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                                                            发稿时间:2020-08-13 13:42:35

                                                            每一位示范性微电子学院的本科生,都会参加一个叫做“‘三个一’工程”的创新式课程。课程内容包括——一年企业实习实训、一次芯片流片。大三上学期,同学们要在这门课中完成芯片设计。大三下学期,大家设计的芯片将送往企业进行流片加工,大四上学期返校学习时对流片返回的样品进行测试验证。一年企业实习实训则分别安排在大三下学期和大四下学期,做到与实验课程、芯片流片无缝衔接。

                                                            他们大学相关课程成绩多数在90分以上,且都通过了计算所暑期夏令营面试,均被录取为国科大计算所的研究生。在被招入“一生一芯”时,他们都不知道,自己接下来要做的事情,是一件很大很大的事——为中国芯片,趟一条路。012018年11月,包云岗去乌镇开世界互联网大会。彼时,他的身份是中科院计算机研究中心副主任,同时也是中国开源芯片生态(RISC-V)联盟的秘书长。

                                                            “一生一芯”群中的讨论人凑齐后,日程立刻安排上。就像真实残酷的公司竞争一样,同学们一上来面对的就是紧迫的时间压力。中科院确定了最合适的流片班车是12月17日,这样能保证芯片在4月份完成封装,返回学校进行测试。如果一切顺利,那就可以赶上五月底的国科大本科毕业答辩,到时可以在答辩现场展示芯片。但是如果错过这趟班车,那就需要再等2个月赶下一趟班车,这就意味着芯片不可能在毕业答辩时返回。为此,他们只有不到4个月的开发时间。如此短暂的时间,让每一天看起来都极其宝贵。8月20日,国科大落实中芯国际110nm工艺的流片渠道。七天后,“一生一芯”计划火速启动。

                                                            后来包云岗发现,国外知名大学也有相似的课程。美国加州大学伯克利分校于2017年开启的一门名叫94/290C “28nm SoC for IoT”的新课,和“一生一芯”计划最为相似。这门课同样以制作芯片为目标,由9位本科生与1位研究生参加,通过一学期完成了全部芯片制作,但未提供信息证明芯片能正常工作。但不同的是,这门课是根据已有的RISC-V核和其他IP核进行SoC集成,而国科大要让学生直接设计一款64位RISC-V处理器。在这个基础上,进一步制作一个能运行Linux操作系统的芯片。相比之下,“一生一芯”的难度要大得多。即便是在这样的情况下,五位同学,还是完成了项目。并且,他们获得了比一枚芯片,更重要的东西。比如探索心、耐心、成就感……而这些,也是中国芯片行业需要的。031982年,美国半导体行业也曾面临人才危机。上千所大学中,只有可怜的不到100位教授和学生从事相关的研究。产业慢慢凋零,薪资骤减,没有人愿意报考这门专业。校园储备人才骤减,导致企业无人可用。产生恶性循环。为了改变这种颓势,1981年,美国国防部高级研究计划署 (DARPA) 启动了MOSIS 项目,为大学提供流片服务。MOSIS就像一个组织机构,把芯片设计的门槛降低,使大学里面也可以设计芯片、做流片,高校设计好后,MOSIS将图纸提供给三星、格罗方德等知名芯片代工厂,它们免费为大学流片。 反过来,大学向MOSIS提交设计经验,并交给企业一份测试报告。

                                                            据同学们介绍,“果壳”的最高工作频率是350MHz,CoreMark 测试跑分为1.49/MHz。严格意义上来说,它是一款教学芯片,而非产品芯片。虽然和商业处理器相比仍有一定差距,但 “果壳” 已经算得上是功能较为完整的处理器芯片了。可能对于实际工作的芯片设计者来说,设计这样的芯片并不算太难。但是对于学生而言,亲身经历完整的芯片设计流程,对以后的职业生涯大有裨益。参与芯片研发的唯一一位女生张林隽同学也表示:“先完成,后完美。一定要勇敢地试错,我们只要迈出第一步,接下来其实都是顺其自然的。”

                                                            这款芯片可以成功运行Linux操作系统,以及由学生们自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。本科生设计芯片,这是中国大陆的第一次。在媒体争相报道中,一个叫做“一生一芯”的计划,浮出了水面——在发现帮不上华为之后,中科院启动了这一计划。芯片制造,本科生,这两个词放在一起,无论你怎么看,都会显得很怪异。承接这个项目的中国科学院大学师生,也很忐忑。但一年后,他们把不可能,变成了可能。参加首期“一生一芯”的五位同学,分别是金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞。

                                                            7月22日,“一生一芯”团队再收到一个好消息。团队成员之一王华强收到了“果壳”被RISC-V全球论坛的接收通知。两个月后,他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。这次RISC-V全球论坛的日程,报告均来自世界各地的业界资深专家,还包括图灵奖得主David Patterson教授。国科大本科生能登上RISC-V全球论坛介绍他们设计的处理器核,在国际上也是难得一见。

                                                            在这之前,包云岗曾统计过半导体行业顶级会议ISCA论文作者在最近十年内的职业去向。结果令他失望。这些优秀的校园人才有多达96%会选择在美国就业,只有可怜的4%会选择留在国内。行业急需高校补上人才缺口,但高校自身的人才却在不断流失。由于多年来产业的落后,导致大部分半导体毕业生不是出国,就是转行去了互联网、计算机等行业。留在半导体行业的人,屈指可数。

                                                            真实的芯片开发,要比课堂上所学复杂得太多。作为一位开发者,需要对芯片每一个模块的行为都有所了解,还需要了解程序在芯片上运行的每一处细节。这和课堂授课,截然不同。而刚刚从课堂走出来的五位同学,不仅需要综合应用学过的知识,还要自学大学里没有讲的工作原理。就好比刚刚学会画建筑设计图的学生,突然要求建一座房子。这让他们一下子很不适应。

                                                            受到MOSIS启发,中国台湾也沿袭了这种模式。台湾最大的半导体公司台积电,也会为当地的大学专门预留出一条流水线。学校教学课程里面也有一门课,可以让选修它的同学们去流片。为了激励学生们积极参与,课程中还加入了不同组之间的PK。这往往会起到意想不到的效果,有些组的结果甚至令导师们都始料未及、拍手称赞,甚至部分作品被台积电买下专利,改良后应用到市场。而且,在学生们完成作业的同时,导师们充分信任学生们的自学能力。只引导,不干预,允许学生们失败。课程的第一章就讲到:雷霆雨露,俱是君恩。成功失败,都是收获。并且这门课不只顶尖大学可以上,很多普通院校都有在台积电制作芯片的机会。