別人的畢設寫論文寫到頭禿，他們的畢設帶著自己設計的芯片畢業。中科大這五位畢業生實為我輩楷模。7 月25 日，中國科學院大學召開新聞發布會，公佈了首期“一生一芯”計劃成果——在國內首次以流片為目標，由5 位2016 級本科生主導完成一款64 位RISC- V 處理器SoC 芯片設計並實現流片，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 。

參與項目的五位同學，將這枚芯片命名為“果殼”（NutShell）——發音與“國科” 相似。

本科生設計芯片，在中國還是頭一遭。

芯片製造，本科生，這兩個詞放在一起，無論怎麼看，都會顯得很怪異。

承接這個項目的中國科學院大學師生，也很忐忑。但一年後，他們把不可能，變成了可能。

參加首期“一生一芯”的五位同學，分別是金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛。

而和芯片有關的新聞，總能引起更多關注，尤其是當這件事和五個平均年齡只有21.8 歲的本科畢業生聯繫起來時，議論的聲音也就更甚。

有人鼓掌，有人唱衰，有人將它和中國芯片產業聯繫起來，寫了洋洋灑灑的長篇分析。

如今，五位學生已經開始了新的工作。他們正在深圳，參與新的更高性能芯片的設計。

8 月中旬，他們還多了個新身份——第二期“一生一芯”計劃的助教。

首期“一生一芯”計劃的成功讓業內人士眼前一亮。中科院計算所研究員、先進計算機系統研究中心主任，中國開放指令生態聯盟秘書長的包雲崗作為該計劃的主要發起者也在知乎分享了這一計劃從萌芽到實施的全部過程。

“一生一芯”計劃萌芽中國能自主造芯嗎？

這個問題變成了中國的一大難題，從美國開始針對華為後，中國的造芯實力也一再被拷問。

去年5 月，華為被美國製裁，海思芯片慘遭重創。中科院科研人員主動找到華為，想要給予技術幫助。

但當時中科院正在研究RISC-V 開源芯片技術，而華為的主力芯片都是基於ARM 。

RISC-V 是一個基於精簡指令集（RISC）原則的開源指令集架構（ISA）。

開源，意味著全世界的大神都在給這個架構做貢獻，代碼也是完全免費公開的。於是，再也沒有人可以用任何理由來控制它。

該項目2010年始於加州大學伯克利分校，但許多貢獻者是該大學以外的志願者和行業工作者。

在這種危機時刻，中科院一點忙都幫不上。

華為，只能靠自己。

8 月7 日，華為消費者業務CEO 余承東在中國信息化百人會2020 年峰會上表示：

9 月15 日之後，華為麒麟系列芯片將無法製造，成為絕唱。

危機之下，半導體產業的重要性也慢慢凸顯出來，而要造芯，人才是第一重要因素。

事實上，2018 年，包雲崗就隱約意識到，RISC-V 對人才培養會有幫助，也在計劃如何培養人才，當時還只是有一個模糊的想法。

2019 年包雲崗迅速將他模糊的想法細化：讓學生學習並實踐芯片敏捷設計方法，通過大學流片計劃完成芯片製造。

2019 年8 月，“一生一芯”計劃正式啟動。

同時，這個計劃上報到國科大管理層，得到了李樹深校長的高度重視，迅速累計召集5 個以上部門，來協調扶持該計劃。

全校上下萬眾一心，推動這項計劃的開啟。

很快，芯片內部代號“COOSCA”也已經起好，是三門課——計算機組織（Computer Organization）、操作系統（Operating System）、計算機體系結構（Computer Architecture）的縮寫。

