5位本科生4個月造出芯片畢業(yè)！被稱作“最硬核畢業(yè)證書”

　　五位本科生，主導(dǎo)完成了一款64位RISC-V處理器SoC芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)流片。這款芯片，被稱作他們的“最硬核畢業(yè)證書”。當(dāng)主角成為幾個“帶芯畢業(yè)”二十出頭的年輕人，就更加引人好奇。網(wǎng)上的聲音多種多樣，有人鼓掌，有人唱衰，有人將它和中國芯片產(chǎn)業(yè)聯(lián)系起來，寫了洋洋灑灑長篇分析。如今，五位學(xué)生已經(jīng)開始了新的工作。他們正在深圳，參與新的更高性能芯片的設(shè)計(jì)。

　　8月中旬，他們還多了個新身份——第二期“一生一芯”計(jì)劃的助教。

　　本科生做芯片，天方夜譚嗎？

　　芯片是今年五月底快遞到王華強(qiáng)家的。它大概一元硬幣大小，上面刻著 “COOSCA-01”和“一生一芯”的字樣，還有國科大的Logo。

　　COOSCA是一個內(nèi)部代號，是國科大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的三門課程——計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)架構(gòu)的縮寫。“一生一芯”則是計(jì)劃的名字，意思是讓每位本科生帶著自己設(shè)計(jì)的處理器芯片畢業(yè)。

　　受新冠肺炎疫情影響，今年國科大的本科畢業(yè)答辯在線上進(jìn)行。

　　然而，去年夏天，“一生一芯”計(jì)劃參與者張紫飛第一次聽到該計(jì)劃時的第一反應(yīng)卻是“天方夜譚吧”。讓幾個本科生用幾個月時間，設(shè)計(jì)出一枚能夠運(yùn)行Linux這樣復(fù)雜操作系統(tǒng)的芯片，可能嗎？

　　其實(shí)，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(duì)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(shí)力強(qiáng)大的教師團(tuán)隊(duì)，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(shí)分為前端和后端。前端主要是做設(shè)計(jì)，用數(shù)字電路的方式實(shí)現(xiàn)處理器的功能；后端則是用物理元件來實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)。“要說芯片都是我們做的，并不準(zhǔn)確。其實(shí)我們只是做了前端的邏輯設(shè)計(jì)部分。”王凱帆強(qiáng)調(diào)。

　　他嘗試用最通俗的語言向科技日報(bào)記者解釋設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(shí)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。“一生一芯”計(jì)劃的目標(biāo)很明確：在芯片上運(yùn)行Linux系統(tǒng)，支持基本的輸入輸出設(shè)備。

　　對新手施工設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(jì)，到12月中旬交付設(shè)計(jì)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(duì)友進(jìn)度的焦慮。“做驗(yàn)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(diǎn)“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(jì)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(duì)唯一的女將，張林雋負(fù)責(zé)的部分是預(yù)取器。

　　“在實(shí)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)。”一級緩存，相當(dāng)于那個離你更近的但是容量更少的書架。但奇怪的是，加入預(yù)取器后，芯片的性能反而受到了影響，芯片的信息處理速度變慢了。

　　她花了一個月的時間來找問題，一個一個排查、修改和調(diào)試。后來，張林雋被提醒說，可能是預(yù)取器放置的位置不對。“哎，很崩潰，之前寫的東西就沒用了，又要重來。”將預(yù)取器挪到二級緩存后，困擾她一個月的問題終于消失了。

　　在真正動手之前，沒人想過，問題竟然會在這等著他們。