果殼現世,讓我們一起帶“芯”畢業

肖如

又是一年畢業季。

在這個最后的時刻，很多同學都想為自己四年的光陰交上一份滿意的答卷。

對于中國科學院大學 2016 級計算機學院王華強等五位同學來說，自然也不例外。

2020 年 6 月 2 日，王華強代表 “一生一芯” 團隊，向中國科學院大學畢業答辯委員會演示“果殼”芯片的功能，順利交出了一份超預期的本科畢業設計答卷，團隊中的5 位同學最終帶“芯”畢業。

7月25日，中國科學院大學公布首期 “一生一芯” 計劃成果，“果殼（NutShell）” 的 64 位 RISC-V 處理器 SoC 芯片設計并實現流片（英文 Tape Out，在集成電路設計領域，流片是指試生產，就是說設計完電路以后，先生產幾片，供測試用，如果測試通過了，就可以大規模生產），該芯片可以在 Linux 操作系統，以及學生自己編寫的中國科學院大學教學操作系統 UCAS-Core 中運行，這標志著首期“一生一芯” 計劃取得成功。

而回到2019年，這還僅僅是一個設想，能不能成功還是未知數。

2018 年，在烏鎮世界互聯網大會上，為了推動建立世界共享的開源芯片生態，中國開放指令生態（RISC-V）聯盟成立，擔任該聯盟秘書長的包云崗開始思考應該如何構建開源芯片生態。

當前，中國處理器芯片設計人才嚴重緊缺。曾有數據統計，從2008年到2017年十年間，85%的芯片優秀人才選擇在美國就業，僅有4%選擇在中國就業，主要原因是芯片設計門檻過高，導致國內高校無法開展芯片相關的教學與研究。

因此，芯片人才的培養迫在眉睫，而教學是開源芯片生態最好的應用場景之一。

2019年8月27 日，“開學日”的前幾天，中國科學院大學正式啟動“一生一芯”計劃。“一生一芯”的初衷是希望有一天能讓每一個學生都能帶著自己設計的芯片畢業，芯片之所以起名“果殼”，意與“國科”發音相同。

參加首期“一生一芯”計劃的同學也最終確定，一共5位，分別是金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛。他們將組成一個團隊，一起挑戰“帶著自己設計的處理器芯片畢業”這個任務。

此時，時間已經很緊張。

這個項目和之前的課程實驗最大的不同之處在于沒有實驗手冊，沒有先導者為你一步步鋪好路，一切都需要自己探索。

由于最合適的流片班車（班車是生產批次的意思，每年生產批次確定后，根據芯片類型選擇合適的生產批次）是12月17日，距離啟動時間只剩不到4個月！這樣芯片就能在2020年4月份完成封裝，返回進行測試。如果一切順利，就可以趕上6月份中國科學院大學的本科畢業答辯，到時就可以在答辯現場展示芯片。但如果錯過這趟班車，就需要再等2個月，這意味著芯片不可能在畢業答辯時返回。

“一生一芯”團隊需要與時間賽跑。

4個月的高強度開發，對每個同學來說都是一種考驗。有些關鍵模塊的工作原理，從未在課堂上學過，他們需要自己進行探索性嘗試，有時甚至需要將此前的設計推翻重來，心態猶如坐過山車。雖然任務極具挑戰，但還是不間斷地取得了進展。

每取得一個小進展，大家都會記錄下那個時刻，精確到分鐘，因為一切都是有意義的。

12月19日，COOSCA 1.0芯片版圖凍結，大家如同上交了高考試卷，終于舒了一口氣，卻又懸起了一顆心，大家擔心正在流片中的那顆COOSCA芯片能不能按時回來，能不能趕上畢業答辯。所幸，芯片基本上按照預期時間返回。

接下來的測試驗證工作非常具有挑戰性，因為從底層PCB版圖、內存顆粒到中間處理器設計，到上層操作系統、應用軟件，每個層次都可能出現問題。哪怕一個小問題，都會造成芯片無法正常工作。

在大家的努力下，經過大約1個月的調試后，終于證明芯片一切正常。

接下來的一切就順利多了，5位同學答辯通過，實現了帶“芯”畢業的設想。

目前，“果殼”的設計投稿已被 RISC-V 全球論壇接收，王華強同學將代表團隊，于近期向全球業界介紹該芯片，屆時“果殼”將首次在國際舞臺上亮相。

雖然，從嚴格意義上來說，“果殼”是一款教學芯片，而非產品芯片，但經歷過這次研發，團隊中的每個人都得到了成長，這種從零開始親手種出的果實更加美味。正如參與芯片研發的唯一一位女生張林雋同學表示：“先完成，后完美。一定要勇敢地試錯，我們只要邁出第一步，接下來其實都是順其自然的。”

如今，這5位同學又接到了一個更有挑戰性的項目，他們將在未來參與一款高性能亂序多發射 RISC-V 處理器核的設計。

中國“芯”，未來有望。