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一生一芯 开源未来

——记中国科学院计算技术研究所研究员包云岗

2021-08-22 经济日报 佘惠敏
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中国科学院计算技术研究所副所长、研究员包云岗。记者佘惠敏摄

  中国科学院计算技术研究所副所长、研究员包云岗,研究的是目前“卡脖子”领域的代表——芯片。日前,北京市委宣传部、北京市科协等部门首次联合开展北京最美科技工作者学习宣传活动,包云岗被遴选为2021年北京“最美科技工作者”。

  “芯片是我国的燃眉之急。当前,集成电路是中国第一大进口产品,进口产品金额远超过石油和铁矿。”这位引领中国开源芯片实践的“80后”学者,心中有一个梦想:我希望通过开源芯片,降低芯片设计门槛,让芯片产业繁荣起来,希望10年后中国将不再存在当前的芯片“卡脖子”问题。

  为了实现这个梦想,包云岗已经努力了很多年。包云岗与芯片的缘分可以追溯到1994年,当时他还在读初中,就拥有了自己的计算机。他的父母虽是农民,却一直对科技很感兴趣,全力支持他学习,为买这台电脑花了1万多元。“那时,我所居住的苏南小镇上,计算机还是个稀罕物,它为我打开了一个全新的世界。”包云岗回忆说。

  包云岗从此锁定了自己的大方向:计算机。1999年,他考上南京大学计算机系,2003年从南大本科毕业后,又进入中科院计算所攻读博士。

  包云岗是个理性犀利的人。分析中国在芯片领域的差距时,他直面不足,一针见血。计算机体系结构是芯片技术的基石,然而,包云岗团队分析了2008年至2017年这10年中计算机体系结构国际顶级会议ISCA上发布的论文,发现论文的第一作者中85%在美国,仅有4%在中国。“粗略估算,中国的处理器芯片设计人才不足美国的二十分之一,差距巨大。”包云岗说,加快处理器芯片人才培养规模与速度,是中国迫在眉睫的任务。

  包云岗也是个温和包容的人。“芯片领域的开源将带来很大变革。过去,全球的开源活动集中于软件开发,芯片领域的开源活动才刚刚开始。”包云岗认为,向软件业学习,用开源生态把芯片领域的创业难度降下来,应该是大势所趋。“处理器芯片设计人才要求高,降低芯片设计门槛是人才危机的一种破解之道。我们就是要降低芯片设计的门槛,让学生不再害怕做芯片。希望不久的将来,做芯片像写APP那么简单,那我们就成功了。”

  包云岗还是个放眼长远的人。他曾为中国的开源芯片生态构建制定了三步走规划:第一步是建立开源SoC(系统级芯片),即用3年至5年为社区提供经过流片验证的高质量RISC-V开源核、开源SoC设计等;第二步是用开源工具链构建开源SoC,即用5年至7年逐步构建一套开源SoC芯片设计流程,将商业版工具、IP逐渐替换为开源版,实现本科生用全开源工具开发开源芯片,带着自己芯片毕业;第三步是用开源工具链自动化构建开源硬件,即用10年至15年开发更智能、更自动化的开源工具,形成开源芯片生态,降低芯片开发门槛。

  这个三步走规划,目前进行到哪一步了?目标是哪一年完成?“这是我们在2018年制定的规划,现在3年过去了,第一步基本做到了,第二步做到了一半。我期待到2030年完成全部目标。”包云岗说。

  近年来,包云岗引领中国芯片敏捷开发实践,成立联盟推动中国开源芯片生态建设,为解决“卡脖子”芯片技术难题提供新思路,突破开源芯片敏捷设计方法的若干关键技术,带领团队成为开源处理器芯片方向全球主要科研团队之一。

  包云岗已作为国内学术界唯一代表入选开放指令集RISC-V国际基金会理事会;他发起成立中国开放指令生态(RISC-V)联盟并担任秘书长,目前已有100余家成员,包括华为、展锐、百度、腾讯、长虹等企业以及中科院微电子所、清华、北大等科研机构,引领中国开源芯片生态发展。

  包云岗推动中国科学院大学启动一生一芯计划——让本科生设计处理器并完成流片。目前,已有5位国科大本科生各完成一款64位RISC-V处理器芯片的设计并完成流片,实现了让本科生带着自己设计的处理器芯片毕业的预定目标。

  好消息不断传来。2021年6月,首届RISC-V中国峰会于上海科技大学举办。会上,包云岗团队公开推出了“香山”开源高性能处理器芯片。这标志着,在中科院计算所、鹏城实验室的技术支持下,由中国开放指令生态联盟开发的国产RISC-V处理器内核正式诞生。7月15日,第一代采用“香山”内核主线的架构芯片“雁栖湖”流片,频率为1.3GHZ,工艺制程为28纳米。预计到今年年底,第二代采用“香山”内核主线的架构芯片“南湖”也将完成流片,目标频率2GHZ,工艺制程14纳米。

  “在香山芯片的研发中,我们采取了科研重工业模式,二三十位研究者一年多没发论文,专心做芯片。但做出来后,我们用中文发布的香山芯片,国外讨论区有人主动把香山芯片的资料翻译成英文上传,甚至还有人讨论以后是不是要学中文。在全球最大开源社区GitHub上,香山开源项目发布一个多月就有2000多个星标(Star),影响力是世界性的。”包云岗认为,科研重工业模式更值得追求。“香山芯片是一个研究芯片,未来的商业化还需要企业参与,我们将面向全球开放,构建芯片科技领域的人类命运共同体。”

  (原载于《经济日报》 2021-08-22 06版)

打印 责任编辑:侯茜

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