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包云崗:把芯片設計的門檻降下來

2020-04-21 科技日報 張蓋倫
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  人物檔案

  包云崗,中國科學院計算技術研究所研究員、所長助理,中國科學院大學教授,中國開放指令生態(RISC-V)聯盟秘書長。從事計算機體系結構和開源芯片方向前沿研究,主持研制多款達到國際先進水平的原型系統,相關技術在華為、阿里等國內外企業應用。入選中國計算機大會、ARM全球研究峰會特邀大會報告,獲“CCF-Intel青年學者”獎、阿里巴巴最佳合作項目獎、“CCF-IEEE CS”青年科學家獎、共青團中央“全國向上向善好青年”榮譽稱號等。

  “我們想把開源芯片的生態建起來。這件事總要有人去做,我希望能出一份力。”圍繞它,這位80后學者內心有一張宏偉藍圖。未來,他想一點點將藍圖填滿。

  4月中旬,一顆特殊的開源處理器芯片將流片回來。

  它由中國科學院大學(以下簡稱國科大)五位本科畢業生參與設計。如果流片成功,它可運行Linux操作系統,支持基本的輸入輸出設備。

  包云崗掛念著這顆芯片。因為,它是國科大“一生一芯”計劃產出的首顆芯片。讓芯片設計不再令人望而生畏,是計劃的初衷。

  包云崗是中國科學院計算技術研究所研究員、所長助理、先進計算機系統研究中心主任。從入所起,他一直研究的就是計算機體系結構。現在,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后學者內心有一張宏偉藍圖。未來,他想一點點將藍圖填滿。人才培養,就是藍圖中的重要版塊。

  “我們想把開源芯片的生態建起來。這件事總要有人去做,我希望能出一份力。”雖然談的是宏偉愿景,但包云崗的語氣還是一如既往的平靜。他在論壇和會議上發言,也常是這個風格,和風細雨,慢條斯理,用柔和將鋒利包裹。

  一不小心就站在了風口上

  包云崗清楚地知道,我國前端芯片架構設計人才缺口大。芯片現在越來越熱,但人才培養沒有跟上,國內甚至出現芯片公司互挖墻腳的尷尬現象。

  “我國優秀人才儲備嚴重不足。”包云崗對2008年到2017年計算機體系結構國際頂級會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,學生的第一反應就是——難,他們本能地想繞開這根硬骨頭。怎樣降低芯片開發的門檻,包云崗找到的方法,是開源。

  開放指令集RISC-V與芯片敏捷開發語言Chisel,能使開發效率數量級提升。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,允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。

  2018年時,包云崗就隱約意識到,RISC-V對人才培養或許有幫助。2019年5月,華為被美國商務部列入“實體名單”,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化,并在自己任教的國科大落地實施:給相關專業學生新增一門專業選修的貫通性實踐課程,讓大四和研究生一年級學生學習并實踐芯片敏捷設計方法,參與芯片設計實現,通過大學流片計劃完成芯片制造。讓學生能帶著他們自己設計的芯片實物畢業,這會是最“硬核”的紀念。

  也不知道能得到多少資源,但它有用,就去做。之后,這一計劃得到了學校的重視。“它將會掀起本科教學改革的新篇章。”校領導這樣評價。

  確實,這樣的課程,是教育部倡導的具有高階性、創新性和挑戰度的“金課”。包云崗的計劃,一不小心就站在了風口上。“我的初衷就是解決問題。我發現,真正能解決問題的方案是能得到認可的。”

  “也許能像開發APP一樣開發芯片”

  在“一生一芯”計劃下誕生的凝結著學生心血的芯片,以后還會不停迭代。“從教學方案設計到實驗的平臺環境搭建,我們已經探了回路。把路走通之后,就可以把這一模式復制到其他高校。”包云崗知道,過程不會太容易,“要多折騰幾下”,但總能看到效果。

  其實,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,而認準RISC-V,又是因為包云崗此前進行的項目。

