最硬核毕业证来了!5个本科生自己造出了芯片,这些老师可没抢功

2020-7-31 23:05| 发布者: 001凛鸢| 查看: 690| 评论: 0

摘要: 培养人才才能留住更多人才在前阵子,5位来自中国科学院大学的本科毕业生,主导完成了一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并成功流片,同时他们的论文被RISC-V全球论坛接收!这一成果引发媒体热议,更被网友称为「最硬核 ...


培养人才

才能留住更多人才

在前阵子,5位来自中国科学院大学的本科毕业生,主导完成了一款 64 位 RISC-V 处理器 SoC 芯片设计并成功流片,同时他们的论文被RISC-V 全球论坛接收!

这一成果引发媒体热议,更被网友称为「最硬核毕业证」。或许你会好奇:这个消息有什么值得特别关注的?听超模君给你慢慢道来。

关于芯片

我们印象中的芯片都是长这样,连intel的标志都深入记忆。

现在的芯片公司主要分为三类:

1、设计制造都做,如美国英特尔

2、只做设计,如大陆的华为海思

3、只做制造,如台湾积体电路制造股份有限公司,简称“台积电

前一阵子,台积电宣布9月4日断供华为,5月15日后不再接受任何来自华为的订单,一时引起激烈讨论,甚至有人开始猜测华为还能撑多久。

由这件事引起的反响来看,台积电断供对华为而言,不算扼住了咽喉,那也是束缚了双足。

那么,既然芯片如此重要,自己生产不是更好吗?

生产芯片

我们可以先把“芯片”简单粗暴的理解成“集成电路”,相当于电脑的“主板”。

人类历史上第一台计算机诞生于1946年,它由18000只电子管,6000个开关,7000只电阻、10000只电容,50万条线组成了一个超级复杂的电路。这个重达30吨的大家伙,运算能力只有5000次/秒。

把这个大家伙缩小到能“贴”到指甲盖那么大点的一个“片”上,就成了“芯片”。

不提“缩小”这一步到底经历了什么样的技术革新,我们今天就只讲这个“片”,它就像一座房子的地基,没了它,就没有“芯片”。

这个“片”最原始的面貌是石头——硅石。

把硅石氯化了再蒸馏,杂质没了以后,就得到了纯度比较高的硅。纯度越高越好,芯片用的电子级别的高级硅的纯度是99.999999999%,我国需要的硅片几乎全部要进口。

提纯过后“液体硅”会被放在一根“棒子”的末端,这根棒子是会坚定的朝着一个方向旋转,然后棒子匀速向上提拉,一边提,一边匀速旋转,最后就可以在棒子的末端得到一根较大的“圆柱”。

长得有点像两头尖的铅笔。

把这个“圆柱”切片,然后就得到了“片”,叫做“硅晶圆片”,也叫“晶圆”。

有了“地基”,接下来就是在上面盖房子,盖房子的活就是“晶圆厂”的工作,比如“台积电”就是干这个的。

要想把那么复杂的电路“贴”在晶圆上,依靠人手是万万做不到的,得需要机器。机器“贴”不成,那就把电路“刻”在上面,这就用到了“光刻机”。

先在晶圆上涂一层感光材料

它一见到“光”就会化,这个光就是从“光刻机”中出来的,光线必须非常精准,感光材料上会被刻出设计好的“图案”,这个“图案”再经过加工后就是“电路”。

于是,一块晶圆上就可以得到很多“芯片”

把这些芯片放大了后,它们就是一个个集成电路。

为什么现在芯片越来越小?

一块300mm直径的晶圆,16nm工艺可以做出100块芯片,10nm工艺可以做出210块芯片。

芯片越小,单价就越便宜,也就更有竞争优势,市场就更大,所以大家牟足了劲往小了做。

影响这个纳米工艺精确度的核心设备是“光刻机”,光刻机的核心技术在荷兰阿斯麦公司手里。这个公司每台售价上亿美金,每年还只生产几十台,全世界抢着要。在中国大陆,只有中芯国际在2019年好不容易买到了一台。

看到这,至少有两个因素影响我们自己生产高端芯片:高纯度的硅光刻机

而且,生产芯片要想见到收益,它需要一个长远的投资,换个直白的词就是“烧钱”,前期需要不停的投资,投资多并不意味着最终盈利。很明显,它没有投资房地产更划算。

除了以上两个原因,国内芯片设计人才缺少也是一个相当严重的问题。

芯片设计人才

国内为什么会缺少芯片设计人才呢?

