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五位本科生4个月造出芯片毕业!新的后续来了……

五位本科生4个月造出芯片毕业!新的后续来了……

◎作者 | 科技日报记者 张盖伦

“我们只是知道了从山底到半山腰的路怎么走”

没有导航,他们需要自己打怪升级,自己试错尝试。

五位参与的学生是金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞。

培养方案革新,坚持前沿探索。上外MBA项目立足于学院平台优势,整合多方资源,探索出以科学、前沿、国际为特色的培养方案。方案设计以管理学科数十年国际化管理人才培养经验、工商管理专业国际发展前沿趋势为指引,充分借鉴国际顶尖商学院MBA项目的课程设置和培养模式,与时俱进,服务未来。在专业方向中,设置了无国界综合管理、数字营销、金融科技、人工智能与变革管理、行为科学与企业决策以及时尚奢侈品管理等方向课程,尤其是今年新增的人工智能与变革管理、行为科学与企业决策两个方向,体现了数智时代对具有应对复杂环境的变革管理人才和具有科学决策能力的复合型人才的需求,是管理学科前沿发展与商业社会企业实践的融合,更是商科教育发展方向与经济社会人才需求的对接。

上外国际工商管理学院致力于建设一所国内一流、国际知名的管理学院,在全球范围内培养“格高志远、学贯中外”的优秀人才,为进一步推进国际化战略,强化MBA教育国际化特色、提升MBA项目在国际的品牌知名度,学院于2017年启动AMBA认证准备工作,院系领导团队带领全院教职员工,在办学理念、项目运营、教学管理、生源质量等每一个环节都进行了全面系统的梳理和改进。上外MBA于2020年9月接受AMBA专家评估,最终顺利通过AMBA国际认证。

平时上课或者比赛,学生也需要从零开始完成一次芯片设计。但在课堂实践中,并不需要测试得太完备,只要设计出的芯片能通过老师给的几个测试点,就算成功。在“一生一芯”计划中,没有这些被预先设计好的“测试点”。你必须考虑全面,细心谨慎。

国科大的学生将自己的母校简称为“果壳”,所以,果壳(nutshell)也就成了“一生一芯”计划首款芯片的正式名字。

到深圳后,张紫飞才第一次看到自己设计的芯片。

国家林草局有关负责人介绍,三北工程在“十四五”期间和六期工程建设中,将统筹推进山水林田湖草系统治理。加大呼伦贝尔、科尔沁、浑善达克、毛乌素四大沙地和河西走廊、阿拉善高原、新疆绿洲外围等重要沙源地的生态保护修复,努力实现重点区域可治理沙化土地应治尽治;加强东北丘陵、燕山山地、黄土高原、阿勒泰、天山等重要水源涵养地的水土流失治理;加快推进东北平原、华北平原、汾渭平原、河套平原、新疆绿洲等农区的农防林优化升级;在新疆绿洲、黄土高原、燕山山地等地建设一批特色林果产业带,壮大绿色富民产业。通过持续努力,不断提升林草资源总量和质量,进一步改善三北地区生态环境,巩固和发展祖国北疆绿色生态屏障。

国际认证是上外国际工商管理学院MBA项目推进国际化办学的关键一环。上外MBA依托于上外国际工商管理学院,始终坚持高标准、国际化的办学思想,并逐渐形成了以国际工商管理学院坚实的管理学科背景为支撑、以实践为导向的项目特色。项目成立以来,认真贯彻落实应用型人才培养目标,注重理论密切联系实际、紧跟世界管理学科发展潮流,经过十余年的深耕与建设,在基础夯实、项目发展、品牌树立、业界口碑等方面成绩卓著。

