国科大5名2016级本科生牵头完成64位RISC-V处理器SoC芯片“果壳”，与“国科”读音相同，基于中芯国际110nm工艺实现流片在四个月内。
该芯片可以成功运行学生编写的Linux操作系统和UCAS-Core教学操作系统。
此消息一出，立即引起社会广泛关注。
要知道，处理器芯片被公认为芯片行业皇冠上的明珠。它们的设计复杂度高、难度大，我国的处理器芯片设计人才极其匮乏。
国科大本科生在本科毕业设计中，用时9个月完成了处理器芯片设计。这是我国本科教育中一次极其有意义的尝试。 ——不仅是对学生本科学习的最好考验，也鼓励和激发了学生对芯片研究的兴趣。
这并不是国科大第一次在芯片教育领域“出圈”。去年，国科大将“龙芯三号”芯片嵌入本科新生录取通知书，人们还记忆犹新。今年，国科大有5名毕业生获得了“超硬核文凭”。
当然，“国库”芯片背后不仅仅有五名本科生，还有强大的导师团队，以及国科大对芯片人才培养的大力支持。
这五名本科生和他们的芯片成果，实际上是国科大“一芯生命”计划的“实验品”。
一、强大导师阵容：十余位大牛组队指导
2018年11月8日，乌镇互联网大会期间，中国开放指令生态系统（RISC-V）联盟正式成立。
在中美贸易争端持续不断的背景下，迫切需要拥有处理器芯片的自主研发能力。
目前，两大主流芯片指令集是x86和Arm。 x86在PC/服务器市场占据主导地位，而Arm则在智能手机等终端设备领域占据主导地位。不过，这两类指令集都是海外公司拥有的。一旦被禁止，我国的处理器芯片研发将面临巨大压力。
幸运的是，近年来出现了替代方案。加州大学伯克利分校于2015年成立非营利组织RISC-V基金会，使其新指令集RISC-V完全开源，并积极聚集全球创新力量，共同构建RISC-V生态系统。系统。
在此背景下，中国科学院计算技术研究所研究员、中国科学技术大学教授鲍云刚开始思考一个问题：能否让学生参与建设？开源芯片生态系统？
这成为“生命同核”计划的初步萌芽。
鲍云刚研究员展示学生成果
“一生一核”计划的目标是通过让本科生设计处理器芯片并完成流片，培养具有扎实理论和实践经验的处理器芯片设计人才。
2017年，包云刚安排学生统计了2008年至2017年建筑学顶级会议ISCA论文第一作者的数据，发现85%的人选择在美国就业，只有4%的人在中国就业。这与国内很多大学没有开展处理器芯片设计相关的教学和研究密切相关。
美国也经历过类似的人才危机。 1982年，美国数千所大学中从事半导体相关研究的教授和学生不足100人。
对此，美国国防部高级研究计划局（DARPA）启动了MOSIS 项目，为大学提供流片服务。 30年来，已向大学和研究机构出货超过6万颗芯片，培训了数万名学生。
这些数据都表明，加速芯片人才培养计划不能再拖了。鲍云刚联系了几位国科大本科生，询问他们是否愿意作为实验对象参加这个“终身一核”计划，这些学生欣然答应。
6月20日，“生命同芯”计划启动。
这不是产品级芯片的开发，而是教学练习。很快，唐丹老师给未来的芯片起了一个内部代号“COOSCA”。随着项目的进展，教学团队不断扩大：
唐丹老师和工程师刘通负责SoC架构设计指导，博士生于子豪负责处理器核心设计，张科老师负责项目协调，与国科大对接，与老师一起工作常益松和赵然谈FPGA 仿真。谢碧伟老师和李毅工程师在后端物理设计上提供了支持。深圳大学蔡野老师参与帮助设计PCB板。另外，姜德军老师和王三老师是中国科学技术大学操作系统本科教师。两位博士生王杰哲和徐一男也担任助教，帮助答疑解惑。鲍云刚表示，自己更像是啦啦队员，给大家献血。
随即，教学团队就行动起来，讨论制定总体方案、确定技术路线、选择基础平台、搭建开发环境、选择流片流程、穿梭……
参加首届“人生一核”计划的学生有金越、王华强、王开凡、张林军、张子飞。他们通过了计算技术研究所夏令营面试，全部被中国科学院计算技术研究所研究生录取。
其中，金越的导师为陈明宇研究员，王华强的导师为姜德军副研究员，王开凡的导师为孙宁辉院士，张林军、张子飞的导师为鲍云刚。
处理器研发团队组建完毕后，8月20日，唐丹先生和谢必威先生终于实现了中芯国际110纳米工艺的流片通道，“一核一生”计划已经准备就绪。
