段历史。秘书长是1982年大学毕业的，所以说刚好经历了改革开放的最初期到后面繁荣发展的三十年，稍后还请秘书长分享更多亲身感受。

　　我实际上算是半导体行业的老兵了，毕业于复旦大学材料系材料物理专业，我们院系主要从事半导体材料相关的研究。自1999年起，我便投身于半导体材料行业，主要面向硅基以及第三代半导体材料等。

　　后来，我有幸去香港做访问学者，然后接触到计算材料领域，当时这个计算材料主要研究电子材料。我非常有幸的参与了当时香港的一个重大专项，之后又申请到了上海市的市级专项，那时候的目的其实就是想把材料的研发和半导体结合起来，专项的项目就是围绕电子材料与电子器件之间的关联耦合展开，鸿之微科技也在这个契机下成立。公司取名 “鸿之微”，寓意 “鸿鹄之志，起于微毫”，希望通过计算机仿真技术描述材料从微观到宏观的整个生长过程，助力材料研发变得更加容易。

　　曹博士恰好讲述了公司创办的初心。何秘书长，您怎么看待新材料和半导体行业的融合？刚刚曹博士提到用计算机工具的方法实现融合，您在这方面应该有更丰富的经验。

　　材料是一个很宽泛的概念，与应用场景紧密相连，有用于半导体、汽车等不同领域的材料。以半导体材料为例，其对材料性能、质量等要求极高，尤其注重纯度。比方说高分子材料，我们希望其分子量分布比较窄，很客观的反映材料本身的性能特点。对于化合物，同样要求高纯度。比如说用在半导体里面的湿电子化学品，对纯度和杂质的控制要求都非常高，通常达到10-12次方到10-14次方。所以，材料和半导体材料本质上是一体的，只是应用于半导体领域当中的材料，需满足该行业高精度的特殊性能和质量要求。

　　从本质上讲，半导体是基于材料行业发展起来的应用领域。没有材料作为基础，就不会有半导体行业。所以我当年读书的时候，我们院长就跟我们讲：“你非常有幸能进材料系，因为你支撑了这个世界。”

　　这个话其实好“洗脑”啊。不过听说材料系是 “劝退专业”，很难毕业，您后悔选择这个专业吗？

　　起初，在那个时代，大家对材料行业的认知太过于基础，似乎离大众生活比较远。但发展到今天，新材料现在已经是国家的战略。所以站在今天看我完全不后悔，你看我都已经奉献到这个行业里面来了，成为一名深度的材料人。

　　曹博士，您能否用最通俗易懂的语言，介绍一下如何运用材料仿真技术来加速材料开发？

　　材料研究属于实验科学范畴，传统方式对人力、时间、资金和物质资源要求极高。而计算机仿真技术则是将材料研发过程 “孪生” 到虚拟空间，在这个虚拟空间里，我们可以不受限制地进行各种实验，唯一的消耗主要是算力和智力。

　　对，材料研发的过程本质上就是实验过程，这也是为什么材料行业常用 “发现” 而非 “发明”，因为材料在定义上被认为是客观存在的，只是说我们不知道用什么样的配方或工艺把它给展现出来。

　　何总，您认可曹博士的观点吗？您认为半导体材料研发与创新过程中的难点在哪里？是否与曹博士所说方向一致？您也可以补充自己的观点。

　　我完全赞同曹博士的观点。我们刚才简要阐述了材料与半导体材料的关系，讲起来很容易，但要实现半导体材料的高纯度要求却困难重重。以硅片为例，硅这种物质早已被发现，但要将其提纯到满足半导体光刻基材的纯度标准，需要大量的原始创新。就是如何将已知的材料转化为高纯度物质，这就非常不容易。

