破解芯片人才培養(yǎng)“卡脖子”難題

【人才故事】

11月，新一年畢業(yè)季剛剛開啟。一所地處三線城市的大學(xué)里，有兩名碩士畢業(yè)生早早迎來了讓人艷羨的工作機會——年薪35萬元，從事芯片設(shè)計工作。

疫情沖擊、經(jīng)濟放緩、競爭激烈，為什么這兩個年輕人卻能輕松過關(guān)？

“我們參與了中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱‘國科大’）‘一生一芯’計劃，全程參與處理器芯片從設(shè)計到生產(chǎn)、運行的全過程。”他們感慨道，正是這個經(jīng)歷讓自己從同學(xué)們中脫穎而出。

“缺芯”的癥結(jié)在于“缺人”

2021年，全球產(chǎn)業(yè)界“缺芯”所帶來的影響逐漸擴大。從汽車到手機、電腦、網(wǎng)卡，再到家用電器的普遍漲價，令普通百姓也開始關(guān)注到芯片產(chǎn)業(yè)安全。

“‘缺芯’的一個重要原因，就是缺乏芯片的設(shè)計和制造人才?！敝锌圃河嬎慵夹g(shù)研究所副所長、國科大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授包云崗強調(diào)，作為芯片產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”，處理器芯片因設(shè)計復(fù)雜度高、難度大，相關(guān)設(shè)計人才面臨巨大缺口，加快人才培養(yǎng)迫在眉睫。

據(jù)了解，20世紀(jì)80年代，美國也遇到過類似的人才危機。其解決思路是把芯片設(shè)計的門檻降下來，讓學(xué)生可以參與流片，并專門啟動了相應(yīng)的人才培養(yǎng)項目，迄今已培養(yǎng)了幾萬名芯片人才。

“加快處理器芯片設(shè)計專門人才培養(yǎng)，是解決我國信息領(lǐng)域‘卡脖子’問題的關(guān)鍵?！卑茘徑榻B，國科大2019年8月啟動的“一生一芯”計劃，旨在通過讓學(xué)生設(shè)計處理器芯片并完成流片，培養(yǎng)具有扎實理論與實踐經(jīng)驗的處理器芯片設(shè)計人才。

多年來，國內(nèi)大學(xué)微電子相關(guān)專業(yè)也一直在培養(yǎng)芯片人才。但由于學(xué)科劃分關(guān)系，這個領(lǐng)域的人才培養(yǎng)側(cè)重于芯片物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，沒有讓學(xué)生了解如何完成流片、如何在芯片上運行操作系統(tǒng)等過程。

“‘一生一芯’的意思，是讓參與計劃的每位學(xué)生帶著自己設(shè)計的處理器芯片畢業(yè)?！卑茘徴f，“一生一芯”計劃的目標(biāo)很明確，即提高我國處理器芯片設(shè)計人才培養(yǎng)規(guī)模，縮短人才從培養(yǎng)階段到投入科研與產(chǎn)業(yè)一線的周期，培養(yǎng)更多國家緊缺的芯片人才。

“最硬核畢業(yè)證”來之不易

2020年6月2日，金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛，這5名平均年齡只有21.8歲的國科大2016級計算機學(xué)院本科生，發(fā)布了他們自己設(shè)計、制造的芯片——64位RISC-V處理器SoC芯片。

這個芯片是全國首個由在校生主導(dǎo)設(shè)計并實現(xiàn)流片的處理器芯片，能成功運行Linux操作系統(tǒng)以及學(xué)生自己編寫的國科大教學(xué)操作系統(tǒng)UCAS-Core。而這5名畢業(yè)生，被網(wǎng)友贊嘆拿到了“最硬核畢業(yè)證”。

將一行行數(shù)字世界的代碼，變成能在現(xiàn)實世界中運行的芯片，這一過程對于本科生來說，需要面對很多意想不到的挑戰(zhàn)與挫折。“我們需要進行很多探索性的嘗試，很多時候甚至需要將設(shè)計推倒重來，這對大家的心態(tài)是非常大的考驗?！蓖跞A強說。

2019年12月19日，經(jīng)過4個月高強度的開發(fā)工作后，學(xué)生們的芯片設(shè)計圖紙正式提交。大家就如同高考交卷，終于舒了一口氣，卻又懸起了一顆心。因為，還要等待芯片送到廠家制作、返回。

2020年4月23日，王華強從微信群里得知，他們親手設(shè)計的處理器芯片返回了。而這并不是終點，還需要進行測試驗證。但當(dāng)時，參與計劃的5名學(xué)生卻因疫情阻礙不能返校，無法到現(xiàn)場調(diào)試與測試。幸好幾位在京同學(xué)挺身而出，幫助他們完成了調(diào)試測試工作。

“同學(xué)們將這款處理器芯片命名為‘果殼（NutShell）’，與‘國科’發(fā)音相同。”王華強說，“我們希望通過這個名字，來表達對國科大的深厚感情?！?/p>

創(chuàng)建新的人才培養(yǎng)范式

《中華人民共和國2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，2020年集成電路進口總額已超過2.4萬億元，同比增長14.8%。

“我們國家的芯片供應(yīng)對外依存度高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展時刻面臨風(fēng)險挑戰(zhàn)。”國科大計算機學(xué)院碩士研究生陳國凱說，“在關(guān)鍵時刻挺身而出為國家解決‘卡脖子’難題，是當(dāng)代大學(xué)生共同的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?！?/p>

2020年8月，還是國科大計算機學(xué)院大四學(xué)生的陳國凱參與了第二期“一生一芯”計劃。他說：“老師們給的是方向性指導(dǎo)，我們要自己去查資料、自己去學(xué)習(xí)、自己去動手。這個過程讓大家收獲了巨大的成長?！?/p>

目前，“一生一芯”計劃已經(jīng)進行到第三期?！皬牡谝黄诘?位同學(xué)到第二期的11位同學(xué)，第三期我們設(shè)想是100位同學(xué)，實際上有700多位同學(xué)報名，覆蓋了151所高校，海外有20所?！弊鳛椤耙簧恍尽庇媱澋呢?fù)責(zé)人，包云崗坦言，“一生一芯”計劃已在國科大實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上向全國輻射，正在幫助更多國內(nèi)高校形成從處理器芯片設(shè)計到流片并運行操作系統(tǒng)的實踐課程，開拓了產(chǎn)學(xué)研合作的新思路，并逐步受到全世界的關(guān)注。

2021年6月22日，開源高性能RISC-V處理器“香山”在北京首次亮相。這是一款由中科院計算所牽頭、多家企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的開源處理器核，源代碼和所有設(shè)計文檔都開源。這意味著，未來國內(nèi)企業(yè)將有機會嘗試使用免費的高性能處理器芯片。

在“香山”開發(fā)團隊中，參與“一生一芯”計劃第一期的5位學(xué)生都已是技術(shù)骨干?！啊簧恍尽媱潊⑴c者越來越多，能在高強度的研發(fā)過程中堅持走完全程的人，必將是未來中國芯片產(chǎn)業(yè)的希望所在。”包云崗說，“我對這批年輕人的未來充滿期待，對我們國家芯片人才的培養(yǎng)前景也充滿期待。”

（本報記者 羅旭）

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