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“(硅)”上教学,能否提(速)(芯)片人才培养

来源: 南方日报网络版     时间: 2020-08-03 19:12:17

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  探索 (国)(科)(大)5位本科(生)带(着)(自)己设计(的)(芯)(片)毕业
  “硅”(上)教学,能(否)提速芯片人才培养

  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)”。

  “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)”。

  希(望)育(才)经(验)(能)向全国辐射

  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。

  孙凝晖说,“一生一芯”计(划)(的)愿(景)目标(是)在国科(大)实践经验的基础(上),向全(国)(辐)射,帮助更多高校形成从处理器芯(片)设计到流片并运行操作系(统)(的)实践课程,提高(我)国(处)(理)器芯片设计人(才)培养规模,多出人才;(缩)短人(才)(从)(培)养阶段(到)投入科研与产业一线(的)周期,快(出)人才,(力)争(实)现3年后(在)全(国)(每)年能培养500名学生,5(年)后实现每年培(养)1000名学(生),10年达到每年(培)养1万名学(生)。

  (在)(包)云岗(看)来,“一生一芯”计划向全国辐射的一大困难是,对老师的要求(比)(较)高,不(利)(于)推广,“(所)(以)我们(有)可(能)需要同步推行‘一师(一)(芯)’,先让老师有这样(的)实(践)经历,然(后)(再)去指导学生”。

  中(青)报·(中)青网(记)者 孙庆玲 来源:中国青(年)(报)

【(编)辑:(陈)(海)峰】

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