5位本科生4個月造出芯片畢業(yè) 如何評價國科大‘一生一芯’計劃？

　　踩坑、挖坑，再從坑里爬出來

　　其實，在他們們面前的，是一條未有人走過的路。

　　沒有導(dǎo)航，他們需要自己打怪升級，自己試錯嘗試。

　　當(dāng)然，他們也并非是在白紙上作畫。

　　教師團(tuán)隊已經(jīng)制定了總體方案，確定了技術(shù)路線，選擇好了基礎(chǔ)平臺，搭建了開發(fā)環(huán)境，也選定了流片工藝和班車。

　　五位學(xué)生真正動手之前，一支實力強大的教師團(tuán)隊，為學(xué)生的乘風(fēng)破浪，做好了保駕護(hù)航的準(zhǔn)備。

　　做芯片，其實分為前端和后端。前端主要是做設(shè)計，用數(shù)字電路的方式實現(xiàn)處理器的功能；后端則是用物理元件來實現(xiàn)這些設(shè)計。

　　“要說芯片都是我們做的，并不準(zhǔn)確。其實我們只是做了前端的邏輯設(shè)計部分。”王凱帆強調(diào)。

　　他嘗試用最通俗的語言向科技日報記者解釋設(shè)計芯片是怎么一回事——類似于畫一張大樓的施工圖紙。只不過，呈現(xiàn)這張圖紙，用的不是線條，而是一種叫做Chisel的硬件語言。

　　此前，包云崗團(tuán)隊中的博士生余子濠為南京大學(xué)開發(fā)了一款教學(xué)用RISC-V處理器，“一生一芯”計劃的學(xué)生要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，把師兄搭建的房子，改建得更舒服、更亮堂。

　　包云崗說，在實際產(chǎn)品研發(fā)和科研工作中，也往往不是從頭開始，更多是在已有基礎(chǔ)上，增加新功能，提高性能。“這培養(yǎng)的是學(xué)生‘理解—消化—創(chuàng)新’的能力。”

　　大家采用了當(dāng)下流行的“敏捷開發(fā)”模式：每人負(fù)責(zé)一個或幾個模塊，齊頭并進(jìn)，多線推進(jìn)，然后合龍。

　　芯片設(shè)計開發(fā)歷程。圖源：包云崗知乎問答

　　“一生一芯”計劃的目標(biāo)很明確：在芯片上運行Linux系統(tǒng)，支持基本的輸入輸出設(shè)備。

　　先解決“能不能”“對不對”的問題，再來看“快不快”“好不好”。

　　對新手施工設(shè)計團(tuán)隊來說，他們蓋的第一棟房子，要保證的是屹立不倒。

　　從2019年8月正式動手設(shè)計，到12月中旬交付設(shè)計圖紙，五人組踩過坑，給別人挖過坑，也掙扎著從坑里爬出來過。

　　他們曾熬夜和不知躲在哪里的錯誤死磕，還要對抗可能拖延隊友進(jìn)度的焦慮。

　　團(tuán)隊成員金越負(fù)責(zé)的是片上系統(tǒng)。

　　除了中央處理器，在系統(tǒng)內(nèi)還有五個控制器來實現(xiàn)具體功能。

　　這些控制器的代碼是由開源社區(qū)提供的，但團(tuán)隊并不清楚這些控制器是否適合他們設(shè)計的這款芯片。

　　金越需要編寫驅(qū)動軟件，測試外設(shè)控制器是否設(shè)置正確，能否正常工作。

　　“要是出現(xiàn)問題就很麻煩了。到底是我的軟件寫錯了，還是外設(shè)控制器本身有問題？如果是外設(shè)控制器有問題，到底是哪個有問題？”

　　變量太多，排列組合下來，測試復(fù)雜得讓人頭疼。

　　“做驗證的那幾天，幾乎沒怎么睡過覺。”金越半夜對著電腦，查手冊，查代碼，查波形，懷著點“我就不信邪”的不忿：“我一定要把這個東西弄出來。”

　　尋找問題究竟出在哪，是幾乎每個計劃參與者都會提到的“痛苦”經(jīng)歷，常常是 “按下葫蘆起了瓢”。

　　作為團(tuán)隊唯一的女將，張林雋負(fù)責(zé)的部分是預(yù)取器。

　　你進(jìn)入了一間圖書館，想找到一本書。靠你最近的書架，能放的書最少；而更深處的書架，放的書更多，但你走過去的耗時也長。預(yù)取器好比那位了解你喜好的圖書管理員，他提前將他認(rèn)為你會拿的書放在離你最近的書架，節(jié)省你的查找時間。

　　“在實現(xiàn)這個功能的時候，我想當(dāng)然地認(rèn)為，預(yù)取器應(yīng)該放在L1 Cache也就是一級緩存內(nèi)。”