把芯片設(shè)計(jì)的門檻降下來
——記中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員包云崗

◎ 本刊記者 翟萬江

包云崗，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、所長助理，中國科學(xué)院大學(xué)教授，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長，從事計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和開源芯片方向前沿研究，主持研制多款達(dá)到國際先進(jìn)水平的原型系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)在華為、阿里等國內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用，入選中國計(jì)算機(jī)大會(huì)、ARM全球研究峰會(huì)特邀大會(huì)報(bào)告，獲“CCF-Intel青年學(xué)者”獎(jiǎng)、阿里巴巴最佳合作項(xiàng)目獎(jiǎng)、“CCF-IEEE CS”青年科學(xué)家獎(jiǎng)、共青團(tuán)中央“全國向上向善好青年”榮譽(yù)稱號(hào)等。

2020年4月中旬，一顆特殊的開源處理器芯片流片回來。它由中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱國科大）五位本科畢業(yè)生參與設(shè)計(jì)。該流片可運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，支持基本的輸入輸出設(shè)備。包云崗掛念著這顆芯片。因?yàn)椋菄拼蟆耙簧恍尽庇?jì)劃產(chǎn)出的首顆芯片。讓芯片設(shè)計(jì)不再令人望而生畏，是計(jì)劃的初衷。

包云崗是中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員、所長助理、先進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究中心主任。從入所起，他一直研究的就是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，他將更多精力投入到開放指令集RISC-V和開源處理器芯片上。圍繞它，這位80后學(xué)者內(nèi)心有一張宏偉藍(lán)圖。未來，他想一點(diǎn)點(diǎn)將藍(lán)圖填滿。人才培養(yǎng)，就是藍(lán)圖中的重要版塊。

一不小心就站在了風(fēng)口上

包云崗清楚地知道，我國前端芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)人才缺口大。芯片現(xiàn)在越來越熱，但人才培養(yǎng)沒有跟上，國內(nèi)甚至出現(xiàn)芯片公司互挖墻腳的尷尬現(xiàn)象。

“我國優(yōu)秀人才儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。”包云崗對(duì)2008年到2017年計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國際頂級(jí)會(huì)議論文第一作者做過分析，只有4%來自中國的高校和科研院所。

說到做芯片，學(xué)生的第一反應(yīng)就是——難，他們本能地想繞開這根硬骨頭。怎樣降低芯片開發(fā)的門檻，包云崗找到的方法，是開源。

開放指令集RISC-V與芯片敏捷開發(fā)語言Chisel，能使開發(fā)效率數(shù)量級(jí)提升。而RISC-V，正是包云崗近幾年的研究重心。這一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。

2018年時(shí)，包云崗就隱約意識(shí)到，RISC-V對(duì)人才培養(yǎng)或許有幫助。2019年5月，華為被美國商務(wù)部列入“實(shí)體名單”，人才危局必須盡快找到出路。于是，包云崗迅速將模糊的想法細(xì)化，并在自己任教的國科大落地實(shí)施：給相關(guān)專業(yè)學(xué)生新增一門專業(yè)選修的貫通性實(shí)踐課程，讓大四和研究生一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)并實(shí)踐芯片敏捷設(shè)計(jì)方法，參與芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過大學(xué)流片計(jì)劃完成芯片制造。讓學(xué)生能帶著他們自己設(shè)計(jì)的芯片實(shí)物畢業(yè)，這會(huì)是最“硬核”的紀(jì)念。

也不知道能得到多少資源，但它有用，就去做。之后，這一計(jì)劃得到了學(xué)校的重視。“它將會(huì)掀起本科教學(xué)改革的新篇章。”校領(lǐng)導(dǎo)這樣評(píng)價(jià)。

確實(shí)，這樣的課程，是教育部倡導(dǎo)的具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”。包云崗的計(jì)劃，一不小心就站在了風(fēng)口上。“我的初衷就是解決問題。我發(fā)現(xiàn)，真正能解決問題的方案是能得到認(rèn)可的。”

“也許能像開發(fā)APP一樣開發(fā)芯片”

在“一生一芯”計(jì)劃下誕生的凝結(jié)著學(xué)生心血的芯片，以后還會(huì)不停迭代。“從教學(xué)方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)環(huán)境搭建，我們已經(jīng)探了回路。把路走通之后，就可以把這一模式復(fù)制到其他高校。”包云崗知道，過程不會(huì)太容易，“要多折騰幾下”，但總能看到效果。

其實(shí)，很多事情回頭看，都仿佛是“冥冥之中自有安排”。提出“一生一芯”是受RISC-V啟發(fā)，而認(rèn)準(zhǔn)RISC-V，又是因?yàn)榘茘彺饲斑M(jìn)行的項(xiàng)目。

2016年前后，包云崗有了創(chuàng)業(yè)的想法。他想把自己2012年從美國普林斯頓大學(xué)博士后結(jié)束回到國內(nèi)就開始研究的一項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。為此，他也做了許多功課。“我當(dāng)時(shí)覺得，科研要產(chǎn)生影響力，無非是三條路徑：培養(yǎng)學(xué)生，把技術(shù)應(yīng)用到學(xué)界，或者把技術(shù)應(yīng)用到業(yè)界。”為了驗(yàn)證自己的那項(xiàng)技術(shù)，包云崗實(shí)際體驗(yàn)了一把RISC-V，然后，新世界的大門打開了。