一切準備就緒後，只欠東風（人才）。

在全院的召集下，有五位同學脫穎而出——他們大學相關課程成績多數在90 分以上，且都通過了計算所暑期夏令營面試，均被錄取為國科大計算所的研究生。

人才確定後，中科院也確定了最合適的流片班車是12 月17 日，這樣能保證芯片在4 月份完成封裝，返回學校進行測試。

如果一切順利，那就可以趕上五月底的國科大本科畢業答辯，到時可以在答辯現場展示芯片。

這樣算起來，留給畢業生和導師們的時間就只有4 個月。

4 個月造芯：他們在為中國芯片探路

2019 年8 月20 日，國科大落實中芯國際110nm 工藝的流片渠道。七天后，“一生一芯”計劃火速啟動。

流片是在芯片設計完成後，帶入工廠生產線的一整套的芯片製造過程。

12 月19 日，COOSCA 1.0 芯片版圖最終完成。

但真實的芯片開發，要比課堂上所學複雜得太多。

而剛剛從課堂走出來的這五位同學，不僅需要綜合應用學過的知識，還要自學大學裡沒有講的工作原理，更重要的是現在還要求動手實踐。

對於他們來說難度更不必說。

從2019 年8 月正式動手設計，到12 月中旬交付設計圖紙，五人組終究是熬過來了。

圖片來自知乎

現在就剩最後一步了——現場調試與測試。

但由於疫情原因學生們不能返校。

這時，餘子濠、蔡曄和劉彤三位同學挺身而出，主動到學校協助調試測試工作。

測試驗證工作看似簡單，但實則很有難度。

因為從底層PCB 版圖、到上層操作系統、內存顆粒到中間處理器設計、應用軟件，每個層次都可能出問題。

哪怕一個很不起眼的小問題，都會造成芯片無法正常工作。

經過大約1 個月的調試測試，終於證明芯片一切正常，可以成功運行Linux 操作系統。

最終，王華強同學代表“一生一芯”團隊展示了COOSCA 芯片的功能。

圖片來自知乎

五位本科生僅用四個月的時間，從零到一，成功實現了靠自己設計處理器芯片這個之前想都不敢想的目標。

不過，據介紹，“果殼”的最高工作頻率是350MHz，CoreMark 測試跑分為1.49/MHz。嚴格意義上來說，它是一款教學芯片，而非產品芯片。

雖然和商業處理器相比仍有一定差距，但“果殼” 已經算得上是功能較為完整的處理器芯片了。

不到一年的時間，首次參加該計劃的5 位“小白鼠”交出一份超預期的本科畢業設計“答卷”，帶著自研芯片“果殼”順利畢業，這也標誌著首期“一生一芯” 取得成功。

最新的消息是：9 月3 日，王華強將代表團隊向全球同行介紹“果殼”的設計，這也將是“果殼”首次在國際舞台上亮相。

“一生一芯”計劃的長遠目標

“一生一芯”名字的初衷，是希望有一天能讓每一個學生都能帶著自己設計的芯片畢業。

但要注意，這是一次教學實踐，其本身和突破技術封鎖關係不大，更為深層次的考慮則在於最終降低芯片設計的門檻。

包雲崗在由中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網、香港中文大學（深圳）承辦，深圳市人工智能與機器人研究院協辦的第四屆全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR 2019）上作了題為《面向未來領域專用架構的敏捷開發方法與開源芯片生態》的主題演講中回答了這一問題。

他指出，過去幾年摩爾定律從每18 個月翻一番，到現在已經變為十年甚至二十年性能才能翻一番。這似乎意味著摩爾定律就快停滯了。但從另外一個角度看，其實是領域專用體系結構正在興起。

所以，以摩爾定律減速的規律來看，領域專用體系結構的興起會讓芯片去適應軟件（硬件加速），所以需要芯片迭代加快，適配更多細分場景，這就要求有更多的人來做。同時需要更低的門檻，以方便更多的人能設計芯片。

反觀今天芯片設計的門檻，14 納米工藝並不是最先進的工藝，一款芯片整個投入下來成本也要到上億的規模，只有很少的企業可以做。如果投資人聽到投一個（中端）芯片公司只需小幾千萬，基本上會認為這個企業在忽悠。但互聯網公司投幾百萬，就認為可以把公司做起來。所以，門檻高了對整個產業並不利，同時制約了創新。

所以，在演講中，他提到降低芯片設計門檻的重要意義在於：只有芯片的門檻降到足夠低，才會有更多的人可以做芯片。

最終體現出的價值是，一方面培養了大量學生，另一方面也會催生半導體產業新的商業模式，也就是今天的無晶圓企業和代工企業。

而這也正符合“一生一芯”計劃的目標。

後生可畏，後浪可期

首期“一生一芯”計劃的成功也為中國芯製造開了一個好頭。

眾所周知，中國芯片產業缺人，而且是急缺。

據包雲崗介紹，僅拿芯片架構師來說，一顆芯片，性能的60% 取決於架構師。

他們是芯片靈魂的締造者。

而在國內，合格的架構師不超過三位數，頂級的架構師不超過兩位數。

還不如鄰國日本的一個零頭。

不僅是頂端設計人才，人才缺口遍布行業的方方面面。

芯片流水線的製造工人、操作工人、封測工人、設備協調工人、企業管理人才等等，全都面臨著無人可用的境地。

在這之前，包雲崗曾統計過半導體行業頂級會議ISCA 論文作者在最近十年內的職業去向。

結果令他失望。

這些優秀的校園人才有多達96%會選擇在美國就業，只有可憐的4% 會選擇留在國內。

行業急需高校補上人才缺口，但高校自身的人才卻在不斷流失。

由於多年來產業的落後，導致大部分半導體畢業生不是出國，就是轉行去了互聯網、計算機等行業。

留在半導體行業的人，屈指可數。

所以，首期“一生一芯”即計劃的成功的意義更多在於讓學生們參與到芯片設計和製造之中去，這其實是縮短人才從培養階段到投入科研與產業一線的周期。

這無疑是個好消息。

目前，“一生一芯”計劃二期已經啟動。

據包雲崗介紹，二期的學生增加到13 位。除了國科大外，還有來自浙江大學、南京大學、西北工業大學、哈爾濱工業大學（深圳）和美國密歇根州立大學等五所高校的同學。

當然，我們什麼時候才不會被“卡脖子”這一天的到來，還需要一段漫長的等待。

道阻且長，行則將至。