中科院大學(xué)本科生9個(gè)月成功設(shè)計(jì)出64位處理器：已成功流片

來(lái)源 ：芯片之家

2020年7月25日，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)科大”）在玉泉路校區(qū)禮堂報(bào)告廳舉行新聞發(fā)布會(huì)，公布了首期“一生一芯”計(jì)劃成果——在國(guó)內(nèi)首次以流片為目標(biāo)，由五位2016級(jí)本科生主導(dǎo)完成一款64位RISC-V處理器SoC芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)流片，芯片能成功運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)以及學(xué)生自己編寫的國(guó)科大教學(xué)操作系統(tǒng)UCAS-Core。

據(jù)了解，上述64位RISC-V處理器名為“果殼(NutShell)”，基于中芯國(guó)際110nm工藝，值得一提的是，RISC-V全球論壇已經(jīng)接收了“果殼”團(tuán)隊(duì)的投稿，上述同學(xué)將代表團(tuán)隊(duì)于9月3日向全球業(yè)界介紹“果殼”的設(shè)計(jì)。這是“果殼”首次在國(guó)際舞臺(tái)上亮相。

據(jù)介紹，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)公布了第一期一生一芯計(jì)劃的成果，國(guó)科大2016級(jí)計(jì)算機(jī)學(xué)院五位本科生實(shí)現(xiàn)帶著自己設(shè)計(jì)的處理器芯片畢業(yè)，堪稱“超硬核畢業(yè)證書”。

·2019年12月19日，一款64位RISC-V處理器SoC芯片完成設(shè)計(jì)，并基于中芯國(guó)際110nm工藝完成投片；

·2020年4月23日，處理器芯片返回，經(jīng)過(guò)調(diào)試測(cè)試驗(yàn)證，芯片成功運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)以及學(xué)生自己編寫的國(guó)科大教學(xué)操作系統(tǒng)UCAS-Core；

·2020年6月2日，王華強(qiáng)同學(xué)代表“一生一芯”團(tuán)隊(duì)向畢業(yè)答辯委員會(huì)演示處理器芯片的功能，五位同學(xué)交出了一份超出預(yù)期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)“答卷”。這標(biāo)志著首期“一生一芯”計(jì)劃取得圓滿成功。

“一生一芯”計(jì)劃負(fù)責(zé)人、國(guó)科大計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、中科院計(jì)算所先進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究中心主任包云崗介紹，學(xué)生們將這款處理器芯片命名為“果殼（NutShell）”，與“國(guó)科”發(fā)音相同，希望通過(guò)自己設(shè)計(jì)的處理器芯片來(lái)寄托對(duì)國(guó)科大深厚的情感。

包云崗向媒體透露，RISC-V全球論壇剛剛接收了“果殼”團(tuán)隊(duì)的投稿，王華強(qiáng)同學(xué)將代表團(tuán)隊(duì)于9月3日向全球業(yè)界介紹“果殼”的設(shè)計(jì)?！斑@是‘果殼’首次在國(guó)際舞臺(tái)上亮相。RISC-V全球論壇的報(bào)告均來(lái)自世界各地的業(yè)界資深專家，包括圖靈獎(jiǎng)得主David Patterson教授?！?/span>

孫凝暉表示，處理器芯片被公認(rèn)為芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，設(shè)計(jì)復(fù)雜度高、難度大。我國(guó)處理器芯片設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重緊缺，如何加快此類人才的培養(yǎng)規(guī)模與培養(yǎng)速度，是我國(guó)迫在眉睫的難題。

針對(duì)處理器設(shè)計(jì)人才危機(jī)， “一生一芯”計(jì)劃的愿景目標(biāo)是在國(guó)科大實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上向全國(guó)輻射，幫助更多高校形成從處理器芯片設(shè)計(jì)到流片并運(yùn)行操作系統(tǒng)的實(shí)踐課程，提高我國(guó)處理器芯片設(shè)計(jì)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，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)3年后在全國(guó)每年能培養(yǎng)500名學(xué)生，5年后實(shí)現(xiàn)每年培養(yǎng)1000名學(xué)生，10年達(dá)到每年培養(yǎng)1萬(wàn)名學(xué)生。

據(jù)了解，去年7月9日上午，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)第一張本科生錄取通知書完成打印。第一個(gè)收到錄取通知書的考生打開后發(fā)現(xiàn)信封中夾著一枚龍芯處理器。

昨天，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)在最新的微博中表示，國(guó)科大本科生超硬核畢業(yè)證已產(chǎn)生，并預(yù)熱了今年本科生的“硬核”錄取通知書。不出意外，該大學(xué)在錄取通知書和畢業(yè)證書夾層中也會(huì)夾有芯片。

一份畢業(yè)設(shè)計(jì)，或許離量產(chǎn)以及終端應(yīng)用還有一段距離，不過(guò)軒爸卻注意到了其中提到的“RISC-V處理器SoC芯片”，對(duì)于不少科技粉而言，RISC-V處理器恐怕一點(diǎn)也不陌生。

RISC-V（發(fā)音為“risk-five”）是一個(gè)基于精簡(jiǎn)指令集（RISC）原則的開源指令集架構(gòu)（ISA）。與大多數(shù)指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。雖然這不是第一個(gè)開源指令集，但它具有重要意義，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)使其適用于現(xiàn)代計(jì)算設(shè)備（如倉(cāng)庫(kù)規(guī)模云計(jì)算機(jī)、高端移動(dòng)電話和微小嵌入式系統(tǒng)）。設(shè)計(jì)者考慮到了這些用途中的性能與功率效率。該指令集還具有眾多支持的軟件，這解決了新指令集通常的弱點(diǎn)。

“未來(lái)RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，從而在CPU領(lǐng)域形成Intel(英特爾)、ARM、RISC-V三分天下的格局?！?/span>2019年12月18日，在北京舉行的“2019國(guó)際芯片大會(huì)(Chips 2019)”上，中國(guó)工程院院士倪光南如此展望開源芯片的前景。

中國(guó)工程院院士廖湘科也表示，RISC-V指令集擺脫了原有指令集的兼容性桎梏，集合了多種指令集ISA的優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)正蓬勃發(fā)展。

目前，世界上生態(tài)最為成熟的兩種指令集架構(gòu)的CPU分別是Intel x86指令集架構(gòu)CPU和ARM指令集架構(gòu)CPU。

Intel x86指令集架構(gòu)CPU歷史悠久，壟斷了桌面和服務(wù)器領(lǐng)域，被美國(guó)的Intel和AMD兩家公司擁有，罕有對(duì)外授權(quán)。ARM指令集架構(gòu)CPU近年崛起，在移動(dòng)和嵌入式等領(lǐng)域占?jí)艛嗟匚?。世界上很多公司花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)至上億元費(fèi)用向ARM公司購(gòu)買CPU許可，還要向公司繳納特許權(quán)使用費(fèi)(Royalty fee)。

對(duì)此，倪光南表示，“未來(lái)RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一?！?/strong>這與其本身開放、簡(jiǎn)約的特點(diǎn)有關(guān)。在設(shè)計(jì)方面，免除授權(quán)費(fèi)用和知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的完全開源免費(fèi)，是RISC-V存在的主要意義。RISC-V指令集在最初設(shè)計(jì)時(shí)，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)就明確表示要追求簡(jiǎn)約，丟棄歷史包袱。目前成型的技術(shù)代碼集小、支持模塊化、性能優(yōu)越，能滿足從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)等各種復(fù)雜程度的處理器需求，支持從FPGA、ASIC乃至未來(lái)器件等多種實(shí)現(xiàn)方式。