在真正动手之前,没人想过,问题竟然会在这等着他们。

此前的芯片设计,更像是“纸上谈兵”,成功了固然好,失败了好像也无所谓。但是这次,投入真金白银去流片,能不能用,几个月的努力会不会打水漂,流片后就能见分晓。

8月中旬,他们还多了个新身份——第二期“一生一芯”计划的助教。

团队成员金越负责的是片上系统。

先解决“能不能”“对不对”的问题,再来看“快不快”“好不好”。

2019年12月,这款芯片的设计版图正式提交,基于中芯国际110nm工艺完成投片。

他们都是国科大计算机科学与技术学院2016级本科生,那时也都已通过了中国科学院计算技术研究所的保研夏令营,成为首批吃螃蟹的人。

“从底层PCB版图、内存颗粒到中间处理器设计、再到上层操作系统、应用软件,每个层次都可能出问题。哪怕一个小问题,都会造成芯片无法正常工作。”包云岗说。

后来,王凯帆还将国科大操作系统课程上同学们自己编写的UCAS-Core移植到了COOSCA核上,用自己写的CPU,运行了自己写的操作系统。

芯片回来后,团队里的老师们上手测试了几颗,结果芯片真的就是块“砖”,没有任何输出。一阵忙乱后他们才发现,原来是主板上的一根电源线接错了,芯片“出师未捷身先死”,被烧坏了。

她花了一个月的时间来找问题,一个一个排查、修改和调试。后来,张林隽被提醒说,可能是预取器放置的位置不对。“哎,很崩溃,之前写的东西就没用了,又要重来。”将预取器挪到二级缓存后,困扰她一个月的问题终于消失了。

这些控制器的代码是由开源社区提供的,但团队并不清楚这些控制器是否适合他们设计的这款芯片。

对新手施工设计团队来说,他们盖的第一栋房子,要保证的是屹立不倒。

“第一次看到时就觉得,这芯片比我们想象得小啊,好像还有点简陋。”张紫飞开玩笑道,“但是母不嫌儿丑嘛。”

除了中央处理器,在系统内还有五个控制器来实现具体功能。

他尝试用最通俗的语言向科技日报记者解释设计芯片是怎么一回事——类似于画一张大楼的施工图纸。只不过,呈现这张图纸,用的不是线条,而是一种叫做Chisel的硬件语言。

在某问答网站上,这个问题获得了超千万的关注热度。

从2019年8月正式动手设计,到12月中旬交付设计图纸,五人组踩过坑,给别人挖过坑,也挣扎着从坑里爬出来过。

其实,在他们们面前的,是一条未有人走过的路。

作为团队唯一的女将,张林隽负责的部分是预取器。

本报北京8月17日电 (记者顾仲阳、寇江泽)记者从国家林业和草原局获悉:三北防护林体系建设工程五期即将完成。三北工程是我国实施的第一个国家级重点林业生态工程,40多年来累计完成造林保存面积3014万公顷,工程区森林覆盖率由5.05%提高到13.57%。

教师团队已经制定了总体方案,确定了技术路线,选择好了基础平台,搭建了开发环境,也选定了流片工艺和班车。

“要是出现问题就很麻烦了。到底是我的软件写错了,还是外设控制器本身有问题?如果是外设控制器有问题,到底是哪个有问题?”

网上的声音多种多样,有人鼓掌,有人唱衰,有人将它和中国芯片产业联系起来,写了洋洋洒洒长篇分析。

“一生一芯”计划的目标很明确:在芯片上运行Linux系统,支持基本的输入输出设备。

“在实现这个功能的时候,我想当然地认为,预取器应该放在L1 Cache也就是一级缓存内。”

“一生一芯”计划二期已经启动。

“如何评价中国科学院大学(以下简称国科大)‘一生一芯’计划?”

2019年8月,“一生一芯”计划正式启动。这是一次教学实践。

他们曾熬夜和不知躲在哪里的错误死磕,还要对抗可能拖延队友进度的焦虑。

这是第一期“一生一芯”计划,大家都希望能开个好头。等待的日子,他们忐忑又兴奋。

包云岗对2008年至2017年计算机体系结构国际顶级会议论文第一作者做过分析,只有4%来自中国的高校和科研院所。

做芯片,其实分为前端和后端。前端主要是做设计,用数字电路的方式实现处理器的功能;后端则是用物理元件来实现这些设计。

COOSCA是一个内部代号,是国科大计算机科学与技术学院的三门课程——计算机组成原理、操作系统和计算机架构的缩写。“一生一芯”则是计划的名字,意思是让每位本科生带着自己设计的处理器芯片毕业。

