“我们的首批应用赋能科学研究，未来基于之江瑶光操作系统以及之江实验室的算力基础设施，能够支持各领域用户建设相应的领域计算平台。”潘爱民说。

数字反应堆提供的智能算法与基础科学的第一原理性碰撞，“裂变”出巨大能量。实验无法穷尽的排列组合、方程无法解析的复杂系统，都能在人工智能的协助下一一破解。潘爱民认为，智能算法为科研提供新的工具，拓宽思路，提高效率，从某种意义上说，更有可能催生出数据与领域知识相结合的科学研究第五范式。

“五大平台均诞生了突破性研究成果，无疑是对当下大热的科学智能理念的成功探索。”潘爱民说。

比如，今年6月，之江实验室科学家团队发现了首例持续活跃的快速射电暴，相关成果发表于《自然》杂志。基于“之江瑶光”形成的FAST@LAB智能计算天文平台的作用功不可没。该平台实现了中国天眼FAST数据实时的接入数字反应堆，运用深度学习目标检测算法挖掘观测数据，规模化天体辐射现象，还建立了唯一提供动态图谱和完整物理参数的快速射电暴知识库，引领着国际宇宙“时间前沿”瞬变天体物理研究。

又如CERESLAB智能计算育种开放平台，以“计算选优”代替了传统的“试验选优”。通过现有的基因、分子、环境和表型等多模态、多尺度海量数据集，建立了基于深度学习的精准预测模型，借助基因编辑与合成生物学等先进技术，实现了智能、高效、定向培育新品种。目前，平台已经在中科院东北地理与农业生态研究院、中国水稻研究所开展应用。

算力、算法、数据是驱动人工智能发展的三驾马车。下一步，“之江瑶光”还将强化“云边协同”，除对数据中心“云”的建设外，打造智能数据采集的“边缘平台”。潘爱民介绍：“我们已经在智能育种领域展开实验，在集装箱温室中装配传感器，自动提取作物特征，采集的数据与数字反应堆完全打通，可以自动进行后续计算。”

数字反应堆的生态圈将持续扩大，聚合更强算力，布局更广领域，向“让算力像水电一样，随时随处可得”的美好愿景进发。

高通量纳米激光直写装置

突破三维微纳加工技术

以光子芯片为代表的未来技术领域，需要进行三维、复杂、大面积的微纳结构加工。然而，光刻技术一直被认为是挡在我国芯片产业发展道路上的巨石。

之江实验室高通量纳米激光直写技术及装置，就是奔着解决这一矛盾难题而去。目前，该团队正在之江实验室特聘专家刘旭、匡翠方的带领下，致力于提升激光直写“雕刻”的精度和速度，让斑点中的“世界”更复杂精妙。

所谓“光刻”，是利用光“刀”在特殊材料上雕刻图形。从类别上来看，投影式光刻是当下芯片加工的主要方法。它是一种在光照作用下，借助光刻胶将掩膜版上的图形转移到硅材料芯片上的技术。这有点类似于“胶片相机用底片洗照片”过程——刻有精密图形的掩膜版便是底片，芯片就此批量生产。

投影式光刻是目前能实现的精度与效率最好的光刻手段。但是，有没有可能把目前的“最好”推向更好？

“投影式光刻的缺陷也是明显的。它只能刻二维结构，无法满足当下新的发展需求。此外，所需关键材料——掩膜版不仅价格极为昂贵、工艺复杂、制作周期长，并且关键制备技术也‘卡’在他国手里。”之江实验室高级研究专员丁晨良博士透露，“而有时候，实验用芯片并不需要批量生产，何必浪费资源去开发掩膜版”。

让我们以“价格”为切入，更直观地看清使用掩膜版的“代价”。芯片在制造过程中，要经历多次曝光，每一次曝光都要更换不同的掩膜。随着光刻掩膜版层数增加，成本自然是随之增加。在16到14纳米精度的芯片制程中，所用掩膜成本在500万美元左右，到7纳米时，掩膜成本迅速升至1500万美元。

于是，团队把目光投向另一种光刻方式——具有图形可自定义、可三维打印两大优势的激光直写。“简单来说，便是抛弃掩膜版，利用激光，直接在芯片上雕刻精密结构。这让芯片的研发周期更快，保密性、自主化程度更高。”丁晨良解释。

虽然激光直写加工方式灵活，但也有相对精度低、效率相对不足、稳定度相对不够三大缺陷。

研究团队经过两年多的攻关，成功研制了多套多通道激光直写装备。其中，十通道激光直写系统，突破了边缘光抑制、十通道特异性调控、3D暗斑调控、光束防漂移、差分定焦锁焦等一系列关键技术，能够让激光直写光刻技术实现“高分辨、高通量、高稳定”的性能优势。

目前，这一技术已经能够实现20到50纳米精度的光刻。而50纳米以下的精度，足以覆盖80%电子产品所用芯片。在速度方面，十通道直写系统代表可以实现10道激光同时雕刻，这意味着雕刻速度可以提升10倍，达到100米每秒的刻写通量。以往以“天”计的激光直写时间单位，就此可以缩短至“小时”。

激光直写对光刻胶材料性能的要求很高；同时，光刻胶制备技术长期被日本企业所垄断。“现有材料对激光的敏感度还不够，这意味我们需要使用更高能量的激光来雕刻。但是能量越高，光刻的精度就会衰减。”丁晨良介绍，为此，研究团队还特意自主研发了一种适配于所有光刻种类的全新光刻胶。“经过与在目前直写领域广泛应用的一种胶对比，我们新研发的光刻胶整体性能与其不相上下。尤其在刚性参数上表现更强。”

好的科研成果不能捂在手，广泛的应用才能惠及社会。据悉，目前，团队研发的新型光刻胶已经实现批量生产，高通量纳米激光直写装置也已经生产出不止一台样机，可让有需要的科研等领域相关机构使用。

论及未来应用，激光直写技术的应用边界，甚至超越它的初衷。例如，丁晨良透露，团队正在和国内某三甲医院合作，探索利用相关技术，实现生物组织结构的3D打印。此外，激光直写光刻三维加工能力的优势，也将为AR、VR等智能感知领域贡献更多新型纳米感知器件，有力推动相关技术的发展。

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