建功中國(guó)芯崛起時(shí)代
——記處理器芯片全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

處理器芯片科技是一個(gè)涉及基礎(chǔ)研究、技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等多個(gè)方面的復(fù)雜體系：以集成電路制造工藝為基礎(chǔ)，以海量的工程師資源為投入，以生態(tài)為產(chǎn)學(xué)研用循環(huán)的載體，基于集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具、處理器開發(fā)平臺(tái)、系統(tǒng)軟件等基線工具，根據(jù)信息應(yīng)用的速度、能效、成本等具體需求，連續(xù)不斷地衍生、發(fā)展出以通用處理器為代表的，覆蓋云、邊、端、網(wǎng)、智等場(chǎng)景的種類繁多的處理器芯片產(chǎn)品。

院士領(lǐng)銜建設(shè)精英隊(duì)伍

處理器芯片全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”）依托中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所建設(shè)，由3名院士領(lǐng)銜，在原計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上實(shí)質(zhì)性優(yōu)化組建。它是中國(guó)科學(xué)院批準(zhǔn)正式啟動(dòng)建設(shè)的首批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，并被科技部遴選為首批20個(gè)標(biāo)桿全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一（2022年5月25日正式啟動(dòng)建設(shè)）。

實(shí)驗(yàn)室定位為處理器芯片領(lǐng)域的前沿技術(shù)研究。實(shí)驗(yàn)室立足于國(guó)際學(xué)科發(fā)展前沿，聚焦后摩爾時(shí)代制約處理器芯片發(fā)展的工藝微縮放緩、設(shè)計(jì)空間爆炸、應(yīng)用生態(tài)碎片化三大挑戰(zhàn)背后的核心科技問(wèn)題（能效墻、設(shè)計(jì)墻和指令集墻），發(fā)展相應(yīng)的基線工具平臺(tái)（開放跨層優(yōu)化集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化、開源智能設(shè)計(jì)平臺(tái)、跨平臺(tái)統(tǒng)一系統(tǒng)軟件棧），基于上述基礎(chǔ)，研制國(guó)際先進(jìn)的系列化核心處理器芯片，有效支撐端邊云網(wǎng)智等主流應(yīng)用場(chǎng)景。

目前，實(shí)驗(yàn)室形成了五大研究方向。

——微體系結(jié)構(gòu)研究。突破自主指令集架構(gòu)、領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)、內(nèi)存控制器、互聯(lián)及封裝等關(guān)鍵技術(shù)，研制全面覆蓋主流應(yīng)用場(chǎng)景的通用處理器、智能處理器、通信處理器、數(shù)據(jù)處理器、物端處理器等新體系處理器芯片。

——處理器/集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化研究。圍繞通用性-能效關(guān)系理論，突破算法-架構(gòu)-工藝跨層優(yōu)化、智能自動(dòng)化設(shè)計(jì)、高性能功能仿真、高質(zhì)量設(shè)計(jì)綜合、高可靠驗(yàn)證測(cè)試等關(guān)鍵技術(shù)，研制支持跨層優(yōu)化的處理器前端集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具鏈，提升新體系處理器芯片能效。

——處理器設(shè)計(jì)方法研究。圍繞設(shè)計(jì)智能化理論，突破智能化設(shè)計(jì)方法、容錯(cuò)與可靠性設(shè)計(jì)、開源智能開發(fā)平臺(tái)等關(guān)鍵技術(shù)，研制數(shù)千人協(xié)作的開源智能開發(fā)平臺(tái)，提升新體系處理器芯片開發(fā)效率。

寒武紀(jì)云端智能芯片

中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

——系統(tǒng)軟件研究。圍繞融合指令集結(jié)構(gòu)理論，突破跨平臺(tái)虛擬機(jī)技術(shù)、融合性指令集系統(tǒng)、統(tǒng)一編程語(yǔ)言等關(guān)鍵技術(shù)，研制跨平臺(tái)統(tǒng)一系統(tǒng)軟件棧，擴(kuò)展新體系處理器芯片的生態(tài)。