打造品牌影响力,助力高质量发展。上外MBA项目开办以来,依托学校跨文化人才培养的坚实基础和工商管理学科的前沿发展,上外MBA已招收培养学生2000余名,为社会和商界持续输出高端精英和领袖人才。基于目前国内MBA教育同质化的趋势,上外MBA致力于深耕品牌建设,用优质项目树立良好品牌口碑,逐步形成了自己的发展品牌和特色优势。近年来取得了令人瞩目的成果,2020年先后荣登《世界企业家》“中国最具影响力MBA排行榜”第15位,“亚洲最具影响力MBA排行榜”第39位,“中国最具发展潜力MBA排行榜”第6位;第八届腾讯商学院发展论坛“2020年度影响力MBA项目”称号。

也正是因为攀过山、爬过坡,学生们知道自己都是新兵,经验和能力上都有欠缺,还需淬炼。

6月2日,在毕业答辩现场,王华强展示了芯片的工作流程。

芯片是今年五月底快递到王华强家的。

踩坑、挖坑,再从坑里爬出来

9月3日,王华强将代表团队向全球同行介绍“果壳”的设计,这也将是“果壳”首次在国际舞台上亮相。

据包云岗介绍,二期的学生增加到13位。除了国科大外,还有来自浙江大学、南京大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学(深圳)和美国密歇根州立大学等五所高校的同学。

五位本科生,主导完成了一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片。这款芯片,被称作他们的 “最硬核毕业证书”。

一级缓存,相当于那个离你更近的但是容量更少的书架。但奇怪的是,加入预取器后,芯片的性能反而受到了影响,芯片的信息处理速度变慢了。

包云岗说,等他们30岁时,就可以说已经是处理器芯片和计算机系统设计领域的“老兵”了。无论他们是进入业界还是学界,创造力会得到更大的发挥和展现。“我对这批年轻人的未来充满期待。”

学生王华强代表“一生一芯”团队,向答辩委员会的老师远程展示了芯片。

开放指令集RISC-V与芯片敏捷开发语言Chisel,能使开发效率数量级提升。

此前,包云岗团队中的博士生余子濠为南京大学开发了一款教学用RISC-V处理器,“一生一芯”计划的学生要在此基础上进行改进,把师兄搭建的房子,改建得更舒服、更亮堂。

“做验证的那几天,几乎没怎么睡过觉。”金越半夜对着电脑,查手册,查代码,查波形,怀着点“我就不信邪”的不忿:“我一定要把这个东西弄出来。”

变量太多,排列组合下来,测试复杂得让人头疼。

“要说芯片都是我们做的,并不准确。其实我们只是做了前端的逻辑设计部分。”王凯帆强调。

三北工程坚持统筹推进生态治理与民生改善,着力建设生态经济型防护林体系。40多年来,工程区营造用材林折合木材储备量18.3亿立方米,经济价值9130亿元。累计营造经济林463万公顷,年产干鲜果品4800万吨,1500万人依靠特色林果业实现稳定脱贫。工程区年接待游客3.8亿人次,旅游直接收入480亿元。

你进入了一间图书馆,想找到一本书。靠你最近的书架,能放的书最少;而更深处的书架,放的书更多,但你走过去的耗时也长。预取器好比那位了解你喜好的图书管理员,他提前将他认为你会拿的书放在离你最近的书架,节省你的查找时间。

这段测试经历,同样也是一波三折,甚至有点戏剧性。

但这并不是终点,还需要进行测试验证。

金越需要编写驱动软件,测试外设控制器是否设置正确,能否正常工作。

寻找问题究竟出在哪,是几乎每个计划参与者都会提到的“痛苦”经历,常常是 “按下葫芦起了瓢”。

2020年4月23日,学生们从微信群里得知,他们亲手设计的处理器芯片返回了。

AMBA认证是对上外国际工商管理学院MBA教育的高度认可,也标志着上外MBA项目进入了国际化的新阶段。未来,上外国际工商管理学院将继续推进国际化建设,大力推进AACSB精英商学院认证,按照国际顶级商学院的标准不断优化创新,推动学院研究实力与人才培养质量的提升,坚定地向“国内一流、国际知名的研究型商学院”大步迈进。