2017年,中国科学院大学包云岗教授组织学生统计了“2008年至2017年间体系结构顶级会议ISCA论文第一作者”的情况。最后,统计发现,这些优秀的人才85%选择在美国就业,只有4%的人选择了中国

再一看他们的国籍,中国籍占世界的20%,美国本土也才只占25%,20%显然说明中国人才不少,只是国内没有留住他们

不能留下大多数优秀人才,那总可以留下其他的“芯片人才”吧?可是,此前国内培养的芯片人才数量太少了,现在需求猛增,学校还没全部反应过来,人才供给跟不上市场需求。

这种人才危机美国也出现过。1982年的时候,全美国上千所大学中,从事半导体相关研究的教授和学生加在一起还不到100位

为了应对这类人才危机,美国国防部高级研究计划署启动了MOSIS项目,为大学生提供流片服务,通过MPW模式大幅降低芯片设计门槛。30多年过去了,MOSIS为大学和研究机构流了60000多款芯片,培养了数万名学生。

我们的宝岛台湾在这一方面倒是一直头脑清晰,为了培养芯片人才,他们展开了校企合作

据一位从台湾交流回来的本科生说,台积电专门有一条线给学生们预备着。学校课程里也会有这样一门课,让选修的同学们去流片。

还有一些国外的知名企业,他们会舍得赔钱留自己的产线给学校免费用,当然,也不是不求回报,学校会输送人才和研究成果给企业。

从美国已经得出的成功经验来看,降低芯片人才准入门槛,是加速人才培养的最快、最有效的办法。

一生一芯

国内需要芯片设计人才,尤其是优秀人才。

让我们回到文章开头,中国科学院大学5位本科生带着自己设计的芯片毕业了。这就是“降低人才准入门槛”的一次成果展示。

这5位本科生分别是:金越、王华强、王凯帆、张林隽、张紫飞。

而他们之所以能够以本科生的身份产出自己设计的芯片,还要从“一生一芯”计划出现说起。

2018年11月8日,世界互联网大会上,中国开发指令生态(RISC-V)联盟正式成立。“一生一芯”计划也在此时萌芽,中国科学院大学教授包云岗为这个计划定了一个目标:

“让本科生也能做处理器芯片,让本科生能带着自己设计的处理器芯片毕业。”

后来,他联系了几位国科大本科生,这群出生在98/99年的年轻学子勇敢的接受了挑战。

“一生一芯”计划并不是要研制出产品级的芯片,也不是要在技术上突破和创新,它其实是一次教学实践

五位本科生背后,有一个教学团队。这个团队里,分工合作:

唐丹老师和工程师刘彤负责Soc架构设计

余子濠博士生负责处理器核设计

张科老师负责项目协调、与国科大对接

常轶松老师、赵然老师一起在FPGA模拟仿真方面进行指导

解壁伟老师和鹏城实验室李峄工程师在后端物理设计上给予支持

深圳大学蔡晔老师则参与帮助设计PCB板卡

大家齐心协力帮助这五位本科生制造他们自己设计的芯片,但不是说要全程告诉他们该怎么做。

五位学子需要进行一些探索性的尝试,有时需要推倒自己的设计重新来过,他们经历过失败,也会焦虑和沮丧。经过4个月高强度开发,终于赶在毕业答辩前,制造出了自己的处理器芯片。

这些芯片有一个名字,叫“果壳”,与国科大的“国科”同音。

目前“果壳”已经被RISC-V 全球论坛接收,参与这个论坛的是来自世界各地的业界资深专家,包括图灵奖得主David Patterson教授。

9月3日,王华强同学将在这个论坛上代表团队向全世界介绍“果壳”的设计

首期“一生一芯”计划的成功,为国内芯片人才的培养提供了非常好的教学案例和方向。

在经历过陈进教授一手缔造的”汉芯事件“谎言后,我们在这群热忱的老师和年轻的学子身上,可以对“中国芯”快点到来充满期待。

汉芯事件:上海交通大学微电子学院院长陈进教授偷偷从美国购买芯片,磨掉标志,谎称是自己独立研发,成功申报项目40多次,累计骗取拨款上亿元,肆意挥霍,不少流入了他在美国的私人账户。事情曝光后,造成科研圈谈芯色变,严重影响了国内芯片行业的发展。

作者简介:超模君,数学教育与生活自媒体博主,新晋理工科奶爸。出版过《芥子须弥 · 大科学家的小故事》《数学之旅·闪耀人类的54个数学家》。后续数学文化创意多多,欢迎关注认识!


鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