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五位本科生4个月造出芯片毕业！新的后续来了( 二 )


芯片设计开发历程 。 图源：包云岗知乎问答“一生一芯”计划的目标很明确：在芯片上运行Linux系统 ， 支持基本的输入输出设备 。先解决“能不能”“对不对”的问题 ， 再来看“快不快”“好不好” 。对新手施工设计团队来说 ， 他们盖的第一栋房子 ， 要保证的是屹立不倒 。从2019年8月正式动手设计 ， 到12月中旬交付设计图纸 ， 五人组踩过坑 ， 给别人挖过坑 ， 也挣扎着从坑里爬出来过 。他们曾熬夜和不知躲在哪里的错误死磕 ， 还要对抗可能拖延队友进度的焦虑 。团队成员金越负责的是片上系统 。除了中央处理器 ， 在系统内还有五个控制器来实现具体功能 。这些控制器的代码是由开源社区提供的 ， 但团队并不清楚这些控制器是否适合他们设计的这款芯片 。金越需要编写驱动软件 ， 测试外设控制器是否设置正确 ， 能否正常工作 。“要是出现问题就很麻烦了 。 到底是我的软件写错了 ， 还是外设控制器本身有问题？如果是外设控制器有问题 ， 到底是哪个有问题？”变量太多 ， 排列组合下来 ， 测试复杂得让人头疼 。“做验证的那几天 ， 几乎没怎么睡过觉 。 ”金越半夜对着电脑 ， 查手册 ， 查代码 ， 查波形 ， 怀着点“我就不信邪”的不忿：“我一定要把这个东西弄出来 。 ”寻找问题究竟出在哪 ， 是几乎每个计划参与者都会提到的“痛苦”经历 ， 常常是 “按下葫芦起了瓢” 。作为团队唯一的女将 ， 张林隽负责的部分是预取器 。你进入了一间图书馆 ， 想找到一本书 。 靠你最近的书架 ， 能放的书最少；而更深处的书架 ， 放的书更多 ， 但你走过去的耗时也长 。 预取器好比那位了解你喜好的图书管理员 ， 他提前将他认为你会拿的书放在离你最近的书架 ， 节省你的查找时间 。“在实现这个功能的时候 ， 我想当然地认为 ， 预取器应该放在L1 Cache也就是一级缓存内 。 ”一级缓存 ， 相当于那个离你更近的但是容量更少的书架 。 但奇怪的是 ， 加入预取器后 ， 芯片的性能反而受到了影响 ， 芯片的信息处理速度变慢了 。她花了一个月的时间来找问题 ， 一个一个排查、修改和调试 。 后来 ， 张林隽被提醒说 ， 可能是预取器放置的位置不对 。 “哎 ， 很崩溃 ， 之前写的东西就没用了 ， 又要重来 。 ”将预取器挪到二级缓存后 ， 困扰她一个月的问题终于消失了 。在真正动手之前 ， 没人想过 ， 问题竟然会在这等着他们 。五位本科生4个月造出芯片毕业！新的后续来了
参与“一生一芯”计划的五位学生 ， 从左至右依次为王华强、张林隽、金越、王凯帆和张紫飞“我们只是知道了从山底到半山腰的路怎么走”2019年12月 ， 这款芯片的设计版图正式提交 ， 基于中芯国际110nm工艺完成投片 。平时上课或者比赛 ， 学生也需要从零开始完成一次芯片设计 。 但在课堂实践中 ， 并不需要测试得太完备 ， 只要设计出的芯片能通过老师给的几个测试点 ， 就算成功 。 在“一生一芯”计划中 ， 没有这些被预先设计好的“测试点” 。 你必须考虑全面 ， 细心谨慎 。无可否认的是 ， 压力更大 。此前的芯片设计 ， 更像是“纸上谈兵” ， 成功了固然好 ， 失败了好像也无所谓 。 但是这次 ， 投入真金白银去流片 ， 能不能用 ， 几个月的努力会不会打水漂 ， 流片后就能见分晓 。这是第一期“一生一芯”计划 ， 大家都希望能开个好头 。 等待的日子 ， 他们忐忑又兴奋 。2020年4月23日 ， 学生们从微信群里得知 ， 他们亲手设计的处理器芯片返回了 。但这并不是终点 ， 还需要进行测试验证 。“从底层PCB版图、内存颗粒到中间处理器设计、再到上层操作系统、应用软件 ， 每个层次都可能出问题 。 哪怕一个小问题 ， 都会造成芯片无法正常工作 。 ”包云岗说 。这段测试经历 ， 同样也是一波三折 ， 甚至有点戏剧性 。芯片回来后 ， 团队里的老师们上手测试了几颗 ， 结果芯片真的就是块“砖” ， 没有任何输出 。 一阵忙乱后他们才发现 ， 原来是主板上的一根电源线接错了 ， 芯片“出师未捷身先死” ， 被烧坏了 。后来 ， 又因为一个串口时钟频率设置问题 ， 芯片性能始终不正常 。 折腾了一段时间 ， 芯片才被调整到最佳状态 。6月2日 ， 在毕业答辩现场 ， 王华强展示了芯片的工作流程 。后来 ， 王凯帆还将国科大操作系统课程上同学们自己编写的UCAS-Core移植到了COOSCA核上 ， 用自己写的CPU ， 运行了自己写的操作系统 。到深圳后 ， 张紫飞才第一次看到自己设计的芯片 。“第一次看到时就觉得 ， 这芯片比我们想象得小啊 ， 好像还有点简陋 。 ”张紫飞开玩笑道 ， “但是母不嫌儿丑嘛 。 ”国科大的学生将自己的母校简称为“果壳” ， 所以 ， 果壳（nutshell）也就成了“一生一芯”计划首款芯片的正式名字 。五位本科生4个月造出芯片毕业！新的后续来了
王华强在今年7月RISC-V年中技术研讨会上介绍了果壳的设计细节和开发过程中的经验体会 。9月3日 ， 王华强将代表团队向全球同行介绍“果壳”的设计 ， 这也将是“果壳”首次在国际舞台上亮相 。“国科大学生硬核毕业证书”一度成为网上的热议话题 ， 但被当成“大神”膜拜的几位学生 ， 无意将这一项目做过多拔高 。金越打了个比方：“现在 ， 我们只是知道了从山底到半山腰的路有多难走 ， 还不知道从半山腰到山顶的路有多难走 。 ”也正是因为攀过山、爬过坡 ， 学生们知道自己都是新兵 ， 经验和能力上都有欠缺 ， 还需淬炼 。


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