带着对“超导”的科研梦想，1993年，张辉到美国休斯敦超导物理研究中心留学，那是全美最好的超导物理研究中心，赵忠贤曾经在那里做过访问教授。但是在休斯敦仅仅待了一年后，张辉就申请转到了伯克利大学，选择了就读电子工程与计算机专业的研究生。
当时，这个转学申请还是有很大难度的，但是，和很多中国留学生一样，张辉显示出了超强的学习能力，并通过努力轻松过关。张辉说：“转学的判断对于我一生的发展道路都是至关重要的，当时，美国刚刚兴起互联网，很多同学都开始投身互联网和计算机，当时的PC机连奔腾都没有，但互联网正经历由基本满足需求到快速发展的关键时期，而且芯片技术使得PC机的发展日新月异，而超导的研究却感觉和社会有些脱节。”
基于这种直觉张辉毅然作出了转学的决定，但转到伯克利电子工程与计算机专业后，对于物理系学生张辉又是一个新的挑战：“当时在学校的状态就是恶补，发挥了拼命三郎的精神，一门心思就是学习。”让张辉觉得比较幸运的是，在半年后的博士学位入学淘汰赛中，张辉又顺利地过关了。
当时，除了和同学交流以及向导师学习以外，张辉在暑假也选择到硅谷的一些公司打工，因为伯克利大学就在硅谷内，所以当时，张辉很自然地感受到了硅谷浓郁的创业氛围和互联网风潮带给整个硅谷的影响。
“我读博士的时候，正好是互联网最火爆的时候，包括yahoo在内的很多公司都是在1995年和1996年期间创办的。”1999年，正在张辉踌躇满志，还没有确定自己未来发展道路的时候，他遇到了同样在美国伯克利求学的邓中翰，当时邓中翰已经毕业，正在美国寻求回国创业的伙伴。
张辉还清楚地记得，当时是7月份，在伯克利的一个海滩旁边，微风轻轻吹着，他和邓中翰相约到海边散步，就在那时，邓中翰诚恳地表露了邀请他一起回国创业，开创中国的微电子事业的想法。
“当时，国内的芯片微电子领域的研究在我们看来几乎等于零，只有华虹半导体公司刚刚建立生产线，但芯片的设计可以说是十分薄弱的。”张辉说，“在找我之前，邓中翰也在美国寻求过合作伙伴，但是找一个人回国全职做芯片开创微电子事业很难，资金缺乏，市场很弱，风险又大。”
但那天的海边散步却让张辉和邓中翰有了一拍即合的感觉，回国创业的热情在同一时刻击打着两个年轻人。张辉说，在他看来，一个团队的形成需要有三个因素：一是共同的教育背景和生活经历；二是相互之间的信任和了解，有过在一起的工作和求学经历最好：最重要的是两个人还要有共同的理念与使命感。
“当时，我们满腔热情。尽管我们对于在中国做芯片没有概念，但我们觉得那也许正是我们产业报国的机会，我们对于自己掌握的技术很有信心，对于未来的市场很有信心，对于进军全球更有信心。”和邓中翰的携手，让张辉下决心要在微电子领域开创一片新的天地，1999年26岁的张辉正式回国创业投身“中星微”的开创之中。“当时，注册找人选公司地址等很多琐碎的事情和技术无关，我租了一家公司的仓库，买了一些桌椅，在当年的十月份正式开工了。”张辉说，“幸运的是，信息产业部对于我们的这项事业从资金到政策都给予了大力支持，同时，刚刚成立的中关村管委会在帮助公司进行注册和无形资产评估上也帮助很大。”
从1999年“中星微”正式成立到2006年张辉离开“中星微”另立门户，张辉一直对自己的这段时光心存感激：从26岁到33岁，我把自己最美好的青春时光奉献给了这份事业，它促使我成熟、成长，这段日子是我人生中最值得纪念的华彩篇章。