肖如

又是一年畢業(yè)季。

在這個(gè)最后的時(shí)刻，很多同學(xué)都想為自己四年的光陰交上一份滿意的答卷。

對(duì)于中國科學(xué)院大學(xué) 2016 級(jí)計(jì)算機(jī)學(xué)院王華強(qiáng)等五位同學(xué)來說，自然也不例外。

2020 年 6 月 2 日，王華強(qiáng)代表 “一生一芯” 團(tuán)隊(duì)，向中國科學(xué)院大學(xué)畢業(yè)答辯委員會(huì)演示“果殼”芯片的功能，順利交出了一份超預(yù)期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答卷，團(tuán)隊(duì)中的5 位同學(xué)最終帶“芯”畢業(yè)。

7月25日，中國科學(xué)院大學(xué)公布首期 “一生一芯” 計(jì)劃成果，“果殼（NutShell）” 的 64 位 RISC-V 處理器 SoC 芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)流片（英文 Tape Out，在集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，流片是指試生產(chǎn)，就是說設(shè)計(jì)完電路以后，先生產(chǎn)幾片，供測試用，如果測試通過了，就可以大規(guī)模生產(chǎn)），該芯片可以在 Linux 操作系統(tǒng)，以及學(xué)生自己編寫的中國科學(xué)院大學(xué)教學(xué)操作系統(tǒng) UCAS-Core 中運(yùn)行，這標(biāo)志著首期“一生一芯” 計(jì)劃取得成功。

而回到2019年，這還僅僅是一個(gè)設(shè)想，能不能成功還是未知數(shù)。

2018 年，在烏鎮(zhèn)世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，為了推動(dòng)建立世界共享的開源芯片生態(tài)，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟成立，擔(dān)任該聯(lián)盟秘書長的包云崗開始思考應(yīng)該如何構(gòu)建開源芯片生態(tài)。

當(dāng)前，中國處理器芯片設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重緊缺。曾有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2008年到2017年十年間，85%的芯片優(yōu)秀人才選擇在美國就業(yè)，僅有4%選擇在中國就業(yè)，主要原因是芯片設(shè)計(jì)門檻過高，導(dǎo)致國內(nèi)高校無法開展芯片相關(guān)的教學(xué)與研究。

因此，芯片人才的培養(yǎng)迫在眉睫，而教學(xué)是開源芯片生態(tài)最好的應(yīng)用場景之一。

2019年8月27 日，“開學(xué)日”的前幾天，中國科學(xué)院大學(xué)正式啟動(dòng)“一生一芯”計(jì)劃。“一生一芯”的初衷是希望有一天能讓每一個(gè)學(xué)生都能帶著自己設(shè)計(jì)的芯片畢業(yè)，芯片之所以起名“果殼”，意與“國科”發(fā)音相同。

參加首期“一生一芯”計(jì)劃的同學(xué)也最終確定，一共5位，分別是金越、王華強(qiáng)、王凱帆、張林雋和張紫飛。他們將組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，一起挑戰(zhàn)“帶著自己設(shè)計(jì)的處理器芯片畢業(yè)”這個(gè)任務(wù)。

此時(shí)，時(shí)間已經(jīng)很緊張。

這個(gè)項(xiàng)目和之前的課程實(shí)驗(yàn)最大的不同之處在于沒有實(shí)驗(yàn)手冊，沒有先導(dǎo)者為你一步步鋪好路，一切都需要自己探索。

由于最合適的流片班車（班車是生產(chǎn)批次的意思，每年生產(chǎn)批次確定后，根據(jù)芯片類型選擇合適的生產(chǎn)批次）是12月17日，距離啟動(dòng)時(shí)間只剩不到4個(gè)月！這樣芯片就能在2020年4月份完成封裝，返回進(jìn)行測試。如果一切順利，就可以趕上6月份中國科學(xué)院大學(xué)的本科畢業(yè)答辯，到時(shí)就可以在答辯現(xiàn)場展示芯片。但如果錯(cuò)過這趟班車，就需要再等2個(gè)月，這意味著芯片不可能在畢業(yè)答辯時(shí)返回。

“一生一芯”團(tuán)隊(duì)需要與時(shí)間賽跑。

4個(gè)月的高強(qiáng)度開發(fā)，對(duì)每個(gè)同學(xué)來說都是一種考驗(yàn)。有些關(guān)鍵模塊的工作原理，從未在課堂上學(xué)過，他們需要自己進(jìn)行探索性嘗試，有時(shí)甚至需要將此前的設(shè)計(jì)推翻重來，心態(tài)猶如坐過山車。雖然任務(wù)極具挑戰(zhàn)，但還是不間斷地取得了進(jìn)展。

每取得一個(gè)小進(jìn)展，大家都會(huì)記錄下那個(gè)時(shí)刻，精確到分鐘，因?yàn)橐磺卸际怯幸饬x的。

12月19日，COOSCA 1.0芯片版圖凍結(jié)，大家如同上交了高考試卷，終于舒了一口氣，卻又懸起了一顆心，大家擔(dān)心正在流片中的那顆COOSCA芯片能不能按時(shí)回來，能不能趕上畢業(yè)答辯。所幸，芯片基本上按照預(yù)期時(shí)間返回。

接下來的測試驗(yàn)證工作非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閺牡讓覲CB版圖、內(nèi)存顆粒到中間處理器設(shè)計(jì)，到上層操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，每個(gè)層次都可能出現(xiàn)問題。哪怕一個(gè)小問題，都會(huì)造成芯片無法正常工作。

在大家的努力下，經(jīng)過大約1個(gè)月的調(diào)試后，終于證明芯片一切正常。

接下來的一切就順利多了，5位同學(xué)答辯通過，實(shí)現(xiàn)了帶“芯”畢業(yè)的設(shè)想。

目前，“果殼”的設(shè)計(jì)投稿已被 RISC-V 全球論壇接收，王華強(qiáng)同學(xué)將代表團(tuán)隊(duì)，于近期向全球業(yè)界介紹該芯片，屆時(shí)“果殼”將首次在國際舞臺(tái)上亮相。

雖然，從嚴(yán)格意義上來說，“果殼”是一款教學(xué)芯片，而非產(chǎn)品芯片，但經(jīng)歷過這次研發(fā)，團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人都得到了成長，這種從零開始親手種出的果實(shí)更加美味。正如參與芯片研發(fā)的唯一一位女生張林雋同學(xué)表示：“先完成，后完美。一定要勇敢地試錯(cuò)，我們只要邁出第一步，接下來其實(shí)都是順其自然的?！?/p>

如今，這5位同學(xué)又接到了一個(gè)更有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，他們將在未來參與一款高性能亂序多發(fā)射 RISC-V 處理器核的設(shè)計(jì)。

中國“芯”，未來有望。