五位本科毕业生4个月造出集成ic大学毕业！新的事后来啦……

◎作者 | 科技日报记者 张盖伦

◎编纂 | 陈磊

“若何评价中国科学院大年夜学（以下简称国科大年夜）‘生平一芯’企图？”

在某问答网站上，这个问题获得了超万万的存眷热度。

五位本科生，主导完成了一款64位RISC-V措置器SoC芯片设计并实现流片。这款芯片，被称作他们的 “最硬核卒业证书”。

和芯片有关的新闻，总能牵动国人的心。

而当主角成为几个“带芯卒业”二十出头的年青人，就加倍引人好奇。

网上的声音多种多样，有人鼓掌，有人唱衰，有人将它和中国芯片财产联系起来，写了洋洋洒洒长篇申明。

而今，五位学生已最早了新的工作。他们正在深圳，参与新的更高性能芯片的设计。

8月中旬，他们还多了个新身份——第二期“生平一芯”企图的助教。

本科生做芯片，天方夜谭吗？

芯片是本年五月底快递到王华强家的。

它大年夜概一元硬币大小，上面刻着 “COOSCA-01”和“生平一芯”的字样，还有国科大年夜的Logo。

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COOSCA是一个内部代号，是国科大年夜较量争论机科学与手艺学院的三门课程——较量争论机构成道理、操作系统和较量争论机架构的缩写。“生平一芯”则是企图的名字，意思是让每位本科生带着本身设计的措置器芯片卒业。

受新冠肺炎疫情影响，本年国科大年夜的本科卒业答辩在线上进行。

学生王华强代表“生平一芯”团队，向答辩委员会的师长教师长途显现了芯片。

他把芯片装上测试板，用串口线将测试板与电脑毗邻，打开电脑上的终端软件，按下测试板上的复位键，运行了几个简单的轨范——Linux系统跑起来了。

王华强在长途卒业答辩时显现芯片运行历程。图源：包云岗知乎答复

然则，客岁夏天，“生平一芯”企图参与者张紫飞第一次听到该企图时的第一反映倒是“天方夜谭吧”。

让几个本科生用几个月时候，设计出一枚可以或许运行Linux如许复杂操作系统的芯片，可能吗？

“生平一芯”企图负责人、国科大年夜较量争论机学院传授、中国科学院较量争论手艺研究所先辈较量争论机系统研究中央主任包云岗则感觉，在开源时期，将芯片设计的门坎降下来，是可能的。

包云岗对2008年至2017年较量争论机系统布局国际顶级会群情文第一作者做过申明，只有4%来自中国的高校和科研院所。

中国的措置器芯片设计界，缺人。

开放指令集RISC-V与芯片急迅开辟措辞Chisel，能使开辟效率数量级晋升。

RISC-V，正是包云岗近几年的研究重心。这一指令集可以自由地用于任何目标，答理任何人设计、制造和发卖RISC-V芯片和软件。

2018年时，包云岗就模糊意想到，RISC-V对人才培养会有匡助。2019年5月，华为被美国商务部列入实体名单，人才危局必需尽快找到前途。包云岗敏捷将他恍惚的设法细化：让学生进修并实践芯片急迅设计方式，颠末历程大年夜学流片企图完成芯片制造。

2019年8月，“生平一芯”企图正式启动。这是一次传授教化实践。

国科大年夜校向导认为，它会掀起本科传授教化鼎新的新篇章。

五位参与的学生是金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞。

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他们都是国科大年夜较量争论机科学与手艺学院2016级本科生，那时也都已颠末历程了中国科学院较量争论手艺研究所的保研夏令营，成为首批吃螃蟹的人。

