去年，中国科学院大学（以下简称国科大）在本科新生录取通知书中嵌入了“龙芯三号”芯片，“硬核录取通知书”让人记忆犹新；今年，国科大本科生则拿到了“超硬核毕业证书”。7月25日，国科大公布了首期“一生一芯”计划成果——在国内首次以流片为目标，由5位2016级本科生主导完成一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片，芯片能成功运行Linux操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。

▲“果壳（NutShell）”处理器芯片

培养解决“卡脖子”关键技术的人才

芯片设计专门人才培养是解决我国信息领域“卡脖子”问题的关键，亟需在中国本土培养大量芯片设计、尤其是处理器芯片设计领域的优秀人才。据国科大计算机科学与技术学院（以下简称计算机学院）院长、中国科学院计算技术研究所（以下简称中科院计算所）所长孙凝晖院士介绍，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孙凝晖院士介绍“一生一芯”计划。

针对处理器设计人才危机，2019年11月，国科大启动“一生一芯”计划，目标是通过让本科生设计处理器芯片并完成流片，培养具有扎实理论与实践经验的处理器芯片设计人才。

自该项目启动以来，经过9个月的努力，由国科大2016级计算机学院本科生金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞等五位同学参与的首期“一生一芯”计划如下成果——2019年12月19日，一款64位RISC-V处理器SoC芯片完成设计，并基于中芯国际110nm工艺完成投片。2020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操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core——5位同学交出了一份超出预期的本科毕业设计“答卷”。

▲“果壳（NutShell）”处理器芯片

“从零开始种出的果实要更甜一些”

“一生一芯”计划需要学生进行各种探索性的尝试、克服大量技术挑战，才能实现流片目标。正是这种探索的过程，让学生深入理解了处理器芯片的工作原理，并体会到探索性实践的乐趣与成就感。

“与之前实验最大的不同，这次没有先行者一步一步的详细指导，而是要自己寻找方法，独立实现，然后进行验证甚至推倒重来”“大部分知识在体系结构课程中…工作原理也很简单，只有短短的几行，但是真正在代码中实现却比自己所想象的要困难得多”……在最初4个月的高强度研发过程中，从依赖指导到主动探索，从使用者到创造者的角色转换，金越、王华强等5位同学经历了“硬件调试4天、最后发现软件bug”“没有仔细读手册，坑了队友”种种挫败困难，但也获得了前所未有的成就感。有学生感叹，“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颗果树苗，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。不知为何，总觉得从零开始种出的果实要更甜一些。”

“经过‘一生一芯’计划的锤炼，学生们成长了很多。他们不仅在项目中掌握了处理器芯片设计所需的专业知识，也锻炼出了优秀人才所具备的出色心理素质。”“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介绍，学生们将这款处理器芯片命名为“果壳（NutShell）”，与“国科”发音相同。他们希望通过自己设计的处理器芯片来寄托对国科大深厚的情感。据悉，“果壳”的设计源代码已经向国际社区开源。王华强同学将代表团队于9月3日在RISC-V全球论坛向全球业界介绍“果壳”的设计，这也将是“果壳”首次在国际舞台上亮相。“RISC-V全球论坛的报告均来自世界各地的业界资深专家，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，这在国际上也是非常难得了。”包云岗说道。

此外，孙凝晖表示，“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，缩短人才从培养阶段到投入科研与产业一线的周期。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。

作者：本报驻京记者 彭丹

图片：国科大供图
编辑：江胜信
责任编辑：陆正明

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