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日之后，華為麒麟系列芯片將無法制造，成為絕唱。

面對美國的制裁，不知不覺中，“華為芯”挺了快一年了。現在，它快要撐不住了。

去年5月，華為被美國制裁，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于ARM。

在這種危機時刻，中科院一點忙都幫不上。

華為，只能靠自己。

7月15日，一則“五位2016級本科生主導完成了一款64位RISC-V處理器SoC芯片的設計，并實現了流水線制造”的消息，引發了芯片行業的震蕩。

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。

這款芯片可以成功運行Linux操作系統，以及由學生們自己編寫的國科大教學操作系統UCAS-Core。

本科生設計芯片，這是中國大陸的第一次。

在媒體爭相報道中，一個叫做“一生一芯”的計劃，浮出了水面——在發現幫不上華為之后，中科院啟動了這一計劃。

芯片制造，本科生，這兩個詞放在一起，無論你怎么看，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。但一年后，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。

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。

在被招入“一生一芯”時，他們都不知道，自己接下來要做的事情，是一件很大很大的事——

為中國芯片，趟一條路。

01

2018年11月，包云崗去烏鎮開世界互聯網大會。

彼時，他的身份是中科院計算機研究中心副主任，同時也是中國開源芯片生態（RISC-V）聯盟的秘書長。

在他的牽頭下，經過9個月的辛苦籌備，中國開源芯片生態（RISC-V）聯盟在烏鎮成立了。

當晚在烏鎮一家餐館慶祝時，包云崗被一旁的老師問了一個問題：“中國的開源芯片，你以后打算怎么做？”

包云崗一下子被問住了。

當發現幫不到華為之后，這個問題在一直苦惱著他。

他和華為的專家交流后發現，目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，導致其技術也不能輸入到華為總部，華為在美國的芯片人才不能再發揮作用。

沒辦法，華為智能在國內招人。待遇什么的都開好了，華為發現，國內竟然幾乎招不到人。

眾所周知，中國芯片產業缺人。

而且是急缺。

2018年，中國集成電路專業領域畢業生多達20萬，但留在本行業的只有3萬人，八成以上都在轉行。

到2020年前后，我國集成電路行業人才需求規模約72萬人，現有人才存量只有40萬，缺口多達32萬。

鐵打的行業，流水的人才。

拿芯片架構師來說，一顆芯片，性能的60%取決于架構師。

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。

芯片流水線的制造工人、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，包云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。