8月27日，“一生一核”计划召开动员会，制定基于教学处理器研发的技术路线。
二、4个月高强度开发，疫情中紧急测试
唐丹老师确定最合适的流片日期是12月17日，距离动员会还有不到4个月的时间。对此，团队迅速制定了总体方案，并做出了两个决定：
一个是使用Chisel开发的，另一个是基于余子豪为南洋理工大学开发的教学RISC-V处理器内核改进的。
“这是一种贴近实战的开发模式。在实际的产品开发和科研工作中，我们往往并不总是从头开始，更多的时候是在现有的基础上增加新功能、提高性能等。” “这就是培养学生“理解-消化-创新”的能力。”鲍云刚说。
国科大各方给予了大力支持，从校领导到本科部、计算机学院各级领导都非常关心和重视：在中国科学院计算技术研究所科学院院长孙宁辉院士，分管教学的副主任陈锡林，以及教育部门李林老师等提供了全方位的保障和支持。
这也赋予了“一生一核”团队一定的使命感。经过四个月的紧张开发，学生们在教学团队的技术指导下，不断总结失败的探索经验，深入分析当前方案不可行的原因，优化设计方案。随后12月19日，64位RISC-V处理器SoC芯片COOSCA 1.0版图冻结，版图正式提交流片。
一个月后，COVID-19疫情爆发，研究团队的焦虑开始放大。 ——芯片能否如期流片？我能及时参加毕业答辩吗？
幸好是虚惊一场，COOSCA芯片于4月23日准时返回。
由于学生无法返回学校进行现场调试和测试，于子豪、蔡野和刘童挺身而出，协助调试和测试工作。
最初，经过一个月左右的调试和测试，该芯片可以启动Linux操作系统，但同时也发现该芯片的I/O模块存在bug，影响了SD卡的读写。通过频率调试解决了问题。
6月2日，国科大本科生毕业设计答辩日，五名学生介绍了他们基于COOSCA处理器内核的进一步优化工作：
王华强：《基于RISC-V的乱序多发射处理器设计》
张子飞：《基于RISC-V的向量处理单元设计》
张林军：《开源处理器分支预测器的设计与性能优化》
金悦：《基于敏捷开发语言的开源处理器非阻塞缓存的设计与实现》
王开凡：《RISC-V平台下的二进制翻译与优化》
其中，王凯凡在自己的毕业设计中使用了COOSCA核心，这也是第一次将自己设计的核心用于科研。
王华强代表“一芯一生”团队演示了COOSCA芯片的功能。他进一步将该核心改进为乱序多发射，并在FPGA上进行了测试和验证。结果表明COOSCA核心的IPC提高了一倍。其毕业设计还荣获国立科技大学优秀毕业设计奖。
后来，王凯凡将国科大操作系统课程的学生写的UCAS-Core移植到COOSCA核心上，实现了用他写的CPU来运行他写的操作系统的小目标。
三、“果壳”芯片公开亮相
7月18日，CRVA联盟举办RISC-V年中技术研讨会。 “一生一核”团队决定请王华强提交一份设计报告，正式向社区介绍COOSCA核心的设计，并将芯片更名为“NutShell”，与“国科”读音相同。
王华强第二次亮相技术研讨会，介绍了国科的设计细节以及开发过程中的一些经验。
举报视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1c54y1B7ay?share_medium=androidshare_plat=androidshare_source=WEIXINshare_tag=s_itimestamp=1595371668unique_k=slzWhJ
鲍云刚研究员透露，“果客”的设计源代码已向国际开源。
“NutShell”开源链接：https://github.com/OSCPU/NutShell
7月22日，团队又传来新的好消息。
王华强收到《国科》被RISC-V全球论坛接收的通知。他将于9月3日代表团队向全球业界介绍“国科”的设计，这也是“国科”首次登上国际舞台。
本次RISC-V全球论坛的报告大部分来自全球资深行业专家，其中包括计算机架构大师、图灵奖得主David Patterson教授。国科大本科生出席RISC-V全球论坛介绍自己设计的处理器核，这在世界上也是罕见的。
现在，这五名学生正在参与一个更具挑战性的项目，开发高性能乱序多问题RISC-V 处理器内核的设计。
