破解芯片人才培养“卡脖子”难题

  【人才故事】 

  11月，新一年毕业季刚刚开启。一所地处三线城市的大学里，有两名硕士毕业生早早迎来了让人艳羡的工作机会——年薪35万元，从事芯片设计工作。

  疫情冲击、经济放缓、竞争激烈，为什么这两个年轻人却能轻松过关？

  “我们参与了中国科学院大学（以下简称‘国科大’）‘一生一芯’计划，全程参与处理器芯片从设计到生产、运行的全过程。”他们感慨道，正是这个经历让自己从同学们中脱颖而出。

“缺芯”的症结在于“缺人”

  2021年，全球产业界“缺芯”所带来的影响逐渐扩大。从汽车到手机、电脑、网卡，再到家用电器的普遍涨价，令普通百姓也开始关注到芯片产业安全。

  “‘缺芯’的一个重要原因，就是缺乏芯片的设计和制造人才。”中科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包云岗强调，作为芯片产业“皇冠上的明珠”，处理器芯片因设计复杂度高、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，20世纪80年代，美国也遇到过类似的人才危机。其解决思路是把芯片设计的门槛降下来，让学生可以参与流片，并专门启动了相应的人才培养项目，迄今已培养了几万名芯片人才。

  “加快处理器芯片设计专门人才培养，是解决我国信息领域‘卡脖子’问题的关键。”包云岗介绍，国科大2019年8月启动的“一生一芯”计划，旨在通过让学生设计处理器芯片并完成流片，培养具有扎实理论与实践经验的处理器芯片设计人才。

  多年来，国内大学微电子相关专业也一直在培养芯片人才。但由于学科划分关系，这个领域的人才培养侧重于芯片物理结构的设计，没有让学生了解如何完成流片、如何在芯片上运行操作系统等过程。

  “‘一生一芯’的意思，是让参与计划的每位学生带着自己设计的处理器芯片毕业。”包云岗说，“一生一芯”计划的目标很明确，即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投入科研与产业一线的周期，培养更多国家紧缺的芯片人才。

“最硬核毕业证”来之不易

  2020年6月2日，金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞，这5名平均年龄只有21.8岁的国科大2016级计算机学院本科生，发布了他们自己设计、制造的芯片——64位RISC-V处理器SoC芯片。

  这个芯片是全国首个由在校生主导设计并实现流片的处理器芯片，能成功运行Linux操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。而这5名毕业生，被网友赞叹拿到了“最硬核毕业证”。

  将一行行数字世界的代码，变成能在现实世界中运行的芯片，这一过程对于本科生来说，需要面对很多意想不到的挑战与挫折。“我们需要进行很多探索性的尝试，很多时候甚至需要将设计推倒重来，这对大家的心态是非常大的考验。”王华强说。

  2019年12月19日，经过4个月高强度的开发工作后，学生们的芯片设计图纸正式提交。大家就如同高考交卷，终于舒了一口气，却又悬起了一颗心。因为，还要等待芯片送到厂家制作、返回。

  2020年4月23日，王华强从微信群里得知，他们亲手设计的处理器芯片返回了。而这并不是终点，还需要进行测试验证。但当时，参与计划的5名学生却因疫情阻碍不能返校，无法到现场调试与测试。幸好几位在京同学挺身而出，帮助他们完成了调试测试工作。

  “同学们将这款处理器芯片命名为‘果壳（NutShell）’，与‘国科’发音相同。”王华强说，“我们希望通过这个名字，来表达对国科大的深厚感情。”

创建新的人才培养范式

  《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14.8%。

  “我们国家的芯片供应对外依存度高，产业发展时刻面临风险挑战。”国科大计算机学院硕士研究生陈国凯说，“在关键时刻挺身而出为国家解决‘卡脖子’难题，是当代大学生共同的责任与担当。”

  2020年8月，还是国科大计算机学院大四学生的陈国凯参与了第二期“一生一芯”计划。他说：“老师们给的是方向性指导，我们要自己去查资料、自己去学习、自己去动手。这个过程让大家收获了巨大的成长。”

  目前，“一生一芯”计划已经进行到第三期。“从第一期的5位同学到第二期的11位同学，第三期我们设想是100位同学，实际上有700多位同学报名，覆盖了151所高校，海外有20所。”作为“一生一芯”计划的负责人，包云岗坦言，“一生一芯”计划已在国科大实践经验的基础上向全国辐射，正在帮助更多国内高校形成从处理器芯片设计到流片并运行操作系统的实践课程，开拓了产学研合作的新思路，并逐步受到全世界的关注。

  2021年6月22日，开源高性能RISC-V处理器“香山”在北京首次亮相。这是一款由中科院计算所牵头、多家企业联合开发的开源处理器核，源代码和所有设计文档都开源。这意味着，未来国内企业将有机会尝试使用免费的高性能处理器芯片。

  在“香山”开发团队中，参与“一生一芯”计划第一期的5位学生都已是技术骨干。“‘一生一芯’计划参与者越来越多，能在高强度的研发过程中坚持走完全程的人，必将是未来中国芯片产业的希望所在。”包云岗说，“我对这批年轻人的未来充满期待，对我们国家芯片人才的培养前景也充满期待。”

  （本报记者 罗旭）