国科大“一生一芯”计划全程参与处理器芯片从设计到生产

破解芯片人才培养“卡脖子”难题

【人才故事】

11月，新年毕业季刚刚开始。在一所位于三线城市的大学里，两名硕士毕业生早早迎来了令人羡慕的工作机会——年薪35万元毕业设计源代码看不懂，从事芯片设计工作。

疫情冲击，经济放缓，竞争激烈，这两个年轻人为何能轻易通过考验？

“我们参与了中国科学院大学（以下简称‘UCAS’）‘One Core for Life’项目，参与了处理器芯片设计、生产和运营的全过程。” 他们感慨地说，正是这种经历让他们向同学们学习。在其中脱颖而出。

“缺芯”的症结在于“缺人”

2021年，全球行业“缺芯”的影响将逐步扩大。从汽车到手机、电脑、网卡、家用电器的普遍涨价，让普通人也开始关注芯片行业的安全问题。

“‘缺核’的一个重要原因是缺乏芯片设计和制造方面的人才。” 中国科学院计算技术研究所副所长、国科大计算机科学与技术学院教授鲍云刚强调，作为“芯片行业的皇冠上的明珠”，由于设计复杂度高，处理器芯片难度大，相关设计人才面临巨大缺口，加快人才培养迫在眉睫。

据了解，1980年代，美国也遇到过类似的人才危机。解决的办法是降低芯片设计的门槛，让学生参与流片，并专门启动了相应的人才培养项目，目前已培养了数万名芯片人才。

“加快培养处理器芯片设计专业人才，是解决我国信息化领域‘卡脖子’问题的关键。” 鲍云刚介绍，国科大2019年8月推出的“One Core for Life”计划旨在让学生在设计处理器芯片完成并完成流片，培养具有扎实理论和实践经验的处理器芯片设计人才。 .

多年来，国内高校微电子相关专业也一直在培养芯片人才。但由于学科的分工，该领域的人才培养侧重于芯片物理结构的设计，并没有让学生了解如何完成流片以及如何在芯片上运行操作系统。 .

“‘一个芯片一辈子’意味着每一个参与该项目的学生，毕业时都将拥有一个自己设计的处理器芯片。” 鲍云刚表示，“一个芯片一辈子”计划的目标非常明确，就是要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一线的周期。科研和产业，培养更多国家紧缺的芯片人才。

“最硬核文凭”来之不易

2020年6月2日，平均年龄仅为21.8岁的UCAS 2016级计算机学院5名本科生金悦、王华强、王凯凡、张林军、张子飞，发布了自己设计、制造的芯片——64位RISC-V处理器SoC芯片。

该芯片是国内第一款由学生主导设计并流片的处理器芯片。可以成功运行Linux操作系统和学生自己编写的UCAS-Core教学操作系统。而这5名毕业生被网友称赞获得了“最硬核毕业证”。

将数字世界中的代码行变成可以在现实世界中运行的芯片的过程，给本科生带来了许多意想不到的挑战和挫折。“我们需要做很多探索性的尝试，有时甚至需要推翻设计，这对大家的心态是一个非常大的考验。” 王华强说。

2019年12月19日，经过4个月的紧张开发工作，学生们的芯片设计图正式提交。就像交了高考卷子一样，众人终于松了口气，但一颗心又悬了起来。因为，我们必须等待芯片送到制造商处生产并返回。

2020年4月23日，王华强从微信群获悉，他们自己设计的处理器芯片已经退货。而这还没有结束，还需要测试和验证。但当时，参与计划的五名学生因疫情无法返校，也无法来现场调试测试。好在北京的几位同学挺身而出，帮助他们完成了调试和测试工作。

“同学们将这款处理器芯片命名为‘NutShell’，发音与‘国科’相同。” 王华强说，“我们希望通过这个名字表达我们对国科大的深切感情。”

开创人才发展新范式

《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》显示，2020年集成电路进口总额已超过2.4万亿元，同比增长1< @4.8%。

“我国芯片供应高度依赖国外，产业发展始终面临风险和挑战，”国科大计算机学院硕士生陈国凯表示。“在关键时刻站出来为国家解决‘卡脖子’问题，是当代大学生的共同责任和责任。”

2020年8月，还在国科大计算机学院大四的陈国凯参加了“一个生命的核心”计划二期。他说：“老师有方向性的指导，我们要查资料，自己学习，自己动手，这个过程给大家带来了很大的成长。”

目前，“一个生命的核心”计划已进入第三阶段。“从第一期的5名学生到第二期的11名学生，我们设想第三期有100名学生。实际上报名的学生超过700人毕业设计源代码看不懂，覆盖了151所高校和20所海外。” “一芯一生”计划负责人鲍云刚坦言，“一芯一生”计划以国科大的实践经验辐射全国，正在帮助更多国内高校形成从处理器芯片设计到流片、集成的流程。操作系统运行实践课程为产学研合作开辟了新思路，

2021年6月22日，开源高性能RISC-V处理器“象山”在北京亮相。这是由中科院计算所牵头，多家公司联合开发的开源处理器内核。源代码和所有设计文档都是开源的。这意味着，未来国内企业将有机会尝试免费使用高性能处理器芯片。

在“象山”开发团队中，参与第一期“生命一个核心”计划的五名学生都是技术骨干。“‘One Chip for One Life’计划的参与者越来越多，能够在高强度研发过程中全程坚持的人，必将是未来中国芯片产业的希望。” 包云刚说，“我对此很感兴趣，这批年轻人的未来充满期待，他们也对我国芯片人才的培养前景充满期待。”

（本报记者罗旭）