一年前，他们还在努力做“Nutshell”芯片，但他们已经成为新团队的中坚力量。
除去队内蔡野、唐丹、鲍云刚三位40多岁的中年人，这支队伍的平均年龄只有23.1岁，但战斗力却惊人。 ——在不到三周的时间里从头开始完成了乱序处理器主控。管道设计与实现，并通过CoreMark测试。
“我对这群年轻人的未来充满期待。”鲍云刚认为，到了30岁的时候，他们在处理器芯片和计算机系统设计领域可以说是“老手”了。 “到时候，他们就会进入各自的工作岗位，也许会去工业界开发产品，也许会去学术界做科研。我相信，到时候他们的创造力会得到进一步的发挥和展示。”
“一生一核”计划也在持续推进。
据中国科学院计算技术研究所所长孙宁辉院士介绍，“一核生命”计划的愿景和目标是基于国科大的实践经验，辐射全国。帮助更多的大学形成从处理器芯片设计到流片和运行操作系统的完整体系。实践课程将加大我国处理器芯片设计人才的培养规模，缩短人才从培养阶段到科研和产业一线的周期。
孙宁辉院士表示，“一生一核”将力争三年内每年在全国培养500名学生，五年内每年培养1000名学生，十年内每年培养10000名学生。
笔记：
https://mp.weixin.qq.com/s/euANDLsex1RyHa32H0oQkg
用户评论
哇塞，这也太牛了吧！才9个月就设计了一个64位的RISCV处理器芯片，简直要逆天了！以后这种技术水平，国科大的学生一定很抢手。
有19位网友表示赞同！
厉害啊，这样的能力真是让人敬佩。作为STEM领域的爱好者，我很期待看到中国芯的发展前景。相信这样优秀的年轻人会带领国产芯片走向世界舞台！
有14位网友表示赞同！
9个月完成64位RISCV处理器芯片设计？这得有多么的强悍呢！我还在学校的时候连一个简单的电路都弄不好...
有9位网友表示赞同！
国科大的本科生确实厉害，这个成绩看得我眼馋。希望以后能看到他们设计的更多类型的芯片，推动中国科技的发展！太棒了!
有7位网友表示赞同！
真是令人惊叹！9个月搞定64位RISCV处理器芯片，这样的学生简直是大神级人物啊！相信他们在未来会做出更大的贡献。
有20位网友表示赞同！
虽然非常厉害，但我更想知道这款芯片的性能和应用场景是什么？具体能做到哪些功能？还是期待更多的技术细节能够披露出来。
有11位网友表示赞同！
这代表中国芯的发展已经取得了很大的进步吗？我希望看到更多原创设计，而不是只是模仿国外同类产品。
有15位网友表示赞同！
本科生就能完成这样的项目，真让人感叹！不过我还想说，学术研究需要更长久的投入，单纯注重成果可能忽略了一些关键问题的思考。
有13位网友表示赞同！
真是太棒了！中国芯的未来一定是光明且充满机遇！希望更多优秀的人才加入到这一领域来！加油吧！
有18位网友表示赞同！
这只是个开始，未来还有无限的可能性。相信国科大的学生会继续为中国科技发展贡献自己的力量！
有5位网友表示赞同！
我也想成为芯片设计师！从这个新闻中获得了很大的激励，决定努力学习相关的知识技能，为实现我的梦想而奋斗下去！
有14位网友表示赞同！
期待看到这款处理器芯片的实战应用效果！如果性能足够优秀的话，一定会有广泛的市场前景。
有18位网友表示赞同！
仅仅9个月的设计周期是不是有些太仓促了？对于复杂的产品设计来说，还需要更加全面的考量和测试环节，才能确保产品的质量和稳定性。
有11位网友表示赞同！
希望这个芯片真正能够应用于生活中，让大家感受到中国科技的进步！ 而不是单纯地停留在理论研究阶段。
有19位网友表示赞同！
这只是一个小小的突破，还有很长的路要走。中国芯的崛起需要多方共同努力，才能最终实现真正的自主创新能力。
有11位网友表示赞同！
9个月设计芯片确实令人惊奇！但我更想了解这款芯片的具体参数，以及它在现实场景中的应用效果？是不是只停留在理论层面呢？
有14位网友表示赞同！
我始终相信中国人的智慧和创造力！ 国科大的学生们用实际行动证明了这一点，也为未来的科技发展注入了一股强劲动力！
有17位网友表示赞同！
期待看到更多国科大学生的优秀成果！他们都是国家的宝啊，希望能够得到更充分的发展支持和平台。
有17位网友表示赞同！