由于多年來產業的落后，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。

在教育行業深耕多年的包云崗明白，這其中的原因，除了薪資待遇之外，和高校自身的產教脫離也有很大關系。

他旁聽過很多大學的課，發現很多學校的教程，僅僅停留在概念階段。

但除了理論知識，學生們的實際操作次數一只手都數的過來。

就拿流片來說。

流片是在芯片設計完成后，帶入工廠生產線的一整套的芯片制造過程。

但這些年來，國內幾乎沒有高校會在本科人才培養階段安排流片。

別提本科生，就連研究生都很少有機會。

因為缺少實踐，學生們直到畢業后才發現，工作和課本所學相差太遠了。

從上圖中我們看到。

左圖中現有的課程體系，與學科前沿有著非常大的鴻溝，甚至與工業界主流技術和方法學都有很大的差距。

這無疑說明，我國大學現有的課程體系已經嚴重脫鉤。

因此，包云崗萌生了一個想法——要不要讓學生們參與到芯片設計和制造之中去？

在應用中學習，學習中應用。

通過這種方式，既能加速人才的培養速度，也能促進產教融合。

讓學生在學校時就能掌握復雜的芯片制造，縮短人才從培養階段到投入科研與產業一線的周期，在進入企業后就能適應得快一點。

包云崗深刻意識到，人才加速計劃一分一秒都不能再耽誤了。

要馬上開始。

02

“一生一芯”，是包云崗為這個加速計劃起的名字。

很多人聽到這個名字，都以為是，“一生一心一意愛一人”。

但包云崗的原意，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。

“一生一芯”確定后，張云崗開始招攬人才。

他最初聯系了幾位國科大的本科生同學，詢問他們愿不愿意參加這個“一生一芯”計劃當小白鼠。

剛開始還有些忐忑，擔心同學們會不會不感興趣。

但意外的是，這些準00后（98/99出生）沒有退縮，都馬上回復表示同意，非常積極地表示愿意挑戰一下，愿意當小白鼠。

金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛五位同學代表隨即很快被選出。

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。

“一生一芯”群中的討論

人湊齊后，日程立刻安排上。

就像真實殘酷的公司競爭一樣，同學們一上來面對的就是緊迫的時間壓力。

中科院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。

但是如果錯過這趟班車，那就需要再等2個月趕下一趟班車，這就意味著芯片不可能在畢業答辯時返回。

為此，他們只有不到4個月的開發時間。

如此短暫的時間，讓每一天看起來都極其寶貴。

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。

真實的芯片開發，要比課堂上所學復雜得太多。

作為一位開發者，需要對芯片每一個模塊的行為都有所了解，還需要了解程序在芯片上運行的每一處細節。

這和課堂授課，截然不同。

而剛剛從課堂走出來的五位同學，不僅需要綜合應用學過的知識，還要自學大學里沒有講的工作原理。

就好比剛剛學會畫建筑設計圖的學生，突然要求建一座房子。

這讓他們一下子很不適應。

無數次，他們甚至需要將所做的東西推倒重來，為此他們承受著很大的壓力，沮喪和焦慮甚至成為日常。

和技術相比，心態變成了更大的考驗。

面對種種挫折，國科大的導師們引導他們去總結原因，告訴他們不確定性是探索過程中的客觀規律，讓他們正確認識到探索失敗的意義。

雖然任務極具挑戰，但同學們不斷有進展，每取得一個小里程碑，大家都會記錄下那個時刻，甚至精確到分鐘。

最終，進展越來越多，同學們邁過的困難越來越多。

12月19日，靠著所有人的團結一心，COOSCA 1.0芯片版圖最終完成，當版圖正式提交給中芯國際時，大家如同高考交卷一般，如釋重負。

但短暫的放松，又被疫情打破。

1月23日，隨著國內疫情不斷惡化，中芯國際工廠制作中的那顆COOSCA芯片能否按時返回，成了同學們心中懸著的一根弦。

如果制作拖延，就不能趕上畢業答辯，那所有人在這4個月里的努力便付諸東流。

但令他們驚喜的是，中芯國際和封測企業的員工們克服了疫情的影響，在這些堅守在一線的工作人員的努力下，芯片按照預期時間返回了。

同學們按時看到了他們珍貴的勞動成果。

然而疫情還是對測試工作帶來了一些小插曲。

因為芯片需要現場調試與測試，但由于疫情原因學生們不能返校。

這時，余子濠、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，終于證明芯片一切正常，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。

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。

據同學們介紹，“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。

可能對于實際工作的芯片設計者來說，設計這樣的芯片并不算太難。

但是對于學生而言，親身經歷完整的芯片設計流程，對以后的職業生涯大有裨益。

參與芯片研發的唯一一位女生張林雋同學也表示：“先完成，后完美。一定要勇敢地試錯，我們只要邁出第一步，接下來其實都是順其自然的。”

