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。
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