包云崗：在他手下，大學生也能做芯片

文／本刊記者 吳 桐

“其實，包老師才是我們實驗室里最‘肝’的那個人。”中國科學院大學計算機專業的研一學生王華強告訴科普時報記者：“包老師雖然工作繁忙，同時身兼多個項目，但依然對我們的項目進展、畢業論文撰寫乃至大會演講的PPT制作進行了細致耐心的指導。同時，他也很擅于鼓勵自己的學生。”王華強口中的包老師就是中國科學院計算技術研究所副所長、研究員、博士生導師、中國科學院大學崗位教授包云崗。日前，北京市委宣傳部、北京市科協等部門首次聯合開展北京最美科技工作者學習宣傳活動，包云崗被遴選為2021年北京“最美科技工作者”。

過去15年包云崗一直從事處理器體系結構的前沿研究，在計算機系統結構科研和教學中作出了突出貢獻：近年來，包云崗團隊引領中國芯片敏捷開發實踐，成立聯盟推動中國開源芯片生態建設，為解決“卡脖子”芯片技術難題提供新思路，突破開源芯片敏捷設計方法的若干關鍵技術。在中科院的支持下，包云崗帶領團隊開展一系列開源芯片實踐，建立中國引領的開源芯片主線，在國內外產生積極影響力，使團隊成為開源處理器芯片方向全球主要科研團隊之一。

除了科研攻關，包云崗也十分重視人才培養。2019年5月16日，華為被美國列入實體名單，全國震驚。包云崗說：“和華為專家交流后，他們表示短期內的需求華為自己基本能應對，更需要的是中長期的先進技術，而最需要的是處理器芯片設計人才。”這是因為以前華為的芯片架構設計團隊很多在美國硅谷，由于美國的出口管制，導致華為在美國的芯片設計人才無法發揮作用，但在國內又招不到這樣的人才，這正是華為的心腹之患。

包云崗表示，華為在國內找不到處理器芯片設計人才的情況是在意料之中：“2017年，我曾安排組里的學生統計過483篇2008～2017十年的體系結構頂級會議ISCA論文第一作者的情況，最后統計數據發現這些優秀人才85%選擇在美國就業，僅有4%在中國就業，差距巨大，這和國內很多大學不開展處理器芯片設計相關教學與研究密切相關。”包云崗認為，降低芯片設計門檻，讓學生能設計自己的芯片并流片，可大幅提高人才培養效率。時間不等人，要加速人才培養計劃。

于是，2019年8月，包云崗在中國科學院大學啟動了“一生一芯”計劃，目標是通過讓本科生設計處理器芯片并完成流片，培養同時具備扎實理論基礎與實踐經驗的處理器芯片設計人才。在包云崗帶領的教學團隊指導下，經過4個月的高強度開發，包括王華強在內的5位國科大本科生最終實現了帶著自己設計的處理器芯片畢業這一目標。

在開發過程中，有些關鍵模塊的工作原理是課堂上沒有介紹過的，同學們還需要進行一些探索性的嘗試，有時甚至需要將此前的設計推倒重來，他們會因此感到焦慮或沮喪，這對他們的心態也是很大的考驗。包云崗和他的教學團隊不僅僅給予技術指導，還對學生的心態進行了正確的引導，告訴他們不確定性是探索過程中的客觀規律，然后引導他們去總結探索失敗的經驗教訓，去深刻地分析當前方案不可行的原因，從而加深對問題的理解，讓他們正確認識到探索失敗的意義。

通過參與“一生一芯”計劃，5位同學不僅獲得了專業技能上的大幅提高，心理素質也在千錘百煉之中變得更加強大。值得一提的是，近日，包云崗在首屆RISC-V中國峰會上公布了開源高性能RISC-V處理器“香山”，“一生一芯”計劃的這5位同學已經是這支開發團隊的技術骨干，并在“香山”的開發中貢獻了超過20%的代碼。“等到他們30歲時，就可以說已經是處理器芯片和計算機系統設計領域的‘老兵’了，相信那時他們的創造力會得到更大的發揮和展現，我對這批年輕人的未來充滿期待。”包云崗說。

包云崗表示，處理器芯片被公認為芯片產業皇冠上的明珠，設計復雜度高、難度大。我國處理器芯片設計人才嚴重緊缺，“一生一芯”計劃就是希望通過科教融合的方式，將大學不同時期的課本知識串聯起來，幫助參與計劃的學生能夠更快速地投入到科研和產業開發當中。

包云崗介紹，“一生一芯”計劃的第二期共有11位學生參與，而現在正在進行的第三期已經有來自全國各地的600多名學生報名。“我們對‘一生一芯’計劃的期望是至少能持續到2030年，屆時希望能為國家培養超過上萬名芯片設計的人才。”包云崗說。

我們有理由相信，隨著“一生一芯”計劃的不斷推進，我國芯片設計的人才儲備終將會迎來“芯芯向榮”的春天。