破解芯片人才培養“卡脖子”難題

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

　　疫情沖擊、經濟放緩、競爭激烈，為什么這兩個年輕人卻能輕松過關？

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

　　“缺芯”的癥結在于“缺人”

　　2021年，全球產業界“缺芯”所帶來的影響逐漸擴大。從汽車到手機、電腦、網卡，再到家用電器的普遍漲價，令普通百姓也開始關注到芯片產業安全。

　　“‘缺芯’的一個重要原因，就是缺乏芯片的設計和制造人才。”中科院計算技術研究所副所長、國科大計算機科學與技術學院教授包云崗強調，作為芯片產業“皇冠上的明珠”，處理器芯片因設計復雜度高、難度大，相關設計人才面臨巨大缺口，加快人才培養迫在眉睫。

　　據了解，20世紀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計的門檻降下來，讓學生可以參與流片，并專門啟動了相應的人才培養項目，迄今已培養了幾萬名芯片人才。

　　“加快處理器芯片設計專門人才培養，是解決我國信息領域‘卡脖子’問題的關鍵。”包云崗介紹，國科大2019年8月啟動的“一生一芯”計劃，旨在通過讓學生設計處理器芯片并完成流片，培養具有扎實理論與實踐經驗的處理器芯片設計人才。

　　多年來，國內大學微電子相關專業也一直在培養芯片人才。但由于學科劃分關系，這個領域的人才培養側重于芯片物理結構的設計，沒有讓學生了解如何完成流片、如何在芯片上運行操作系統等過程。

　　“‘一生一芯’的意思，是讓參與計劃的每位學生帶著自己設計的處理器芯片畢業。”包云崗說，“一生一芯”計劃的目標很明確，即提高我國處理器芯片設計人才培養規模，縮短人才從培養階段到投入科研與產業一線的周期，培養更多國家緊缺的芯片人才。

　　“最硬核畢業證”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級計算機學院本科生，發布了他們自己設計、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設計并實現流片的處理器芯片，能成功運行Linux操作系統以及學生自己編寫的國科大教學操作系統UCAS-Core。而這5名畢業生，被網友贊嘆拿到了“最硬核畢業證”。

　　將一行行數字世界的代碼，變成能在現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計推倒重來，這對大家的心態是非常大的考驗。”王華強說。

　　2019年12月19日，經過4個月高強度的開發工作后，學生們的芯片設計圖紙正式提交。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。但當時，參與計劃的5名學生卻因疫情阻礙不能返校，無法到現場調試與測試。幸好幾位在京同學挺身而出，幫助他們完成了調試測試工作。

　　“同學們將這款處理器芯片命名為‘果殼（NutShell）’，與‘國科’發音相同。”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。”

　　創建新的人才培養范式

　　《中華人民共和國2020年國民經濟和社會發展統計公報》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對外依存度高，產業發展時刻面臨風險挑戰。”國科大計算機學院碩士研究生陳國凱說，“在關鍵時刻挺身而出為國家解決‘卡脖子’難題，是當代大學生共同的責任與擔當。”

　　2020年8月，還是國科大計算機學院大四學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，我們要自己去查資料、自己去學習、自己去動手。這個過程讓大家收獲了巨大的成長。”

　　目前，“一生一芯”計劃已經進行到第三期。“從第一期的5位同學到第二期的11位同學，第三期我們設想是100位同學，實際上有700多位同學報名，覆蓋了151所高校，海外有20所。”作為“一生一芯”計劃的負責人，包云崗坦言，“一生一芯”計劃已在國科大實踐經驗的基礎上向全國輻射，正在幫助更多國內高校形成從處理器芯片設計到流片并運行操作系統的實踐課程，開拓了產學研合作的新思路，并逐步受到全世界的關注。

　　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、多家企業聯合開發的開源處理器核，源代碼和所有設計文檔都開源。這意味著，未來國內企業將有機會嘗試使用免費的高性能處理器芯片。

　　在“香山”開發團隊中，參與“一生一芯”計劃第一期的5位學生都已是技術骨干。“‘一生一芯’計劃參與者越來越多，能在高強度的研發過程中堅持走完全程的人，必將是未來中國芯片產業的希望所在。”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前景也充滿期待。”