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又是一年毕业季。
在这个最后的时刻,很多同学都想为自己四年的光阴交上一份满意的答卷。
对于中国科学院大学 2016 级计算机学院王华强等五位同学来说,自然也不例外。
2020 年 6 月 2 日,王华强代表 “一生一芯” 团队,向中国科学院大学毕业答辩委员会演示“果壳”芯片的功能,顺利交出了一份超预期的本科毕业设计答卷,团队中的5 位同学最终带“芯”毕业。
7月25日,中国科学院大学公布首期 “一生一芯” 计划成果,“果壳(NutShell)” 的 64 位 RISC-V 处理器 SoC 芯片设计并实现流片(英文 Tape Out,在集成电路设计领域,流片是指试生产,就是说设计完电路以后,先生产几片,供测试用,如果测试通过了,就可以大规模生产),该芯片可以在 Linux 操作系统,以及学生自己编写的中国科学院大学教学操作系统 UCAS-Core 中运行,这标志着首期“一生一芯” 计划取得成功。
而回到2019年,这还仅仅是一个设想,能不能成功还是未知数。
2018 年,在乌镇世界互联网大会上,为了推动建立世界共享的开源芯片生态,中国开放指令生态(RISC-V)联盟成立,担任该联盟秘书长的包云岗开始思考应该如何构建开源芯片生态。
当前,中国处理器芯片设计人才严重紧缺。曾有数据统计,从2008年到2017年十年间,85%的芯片优秀人才选择在美国就业,仅有4%选择在中国就业,主要原因是芯片设计门槛过高,导致国内高校无法开展芯片相关的教学与研究。
因此,芯片人才的培养迫在眉睫,而教学是开源芯片生态最好的应用场景之一。
2019年8月27 日,“开学日”的前几天,中国科学院大学正式启动“一生一芯”计划。“一生一芯”的初衷是希望有一天能让每一个学生都能带着自己设计的芯片毕业,芯片之所以起名“果壳”,意与“国科”发音相同。
参加首期“一生一芯”计划的同学也最终确定,一共5位,分别是金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞。他们将组成一个团队,一起挑战“带着自己设计的处理器芯片毕业”这个任务。
此时,时间已经很紧张。
这个项目和之前的课程实验最大的不同之处在于没有实验手册,没有先导者为你一步步铺好路,一切都需要自己探索。
由于最合适的流片班车(班车是生产批次的意思,每年生产批次确定后,根据芯片类型选择合适的生产批次)是12月17日,距离启动时间只剩不到4个月!这样芯片就能在2020年4月份完成封装,返回进行测试。如果一切顺利,就可以赶上6月份中国科学院大学的本科毕业答辩,到时就可以在答辩现场展示芯片。但如果错过这趟班车,就需要再等2个月,这意味着芯片不可能在毕业答辩时返回。
“一生一芯”团队需要与时间赛跑。
4个月的高强度开发,对每个同学来说都是一种考验。有些关键模块的工作原理,从未在课堂上学过,他们需要自己进行探索性尝试,有时甚至需要将此前的设计推翻重来,心态犹如坐过山车。虽然任务极具挑战,但还是不间断地取得了进展。
每取得一个小进展,大家都会记录下那个时刻,精确到分钟,因为一切都是有意义的。
12月19日,COOSCA 1.0芯片版图冻结,大家如同上交了高考试卷,终于舒了一口气,却又悬起了一颗心,大家担心正在流片中的那颗COOSCA芯片能不能按时回来,能不能赶上毕业答辩。所幸,芯片基本上按照预期时间返回。
接下来的测试验证工作非常具有挑战性,因为从底层PCB版图、内存颗粒到中间处理器设计,到上层操作系统、应用软件,每个层次都可能出现问题。哪怕一个小问题,都会造成芯片无法正常工作。
在大家的努力下,经过大约1个月的调试后,终于证明芯片一切正常。
接下来的一切就顺利多了,5位同学答辩通过,实现了带“芯”毕业的设想。
目前,“果壳”的设计投稿已被 RISC-V 全球论坛接收,王华强同学将代表团队,于近期向全球业界介绍该芯片,届时“果壳”将首次在国际舞台上亮相。
虽然,从严格意义上来说,“果壳”是一款教学芯片,而非产品芯片,但经历过这次研发,团队中的每个人都得到了成长,这种从零开始亲手种出的果实更加美味。正如参与芯片研发的唯一一位女生张林隽同学表示:“先完成,后完美。一定要勇敢地試错,我们只要迈出第一步,接下来其实都是顺其自然的。”
如今,这5位同学又接到了一个更有挑战性的项目,他们将在未来参与一款高性能乱序多发射 RISC-V 处理器核的设计。
中国“芯”,未来有望。