——新原理處理器研究。為探索超越摩爾定律的有效途徑，開展光處理器、集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化處理器、超導(dǎo)處理器、量子處理器、類腦處理器等相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)面向特定應(yīng)用的性能和能效的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)及安全性保障。

在這些研究領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室將實(shí)質(zhì)化整合國(guó)內(nèi)處理器創(chuàng)新的產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)力量，以中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)160余名固定研究人員（院士3人、國(guó)家杰青6人、萬(wàn)人領(lǐng)軍2人、正高46人、副高58人）為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)，并吸納來(lái)自國(guó)內(nèi)處理器芯片優(yōu)勢(shì)企業(yè)的流動(dòng)工程人員和來(lái)自國(guó)內(nèi)一流高校的研究生，形成精英隊(duì)伍，使實(shí)驗(yàn)室不斷發(fā)展壯大。

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合引領(lǐng)行業(yè)向前

實(shí)驗(yàn)室的前身（計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）自2019年起，在科技部、發(fā)改委和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)多個(gè)專項(xiàng)的支持下建設(shè)了處理器基礎(chǔ)研究一體化平臺(tái)，是國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)規(guī)模最大、功能最齊全的處理器基礎(chǔ)研究平臺(tái)之一。此平臺(tái)有力保障了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目的順利開展。

實(shí)驗(yàn)室旨在解決處理器芯片發(fā)展的核心問(wèn)題，完整構(gòu)建體系化處理器體系結(jié)構(gòu)理論、技術(shù)和基線工具。在此基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)室為核心，通過(guò)構(gòu)建融通圈、協(xié)作圈和牽引圈，層次化帶動(dòng)我國(guó)處理器芯片的產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)力量，推動(dòng)打通國(guó)產(chǎn)處理器芯片的產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新鏈條。

在基礎(chǔ)研究方面，實(shí)驗(yàn)室在處理器芯片領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)會(huì)議發(fā)表論文的數(shù)量列居國(guó)內(nèi)第一、國(guó)際前二十，在國(guó)際上成功開創(chuàng)了深度學(xué)習(xí)處理器等熱門研究方向，研究成果被近5年國(guó)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)年會(huì)中近20%的論文引用。

在技術(shù)突破方面，實(shí)驗(yàn)室多次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)處理器領(lǐng)域零的突破，包括我國(guó)首款高性能通用處理器芯片“龍芯1號(hào)”，國(guó)際首款深度學(xué)習(xí)處理器芯片“寒武紀(jì)1號(hào)”等，獲得了處理器芯片領(lǐng)域首個(gè)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)等6項(xiàng)國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。

在產(chǎn)業(yè)孵化方面，實(shí)驗(yàn)室孵化了總市值超過(guò)千億元的國(guó)產(chǎn)處理器產(chǎn)業(yè)頭部企業(yè)（龍芯中科、中科寒武紀(jì)、中科海光、中科晶上、中科睿芯、中科物棲、中科馭數(shù)等），成果技術(shù)轉(zhuǎn)移收益上億元。

如今，實(shí)驗(yàn)室已是處理器體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的研究機(jī)構(gòu)，是我國(guó)處理器基礎(chǔ)研究、技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用三方面的領(lǐng)頭、源頭和龍頭。

2023年4月11日，在啟動(dòng)建設(shè)近一周年之際，因與華為在異構(gòu)編譯領(lǐng)域的杰出合作，實(shí)驗(yàn)室的編譯與編程室團(tuán)隊(duì)榮獲2022年度華為計(jì)算產(chǎn)品線最佳技術(shù)合作獎(jiǎng)。相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)昇騰訪存模型創(chuàng)新、突破編譯器自動(dòng)流水編排等關(guān)鍵技術(shù)，大幅提升了昇騰算子開發(fā)易用性和效率，使得開發(fā)量降低70%，開發(fā)難度降低50%，解決了客戶開發(fā)算子的痛點(diǎn)，并積極布局了關(guān)鍵領(lǐng)域的高價(jià)值專利。

未來(lái)，實(shí)驗(yàn)室將賡續(xù)創(chuàng)新，為中國(guó)芯的崛起建功不輟！