而当主角成为几个“带芯毕业”二十出头的年轻人,就更加引人好奇。

优质国际资源,开拓全球视野。上外国际工商管理学院强大的师资队伍和高品质的国际资源是MBA教育质量改进的有力后盾,上外MBA致力于在学生交流、师资交流、学科建设、联合研究及合作项目开发等方面与国际一流的商学院开展全方位的合作,合作伙伴遍布欧美亚非。目前,已与美国、加拿大、德国、法国、西班牙、英国、瑞典、泰国、芬兰、摩洛哥等国家的众多知名大学和商学院建立了长期友好的合作关系并开展了广泛而深入的合作。

和芯片有关的新闻,总能牵动国人的心。

它大概一元硬币大小,上面刻着 “COOSCA-01”和“一生一芯”的字样,还有国科大的Logo。

本科生做芯片,天方夜谭吗?

如今,五位学生已经开始了新的工作。他们正在深圳,参与新的更高性能芯片的设计。

金越打了个比方:“现在,我们只是知道了从山底到半山腰的路有多难走,还不知道从半山腰到山顶的路有多难走。”

让几个本科生用几个月时间,设计出一枚能够运行Linux这样复杂操作系统的芯片,可能吗?

现阶段,上外MBA以“成为国内一流、国际知名的MBA项目”为愿景,努力深耕与建设,夯实基础、追求卓越,致力于培养适应市场经济和社会发展需要的,具备高视点、宽视野、深洞察的“无国界管理”精英人才。

大家采用了当下流行的“敏捷开发”模式:每人负责一个或几个模块,齐头并进,多线推进,然后合龙。

据介绍,三北工程始终把恢复绿水青山作为首要任务,大规模植树造林种草,持续修复自然生态。累计营造防风固沙林788.2万公顷,治理沙化土地33.6万平方公里,保护和恢复严重沙化、盐碱化的草原、牧场1000多万公顷。全国荒漠化和沙化监测结果显示,2014年以来,工程区沙化土地面积连续缩减,年均沙尘暴天数从6.8天下降到2.4天,其中毛乌素、科尔沁、呼伦贝尔三大沙地得到初步治理,沙化土地面积持续净减少。累计营造水土保持林1194万公顷,治理水土流失面积44.7万平方公里,年入黄河泥沙减少4亿吨左右。累计营造农田防护林165.6万公顷,有效庇护农田3019.4万公顷,防护效应使工程区粮食年均增产1060万吨。

“一生一芯”计划负责人、国科大计算机学院教授、中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心主任包云岗则觉得,在开源时代,将芯片设计的门槛降下来,是可能的。

中国的处理器芯片设计界,缺人。

包云岗说,在实际产品研发和科研工作中,也往往不是从头开始,更多是在已有基础上,增加新功能,提高性能。“这培养的是学生‘理解—消化—创新’的能力。”

“国科大学生硬核毕业证书”一度成为网上的热议话题,但被当成“大神”膜拜的几位学生,无意将这一项目做过多拔高。

RISC-V,正是包云岗近几年的研究重心。这一指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

受新冠肺炎疫情影响,今年国科大的本科毕业答辩在线上进行。

无可否认的是,压力更大。

五位学生真正动手之前,一支实力强大的教师团队,为学生的乘风破浪,做好了保驾护航的准备。

然而,去年夏天,“一生一芯”计划参与者张紫飞第一次听到该计划时的第一反应却是“天方夜谭吧”。

他们的平均年龄,只有21.8岁。

国科大校领导认为,它会掀起本科教学改革的新篇章。

后来,又因为一个串口时钟频率设置问题,芯片性能始终不正常。折腾了一段时间,芯片才被调整到最佳状态。

他把芯片装上测试板,用串口线将测试板与电脑连接,打开电脑上的终端软件,按下测试板上的复位键,运行了几个简单的程序——Linux系统跑起来了。

当然,他们也并非是在白纸上作画。

2018年时,包云岗就隐约意识到,RISC-V对人才培养会有帮助。2019年5月,华为被美国商务部列入实体名单,人才危局必须尽快找到出路。包云岗迅速将他模糊的想法细化:让学生学习并实践芯片敏捷设计方法,通过大学流片计划完成芯片制造。