踩坑、挖坑，再从坑里爬出来

其实，在他们们眼前的，是一条未有人走过的路。

没有导航，他们需要本身打怪升级，本身试错考试考试。

当然，他们也并不是是在白纸上作画。

教师团队已制定了整体方案，一定了手艺线路，选择好了根本平台，搭建了开辟环境，也选定了流片工艺和班车。

五位学生真正下手之前，一支实力强大年夜的教师团队，为学生的披荆斩棘，做好了保驾护航的筹办。

做芯片，其实分为前端和后端。前端首假如做设计，用数字电路的体式格局实现措置器的功能；后端则是用物理元件来实现这些设计。

“要说芯片都是我们做的，并不正确。其实我们只是做了前真个逻辑设计部分。”王凯帆强调。

他考试考试用最通俗的措辞向科技日报记者诠释设计芯片是怎样一回事——近似于画一张大年夜楼的施工图纸。只不外，显现这张图纸，用的不是线条，而是一种叫做Chisel的硬件措辞。

此前，包云岗团队中的博士生余子濠为南京大年夜学开辟了一款传授教化用RISC-V措置器，“生平一芯”企图的学生要在此根本上进行改良，把师兄搭建的房子，改建得更舒适、更亮堂。

包云岗说，在实际产物研发和科研工作中，也常常不是从头最早，更多是在已有根本上，增加新功能，提高性能。“这培养的是学生‘理解—消化—创新’的能力。”

大年夜家接纳了当下贱行的“急迅开辟”模式：每人负责一个或几个模块，齐头并进，多线推动，然后合龙。

高强度开辟.jpg芯片设计开辟历程。图源：包云岗知乎问答

“生平一芯”企图的方针很清楚：在芯片上运行Linux系统，支持根基的输入输出设备。

先解决“能不克不及”“对不合弊端”的问题，再来看“快不快”“好不好”。

对新手施工设计团队来讲，他们盖的第一栋房子，要包管的是耸峙不倒。

从2019年8月正式下手设计，到12月中旬交付设计图纸，五人组踩过坑，给他人挖过坑，也挣扎着从坑里爬出来过。

他们曾熬夜和不知躲在哪里的弊端死磕，还要匹敌可能稽迟队友进度的焦炙。

团队成员金越负责的是片上系统。

除中央措置器，在系统内还有五个节制器来实现具体功能。

这些节制器的代码是由开源社区供应的，但团队其实不清楚这些节制器是不是适合他们设计的这款芯片。

金越需要编写驱动软件，测试外设节制器是不是设置正确，可否正常工作。

“假如呈现问题就很麻烦了。事实是我的软件写错了，照样外设节制器本身有问题？假如是外设节制器有问题，事实是哪一个有问题？”

变量太多，布列组合下来，测试复杂得让人头疼。

“做验证的那几天，几近没怎样睡过觉。”金越三鼓对着电脑，查手册，查代码，查波形，怀着点“我就不信邪”的不忿：“我一定要把这个器材弄出来。”

寻觅问题事实出在哪，是几近每一个企图参与者城市提到的“疾苦”履历，常常是 “按下葫芦起了瓢”。

作为团队唯一的女将，张林隽负责的部分是预取器。

你进入了一间藏书楼，想找到一本书。靠你比来的书架，能放的书最少；而更深处的书架，放的书更多，但你走畴昔的耗时也长。预取器好比那位体会你爱好的图书办理员，他提早将他认为你会拿的书放在离你比来的书架，节省你的查找时候。

“在实现这个功能的时刻，我想当然地认为，预取器应当放在L1 Cache也就是一级缓存内。”

一级缓存，相当于谁人离你更近的然则容量更少的书架。但希奇的是，到场预取器后，芯片的性能反而遭到了影响，芯片的信息措置速度变慢了。

她花了一个月的时候来找问题，一个一个排查、点窜和调试。后来，张林隽被提示说，多是预取器放置的位置不合弊端。“哎，很溃逃，之前写的器材就没用了，又要重来。”将预取器挪到二级缓存后，困扰她一个月的问题终究消失落了。