7月22日，“一生一芯”團隊再收到一個好消息。

團隊成員之一王華強收到了“果殼”被RISC-V全球論壇的接收通知。

兩個月后，他將代表團隊向全球業界介紹“果殼”的設計，這也將是“果殼”首次在國際舞臺上亮相。

這次RISC-V全球論壇的日程，報告均來自世界各地的業界資深專家，還包括圖靈獎得主David Patterson教授。

國科大本科生能登上RISC-V全球論壇介紹他們設計的處理器核，在國際上也是難得一見。

后來包云崗發現，國外知名大學也有相似的課程。

美國加州大學伯克利分校于2017年開啟的一門名叫 94/290C “28nm SoC for IoT”的新課，和“一生一芯”計劃最為相似。

這門課同樣以制作芯片為目標，由9位本科生與1位研究生參加，通過一學期完成了全部芯片制作，但未提供信息證明芯片能正常工作。

但不同的是，這門課是根據已有的RISC-V核和其他IP核進行SoC集成，而國科大要讓學生直接設計一款64位RISC-V處理器。

在這個基礎上，進一步制作一個能運行Linux操作系統的芯片。

相比之下，“一生一芯”的難度要大得多。

即便是在這樣的情況下，五位同學，還是完成了項目。

并且，他們獲得了比一枚芯片，更重要的東西。比如探索心、耐心、成就感……而這些，也是中國芯片行業需要的。

03

1982年，美國半導體行業也曾面臨人才危機。

上千所大學中，只有可憐的不到100位教授和學生從事相關的研究。

產業慢慢凋零，薪資驟減，沒有人愿意報考這門專業。

校園儲備人才驟減，導致企業無人可用。

產生惡性循環。

為了改變這種頹勢，1981年，美國國防部高級研究計劃署 (DARPA) 啟動了MOSIS 項目，為大學提供流片服務。

MOSIS就像一個組織機構，把芯片設計的門檻降低，使大學里面也可以設計芯片、做流片，

高校設計好后，MOSIS將圖紙提供給三星、格羅方德等知名芯片代工廠，它們免費為大學流片。

反過來，大學向MOSIS提交設計經驗，并交給企業一份測試報告。

30多年，MOSIS和美國各大半導體公司合作，為大學和研究機構流了60000多款芯片，培養了數萬名學生，使美國芯片設計迎來大爆發。

英偉達、高通這些芯片巨頭，都是在MOSIS上孵化出來的。

如今美國知名的半導體企業，依舊保留這項傳統。

它們會將自己的幾條產線預留出來，免費給學校用，即使流片的成本不菲，哪怕賠錢，也依舊堅持做。

作為投桃報李，學校向企業輸出人才和研究成果。

這種良性循環，讓美國的至今芯片人才數量仍然保持著很高的水平。

長年累月下來，人才優勢就體現出來了。

受到MOSIS啟發，中國臺灣也沿襲了這種模式。

臺灣最大的半導體公司臺積電，也會為當地的大學專門預留出一條流水線。

學校教學課程里面也有一門課，可以讓選修它的同學們去流片。

為了激勵學生們積極參與，課程中還加入了不同組之間的PK。

這往往會起到意想不到的效果，有些組的結果甚至令導師們都始料未及、拍手稱贊，甚至部分作品被臺積電買下專利，改良后應用到市場。

而且，在學生們完成作業的同時，導師們充分信任學生們的自學能力。

只引導，不干預，允許學生們失敗。

課程的第一章就講到：雷霆雨露，俱是君恩。成功失敗，都是收獲。

并且這門課不只頂尖大學可以上，很多普通院校都有在臺積電制作芯片的機會。

歐洲的大學也一樣。

比利時的魯汶大學，微電子研究生階段有一門十分有名的課，叫做電子芯片設計（P&D Electronics and Chip Design）

這門課有一項大作業，要做一個混合信號接收機（mix signal receiver）。

接收機所需要的芯片，需要同學們自己設計制作完成，最終會送到工廠流片。

所有參加課的學生，分成4個人一組，做完這項作業后，第二年就會得到一個自己制作的芯片。

而在魯汶大學旁邊的微電子研究中心（iMEC），會負責免費給學生們流片。

通過這種合作，學生能完整地學習芯片設計的全過程，同時企業可借此從事尖端的研究計劃，并在高校儲備人才。

大學和企業，可謂雙贏。

尾聲

國科大的“一生一芯”，同樣借鑒了這種做法。

有人說已經晚了。

但我覺得，做一件事情最好的時間是10年前，其次就是現在。

關注實戰，產教結合，將學生帶入生產線，不紙上談兵，永遠是培養芯片涉及人才的最好方式。

而“一生一芯”的作用已經開始顯現。

經過這次歷練，五位同學已經在參與一個新項目了——開發一款高性能亂序多發射RISC-V處理器核的設計。

一年前，他們在做“果殼”時還有些吃力，現在已是這個新團隊中的骨干，和其他博士生們相比，絲毫不落下風。

這支隊伍平均年齡只有23.1歲，但他們的戰斗力是驚人的——不到三個星期就從頭開始完成了亂序處理器主流水線的設計與實現，并且通過CoreMark測試。

“一生一芯”對這些孩子們成長的推進，肉眼可見。

等到他們30歲時，就已經是計算機和芯片領域和的“老兵”了。

那時，他們將進入各自的工作崗位，或許在學術界做研究，或許去前線研發產品，能力會得到更大的發揮和展現。

國科大表示，“一生一芯”計劃不會停止，還會繼續向向全國輻射。

力爭3年后，在全國每年能培養500名學生，5年后實現每年培養1000名學生，10年達到每年培養一萬名學生。

同時，國內其他高校也在蓄力。

今年六月份，即將畢業的電子科技大學示范性微電子學院首屆本科生領取畢業證時發現，除了證書，還多了一份特殊的禮物——

一個嵌入了一枚2.8mm*2.8mm芯片的鑰匙扣。

每一位示范性微電子學院的本科生，都會參加一個叫做“‘三個一’工程”的創新式課程。

課程內容包括——一年企業實習實訓、一次芯片流片。

大三上學期，同學們要在這門課中完成芯片設計。

大三下學期，大家設計的芯片將送往企業進行流片加工，大四上學期返校學習時對流片返回的樣品進行測試驗證。

一年企業實習實訓則分別安排在大三下學期和大四下學期，做到與實驗課程、芯片流片無縫銜接。

2016級學生在江蘇常州某IC企業進行集成電路工程項目實習

有些同學甚至在實習開始時就能獨立完成一些電路設計工作，本科就成長為一名優秀的集成電路設計工程師。

一位參與全程的學生這樣說：

上過這門課后，如果是數字組的芯片的話我就參與了她從前端到后端的所有流程，我知曉各個寄存器的巧妙配合，如果是模擬組那我也能說一說其中的基本原理。

可以說，這樣的改革，是真正的在培養人才，而不是培養畢業生了。

讓學生們投身于工作崗位，去工業界研發產品，而不是為了應付作業和考試，最后拿文憑。

教育，要從娃娃抓起。芯片行業的教育，也是同樣的道理。

只有這樣，我們才不會被“卡脖子”，只有這樣，中國芯片行業才能得到真正的發展。

當然，這一天的到來，還需要一段漫長的等待。

道阻且長，行則將至。

我相信，我們終會到達。