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芯片|仅仅4个月！五位本科生“造芯”毕业( 二 )


其实 ， 在学生们面前的 ， 是一条未有人走过的路 。
难度究竟如何 ， 耗时需要多久 ， 可能会有什么坑……通通都是未知数 。 没有导航 ， 他们需要自己打怪升级 ， 自己试错尝试 。
当然 ， 他们也并非是在白纸上作画 。
教师团队已经制定了总体方案 ， 确定了技术路线 ， 选择好了基础平台 ， 搭建了开发环境 ， 也选定了流片工艺和班车 。 五位学生真正动手之前 ， 一支实力强大的教师团队 ， 为学生的乘风破浪 ， 做好了保驾护航的准备 。
做芯片 ， 其实分为前端和后端 。 前端主要是做设计 ， 用数字电路的方式实现处理器的功能；后端则是用物理元件来实现这些设计 。
“要说芯片都是我们做的 ， 并不准确 。 其实我们只是做了前端的逻辑设计部分 。 ”王凯帆强调 。
他尝试用最通俗的语言向科技日报记者解释设计芯片是怎么一回事——类似于画一张大楼的施工图纸 。 只不过 ， 呈现这张图纸 ， 用的不是线条 ， 而是一种叫做Chisel的硬件语言 。
此前 ， 包云岗团队中的博士生余子濠为南京大学开发了一款教学用RISC-V处理器 ， “一生一芯”计划的学生要在此基础上进行改进 ， 把师兄搭建的房子 ， 改建得更舒服、更亮堂 。
包云岗说 ， 在实际产品研发和科研工作中 ， 也往往不是从头开始 ， 更多是在已有基础上 ， 增加新功能 ， 提高性能 。 “这培养的是学生‘理解—消化—创新’的能力 。 ”
大家采用了当下流行的“敏捷开发”模式：每人负责一个或几个模块 ， 齐头并进 ， 多线推进 ， 然后合龙 。
“一生一芯”计划的目标很明确：在芯片上运行Linux系统 ， 支持基本的输入输出设备 。
先解决“能不能”“对不对”的问题 ， 再来看“快不快”“好不好” 。
对新手施工设计团队来说 ， 他们盖的第一栋房子 ， 要保证的是屹立不倒 。 “要是哪面墙放错了地方 ， 或者墙体本身设计的承重强度不够 ， 整栋楼也就塌了 。 ”王凯帆说 。
从2019年8月正式动手设计 ， 到12月中旬交付设计图纸 ， 五人组踩过坑 ， 给别人挖过坑 ， 也挣扎着从坑里爬出来过；他们曾熬夜和不知躲在哪里的错误死磕 ， 还要对抗可能拖延队友进度的焦虑 。
团队成员金越负责的是片上系统 。 除了中央处理器 ， 在系统内还有五个控制器来实现具体功能 。 “就像大脑需要控制四肢让人体运动一样 。 ”金越说 。
这些控制器的代码是由开源社区提供的 ， 但团队并不清楚这些控制器是否适合他们设计的这款芯片 。 金越需要编写驱动软件 ， 测试外设控制器是否设置正确 ， 能否正常工作 。
“要是出现问题就很麻烦了 。 到底是我的软件写错了 ， 还是外设控制器本身有问题？如果是外设控制器有问题 ， 到底是哪个有问题？”变量太多 ， 排列组合下来 ， 测试复杂得让人头疼 。
“做验证的那几天 ， 几乎没怎么睡过觉 。 ”金越半夜对着电脑 ， 查手册 ， 查代码 ， 查波形 ， 怀着点“我就不信邪”的不忿：“我一定要把这个东西弄出来 。 ”
导师团队可以为迷茫的学生指出大概的方向 ， 但这个方向上会碰到什么 ， 要上山还是要过河 ， 还是得靠学生自己尝试 。
寻找问题究竟出在哪 ， 是几乎每个计划参与者都会提到的“痛苦”经历 。 王华强说 ， 这就是一个“按下葫芦起了瓢”的过程 。
作为团队唯一的女将 ， 张林隽负责的部分是预取器 。 你进入了一间图书馆 ， 想找到一本书 。 靠你最近的书架 ， 能放的书最少；而更深处的书架 ， 放的书更多 ， 但你走过去的耗时也长 。 预取器好比那位了解你喜好的图书管理员 ， 他提前将他认为你会拿的书放在离你最近的书架 ， 节省你的查找时间 。
“在实现这个功能的时候 ， 我想当然地认为 ， 预取器应该放在L1 Cache也就是一级缓存内 。 ”一级缓存 ， 相当于那个离你更近的但是容量更少的书架 。 但奇怪的是 ， 加入预取器后 ， 芯片的性能反而受到了影响 ， 芯片的信息处理速度变慢了 。


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