在真正下手之前，没人想过，问题居然会在这等着他们。

参与“生平一芯”企图的五位学生，从左至右顺次为王华强、张林隽、金越、王凯帆和张紫飞

“我们只是知道了从山底到半山腰的路怎样走”

2019年12月，这款芯片的设计领土正式提交，基于中芯国际110nm工艺完成投片。

平常平凡上课或角逐，学生也需要从零最早完成一次芯片设计。但在教室实践中，其实不需要测试得太完全，只要设计出的芯片能颠末历程师长教师给的几个测试点，就算成功。在“生平一芯”企图中，没有这些被预先设计好的“测试点”。你必需考虑周全，细心谨严。

无可否定的是，压力更大年夜。

此前的芯片设计，更像是“空言无补”，成功了当然好，失落败了似乎也无所谓。然则此次，投入真金白银去流片，能不克不及用，几个月的尽力会不会吊水漂，流片后就可以见分晓。

这是第一期“生平一芯”企图，大年夜家都希望能开个好头。期待的日子，他们忐忑又兴奋。

2020年4月23日，学生们从微信群里得知，他们亲手设计的措置器芯片返回了。

但这并不是终点，还需要进行测实验证。

“从底层PCB领土、内存颗粒到中央措置器设计、再到上层操作系统、利用软件，每一个层次都可能出问题。哪怕一个小问题，城市造成芯片没法正常工作。”包云岗说。

这段测试履历，一样也是一波三折，甚至有点戏剧性。

芯片回来后，团队里的师长教师们上手测试了几颗，后果芯片真的就是块“砖”，没有任何输出。一阵慌乱后他们才发现，本来是主板上的一根电源线接错了，芯片“出师未捷身先死”，被烧坏了。

后来，又由于一个串口时钟频率设置问题，芯片性能始终不正常。折腾了一段时候，芯片才被调剂到最好状态。

6月2日，在卒业答辩现场，王华强显现了芯片的工作流程。

后来，王凯帆还将国科大年夜操作系统课程上同学们本身编写的UCAS-Core移植到了COOSCA核上，用本身写的CPU，运行了本身写的操作系统。

到深圳后，张紫飞才第一次看到本身设计的芯片。

“第一次看到时就感觉，这芯片比我们想象得小啊，似乎还有点简陋。”张紫飞开顽笑道，“然则母不嫌儿丑嘛。”

国科大年夜的学生将本身的母校简称为“果壳”，所以，果壳（nutshell）也就成了“生平一芯”企图首款芯片的正式名字。

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王华强在本年7月RISC-V年中手艺研究会上介绍了果壳的设计细节和开辟历程当中的经验体味。

9月3日，王华强将代表团队向全球同业介绍“果壳”的设计，这也将是“果壳”初次在国际舞台上表态。

“国科大年夜学僵硬核卒业证书”一度成为网上的热议话题，但被看成“大年夜神”跪拜的几位学生，无意将这一项目做过量拔高。

金越打了个歧：“而今，我们只是知道了从山底到半山腰的路有多灾走，还不知道从半山腰到山顶的路有多灾走。”

也正是由于攀过山、爬过坡，学生们知道本身都是新兵，经验和能力上都有欠缺，还需淬炼。

“生平一芯”企图负责人、中科院较量争论所研究员包云岗在讲授芯片。受访者供图

他们的平均春秋，只有21.8岁。

包云岗说，等他们30岁时，即可以说已是措置器芯片和较量争论机系统设计范畴的“老兵”了。不管他们是进入业界照样学界，缔造力会获得更大年夜的阐扬和显现。“我对这批年青人的将来布满期待。”

“生平一芯”企图二期已启动。

据包云岗介绍，二期的学生增加到13位。除国科大年夜外，还有来自浙江大年夜学、南京大年夜学、西北工业大年夜学、哈尔滨工业大年夜学（深圳）和美国密歇根州立大年夜学等五所高校的同学。