　　而且还要控制成本、实现批量生产并保证稳定性，并非简单的写个化学反应方程式就能解决。

　　曹博士提到，过去我们依靠大量的时间、资金、人力和物力，通过试错的方式来推动材料研发，不断挑战人类的极限，最终把它做出来。现在曹博士他们做的一件事情是什么呢？就是有相当一部分试错的工作可以让计算机代替我们去做。不过，最终仍离不开人的参与，设计出的材料是否符合预期目标，需要人来判断。材料设计完成后，要进行人工制造，制造出来后还需验证，这一过程目前仍无法完全脱离人的操作。实际上我认为采用了人工智能技术之后，我们能够缩短材料研发周期、降低成本、加快材料制造速度，进而推动各行各业的产业发展。

　　这为大家打开了新的想象空间。听您讲完，我的第一反应是，材料从设计到研发、生产、制造的全过程，能够带动整个产业链的发展，不仅涉及单一环节，还会促使设备革新、生产工艺改进以及制造工厂的变革，对整个行业具有强大的拉动作用，所以材料确实是一项极为基础的能力。

　　我想就此来问问何秘书长，新材料协会在推动材料产业发展的过程中，采用了哪些手段和工具来促进产业进步？您能跟我们分享一下吗？

　　新材料协会作为行业社会组织，是新材料会员企业的“娘家”，也是材料产业交流互动的一个平台。我们协会在这个过程当中通过交流互动让大家形成共识、对接上下游产业，形成材料与制造业发展的共性产业链交流，这是我们协会日常工作的一项主要的使命。另外一个方面，我们比较关注的是材料发展的前沿科学和技术，比如当下非常火热的人工智能。

　　我发现春节前后有一个现象级的产品——DeepSeek发现出来，然后引发了基本上全球范围内的讨论。我也想请教一下，您觉得上海在AI和材料研发上面有什么样的进展？或者说我们关注的点是什么？

　　上海在人工智能与材料研发方面，其实早在前两年，从政府层面到社会组织再到企业，就已经开始谋划布局了。实际上在ChatGPT没有出现之前，新材料协会已经在上海市经信委的指导下开展了相关的探索、调研和研究工作。我们在上海调研了8个大模型平台和团队，筛选了二十多个应用场景跟大模型团队进行对接，旨在推动上海材料领域大模型研究团队与企业材料创新的有效结合。

　　2023年，我们成立了上海市新材料数字引擎产业联盟，提出用数字技术来支撑、支持新材料产业的快速发展。这个数字技术整合了前人的知识、智慧、技术原理、定理和规则等，让材料研究人员能够快速分享和借鉴，这对促进低成本、高效率的材料开发和研制至关重要。鸿之微的创始人开云网址 kaiyun官方网曹荣根博士，就是数字引擎产业联盟的理事长。

　　在何秘书长的带领下，我们积极地参与上海市在人工智能和材料领域的深度结合工作，其中向市领导做过专题汇报，也开展了多轮的调研工作。2023 年，我们专门启动了人工智能和材料相结合的一个调研项目，多位上海院士参与其中。此外，上海有众多材料企业，比如说华谊，在人工智能应用方面我们也与之有过多次合作。上海是一个很前沿的城市，像人工智能各个场景的应用应该说已经深入行业体系了。

　　在去年的公布会上，我们举办了一个人工智能赋能新材料的专业展，目的是通过这样的大型活动，启发整个材料行业认识到人工智能将为新材料产业发展带来更多赋能和机遇，鼓励大家积极拥抱人工智能。

　　2023年全球新材料市场规模已突破5.2万亿美元，2023-2030年复合增长率将达8.5%，其中亚太地区占比超40%，中国因双碳目标及制造业升级战略成为增长主力。随着国家政策扶持加码（如中国十四五新材料产业规划）和AI驱动材料研发范式革新，行业正从资源密集型向技术密集型跨越，未来将形成以技术创新为内核、可持续发展为导向的新竞争格局。

　　以芯片为源头，探讨以半导体为驱动的电子应用， 如智能汽车、材料设备、智能制造等领域。

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