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一枚近日亮相的处理器芯片，在某知识分享平台收获了上千万的热度。 这一芯片名为“果壳”，是一款64位RISC-V（意为第五代精简指令集——编者注）处理器“SoC芯片”（一种集成电路的芯片——编者注），1角硬币般大小，百万个严密排列的晶体管，每秒运行数亿条指令，能成功运行Linux操作系统以及中国科学院大学（以下简称“国科大”）教学操作系统UCAS-Core。 这是国科大首期“一生一芯”计划成果——在国内首次以“流片” 为目标，由国科大5位2016级本科生主导设计，并成功实现了“流片”，将一行行数字世界的代码变成了能在现实世界运行的芯片。 国科大这次对芯片设计人才培养的创新实践，也让不少人为之一振——我国能否通过这一方式加快芯片相关人才的培养？ 国科大计算机学院教授、中科院计算所先进计算机系统研究中心主任包云岗分析，“这和以前我国相关产业发展不充分有关系，因为企业以集成国外芯片为主，国内市场对于芯片设计的需求并不旺盛，加上做芯片投入大、风险高，就没有企业去往这个方向去想，选择这一研究方向的学生也就没那么吃香。但是随着国内企业实力的增强，芯片设计的需求开始快速增长，但人才供给却严重不足。” “让学生参与到芯片设计中来，让学生也能做处理器芯片”，包云岗想，可以通过国科大“科教融合”这一人才培养模式降低芯片设计门槛，让学生能设计自己的芯片并流片可大幅提高人才培养效率，“我们不能再耽误了，要加速人才培养计划”。 2019年8月27日，国科大正式启动“一生一芯”计划。这一名字是包云岗起的，他希望有一天，能让每一位学生都能带着自己设计的芯片毕业，“不管未来是不是真的能实现，这至少听起来是一个美好的理想”。 芯片的设计、制造是个复杂的过程。首先，团队需要基于指令集进行微架构设计。RISC-V就是一种指令集，它类似于螺母和螺钉的尺寸规范，是计算机系统中硬件与软件之间交互的规范标准。而微架构设计，就是将指令集手册定义的功能实例化，通过工程开发变成源代码。之后，需要通过电子设计自动化（EDA）工具将源代码“翻译”成芯片版图，再将版图提交给相应企业流片、封装，才能获得芯片。 这是国科大2016级本科生金越参与的第一个实际项目。让他感受深刻的是，这样的项目不是课程作业，老师不再手把手地教你，实验环境需要自己查资料搭建，指导书和路线也需要自己确定，并且根据这个路线你不知道是否能做出来。“真正参与到项目中才知道课程作业就像直接给人采摘的果园一样，但项目却是给一片荒地和几棵果树苗，从开垦种植和施肥都要自己动手，并且还不知道这样能不能结出果实”。 “这相当于一次实践课，可以把学生学过的相关知识都串起来。但有些关键模块的工作原理是课堂上没有介绍过的，同学们需要进行一些探索性的尝试，有时甚至要将此前的设计推倒重来，他们会感到焦虑或沮丧，这对他们的心态也是很大的考验。”包云岗说，教学团队不仅需要给予技术指导，还要对学生的心态进行引导，“告诉他们不确定性是探索过程中的客观规律，引导他们去总结探索失败的经验，让他们正确认识到探索失败的意义”。 包云岗强调，“一生一芯”并非要研制出产品级芯片，而是一次教学实践，其中一个目标便是“让学生不再害怕做芯片”，“一提起设计芯片，学生常常有种畏难心理，觉得它很难，我们也想通过这次实践让他们克服这种心理”。 去年12月19日，“一生一芯”团队完成设计和投片。今年4月23日，处理器芯片返回，经过调试测试验证，芯片成功运行Linux操作系统以及学生们自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。 在今年6月的毕业答辩中，“一生一芯”团队学生代表王华强向毕业答辩委员会演示处理器芯片的功能。他们交出了一份超出预期的本科毕业设计“答卷”，也实现了带着自己设计的处理器芯片毕业这一目标。7月22日，王华强又收到了“果壳”被RISC-V领域旗舰国际会议“RISC-V全球论坛”（RISC-V Global Forum）接收的通知，不久将代表团队向全球业界介绍“果壳”的设计，这也将是“果壳”首次在国际舞台上亮相。 如今，这五位同学都已确定将在中科院计算所读研，目前正在参与一个更有挑战的项目，开发一款高性能乱序多发射RISC-V处理器核的设计。 “一年前他们在做‘果壳’时还有些吃力，现在已是这个新团队中的骨干，和其他博士生和工程师们一起攻坚克难。等到他们30岁时，就可以说是处理器芯片和计算机系统设计领域的‘老兵’了。”包云岗说，那时的他们也许会去工业界研发产品，或在学术界做科研，不管怎样，这批年轻人的未来值得期待。
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发表于 2020-8-4 15:20:05
发表于 2020-8-4 16:15:32