“用開源模式做芯片，可以培養(yǎng)學(xué)生，也可以將成果輸出到學(xué)界和業(yè)界。”太美妙了，開源芯片為包云崗奉上的是“三合一”大禮包。

他意識(shí)到，開源，真的能改變整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的生態(tài)和格局。借助開源工具鏈和開源IP，“也許能像開發(fā)APP一樣開發(fā)芯片”。

后來，包云崗寫了一些介紹性文章，得到了包括政府部門在內(nèi)的多方關(guān)注。當(dāng)確信自己抓住的是大趨勢(shì)后，包云崗將自己研究的主陣地轉(zhuǎn)向了開源芯片。

“芯片設(shè)計(jì)的門檻太高，它很容易就被幾家企業(yè)壟斷。如果大家都能做，大家都有機(jī)會(huì)，這是不是解決我國芯片問題的新思路？”正面戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗艱難，做開源芯片就相當(dāng)于培養(yǎng)了一隊(duì)輕騎兵。換道，有沒有可能超車？

包云崗好像總能穩(wěn)穩(wěn)踏在一個(gè)對(duì)的點(diǎn)上。后來，中興遭到美國禁運(yùn)，華為被列入所謂“實(shí)體名單”。芯片，不再是冷門話題。它身上承載著的，甚至還有公眾的期待。

2018年，中國開放指令（RISC?V）生態(tài)聯(lián)盟成立；今年1月，首個(gè)RISC-V產(chǎn)學(xué)研基地成立，落戶武漢。

國內(nèi)很多地方對(duì)未來信息技術(shù)的發(fā)展都達(dá)成了一個(gè)共識(shí)——萬物互聯(lián)是趨勢(shì)，芯片也會(huì)出現(xiàn)在越來越多的地方。“以前說互聯(lián)網(wǎng)+，未來可能是‘芯片+’。”一個(gè)個(gè)新的產(chǎn)業(yè)正在孕育中，圍繞RISC-V，似乎有無限可能。包云崗感慨，把自己該做的事情做好后，就仿佛觸發(fā)了某種連鎖反應(yīng)，一系列的后續(xù)自然而然地就發(fā)生了。

心有定力，才能佛系

2019年年初，常“以我手寫我心”的包云崗寫過一篇總結(jié)，截取了24條朋友圈，回顧他的2018。

如果給2019年也寫篇總結(jié)，有哪些瞬間值得銘記？包云崗特意去翻了自己的朋友圈。“2019年2月20日，我的學(xué)生拿到了耶魯?shù)耐ㄖ獣＿@條朋友圈有345個(gè)贊；7月26日，國科大的本科生畢業(yè)；9月24日，我?guī)У谋究粕玫搅吮本┦斜究苾?yōu)秀畢業(yè)生……”他一條條念。這是跟學(xué)生相關(guān)的。

還有跟榮譽(yù)相關(guān)的。2019年，包云崗拿了兩個(gè)有分量的獎(jiǎng)，一個(gè)是共青團(tuán)中央的“全國向上向善好青年”一個(gè)是“CCF-IEEE CS青年科學(xué)家獎(jiǎng)”，后者得到了700個(gè)贊，是他最“熱”的一條朋友圈。

其實(shí)，他一直認(rèn)為榮譽(yù)不該是學(xué)者追求的目標(biāo)。獎(jiǎng)勵(lì)是來自外界的認(rèn)可，但一般來說，認(rèn)可應(yīng)該是自內(nèi)向外地溢出：先有自我認(rèn)可，再有小同行認(rèn)可，接著是大同行認(rèn)可，然后是社會(huì)認(rèn)可。榮譽(yù)，是對(duì)做對(duì)了事情的附加獎(jiǎng)勵(lì)。包云崗覺得，自己一直都不缺“自我認(rèn)可”。“我從小就很能自己拿主意，上什么大學(xué)都是我自己選的。我想清楚了，就往前走，好像很少有糾結(jié)痛苦的情緒。”

一路走來做出的很多選擇，都和包云崗一貫做事的方式有關(guān)系：選定一個(gè)大方向，只要在大方向里面，就干一行愛一行。

小學(xué)時(shí)，包云崗就意識(shí)到自己喜歡做研究，他想過做核物理，也想過搞太空宇航；初中接觸到計(jì)算機(jī)后，包云崗就將目標(biāo)鎖定在它上面了。讀了研究生，包云崗踏進(jìn)此前陌生的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，干了一段時(shí)間后，他覺得這個(gè)領(lǐng)域也挺有意思，那就接著干。

具體的研究方向會(huì)變化，但只要決定了，包云崗就足夠堅(jiān)定。他看好的開源芯片，也有人反對(duì)，也遭到過非議。有人評(píng)價(jià)包云崗“佛系”，就算外面紛擾喧囂，也總看起來云淡風(fēng)輕。“其實(shí)，如果你內(nèi)心有明確的追求，那你就可以忽略掉很多外界的聲音。”有價(jià)值的批評(píng)，他接受，提醒自己還有地方需要完善；無中生有的指責(zé)，他忽略。畢竟，他還要爭(zhēng)分奪秒，繼續(xù)趕路。