  2016年前后,包云崗有了創業的想法。他想把自己2012年從美國普林斯頓大學博士后結束回到國內就開始研究的一項技術產業化。為此,他也做了許多功課。“我當時覺得,科研要產生影響力,無非是三條路徑:培養學生,把技術應用到學界,或者把技術應用到業界。”為了驗證自己的那項技術,包云崗實際體驗了一把RISC-V,然后,新世界的大門打開了。

  “用開源模式做芯片,可以培養學生,也可以將成果輸出到學界和業界。”太美妙了,開源芯片為包云崗奉上的是“三合一”大禮包。

  他意識到,開源,真的能改變整個芯片產業的生態和格局。借助開源工具鏈和開源IP,“也許能像開發APP一樣開發芯片”。

  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的多方關注。當確信自己抓住的是大趨勢后,包云崗將自己研究的主陣地轉向了開源芯片。

  “芯片設計的門檻太高,它很容易就被幾家企業壟斷。如果大家都能做,大家都有機會,這是不是解決我國芯片問題的新思路?”正面戰場對抗艱難,做開源芯片就相當于培養了一隊輕騎兵。換道,有沒有可能超車?

  包云崗好像總能穩穩踏在一個對的點上。后來,中興遭到美國禁運,華為被列入所謂“實體名單”。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)生態聯盟成立;今年1月,首個RISC-V產學研基地成立,落戶武漢。

  國內很多地方對未來信息技術的發展都達成了一個共識——萬物互聯是趨勢,芯片也會出現在越來越多的地方。“以前說互聯網+,未來可能是‘芯片+’。”一個個新的產業正在孕育中,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,就仿佛觸發了某種連鎖反應,一系列的后續自然而然地就發生了。

  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,截取了24條朋友圈,回顧他的2018。

  如果給2019年也寫篇總結,有哪些瞬間值得銘記?

  接到記者這個問題后,包云崗特意去翻了自己的朋友圈。

  “2月20日,我的學生拿到了耶魯的通知書。這條朋友圈有345個贊;7月26日,國科大的本科生畢業;9月24日,我帶的本科生拿到了北京市本科優秀畢業生……”他一條條念。這是跟學生相關的。

  還有跟榮譽相關的。2019年,包云崗拿了兩個有分量的獎,一個是共青團中央的“全國向上向善好青年”一個是“CCF-IEEE CS青年科學家獎”,后者得到了700個贊,是他最“熱”的一條朋友圈。

  其實,他一直認為榮譽不該是學者追求的目標。獎勵是來自外界的認可,但一般來說,認可應該是自內向外地溢出:先有自我認可,再有小同行認可,接著是大同行認可,然后是社會認可。

  榮譽,是對做對了事情的附加獎勵。包云崗覺得,自己一直都不缺“自我認可”。“我從小就很能自己拿主意,上什么大學都是我自己選的。我想清楚了,就往前走,好像很少有糾結痛苦的情緒。”

  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系:選定一個大方向,只要在大方向里面,就干一行愛一行。

  小學時,包云崗就意識到自己喜歡做研究,他想過做核物理,也想過搞太空宇航;初中接觸到計算機后,包云崗就將目標鎖定在它上面了。讀了研究生,包云崗踏進此前陌生的計算機體系結構領域,干了一段時間后,他覺得這個領域也挺有意思,那就接著干。

  具體的研究方向會變化,但只要決定了,包云崗就足夠堅定。

  他看好的開源芯片,也有人反對,也遭到過非議。有人評價包云崗“佛系”,就算外面紛擾喧囂,也總看起來云淡風輕。“其實,如果你內心有明確的追求,那你就可以忽略掉很多外界的聲音。”有價值的批評,他接受,提醒自己還有地方需要完善;無中生有的指責,他忽略。

  畢竟,他還要爭分奪秒,繼續趕路。

  (原載于《科技日報》 2020-04-21 05版)

打印 責任編輯:侯茜

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