“硅”上教学，能否提速芯片人才培养

原标题：“硅”上教学，能否提速芯片人才培养

中青报·中青网记者 孙庆玲

国科大首期“一生一芯”计划成果“果壳”芯片。中国科学院大学供图

“一生一芯”计划负责人、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在介绍“果壳”芯片。中国科学院大学供图

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” （通过一系列工艺步骤制造出物理芯片——编者注）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？

“能让每位学生都能带着自己设计的芯片毕业”

“处理器芯片被公认为芯片产业皇冠上的明珠，设计复杂度高、难度大。我国处理器芯片设计人才严重紧缺，如何加快此类人才的培养规模与培养速度，是我国迫在眉睫的难题。”国科大计算机科学与技术学院院长、中国科学院计算技术研究所（以下简称“中科院计算所”）所长孙凝晖院士说。

针对这一现象，“一生一芯”计划负责人、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”。

那天，参加“一生一芯”计划的首批5位同学和教学团队，就在包云岗的办公室开了场简单的动员大会，制定了基于教学处理器开发的技术路线。此时，距离12月17日那天的流片“班车”不足4个月。如果错过这趟“班车”，该团队则需再等两个月赶下一趟，这就意味着，芯片不可能在毕业答辩时返回。

“硅”上教学，让学生不再害怕做芯片

“一生一芯”团队需要跟时间赛跑，至于能不能跑得赢，包云岗心里“也没底儿”。

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”。