集成電路（又稱“芯片”）是當今信息時代的重要組成部分，同時也是我國第一大進口產(chan) 品。海關(guan) 總署統計數據顯示，2023年集成電路的進口金額為(wei) 3494億(yi) 美元，遠超石油和鐵礦。同時，國產(chan) 芯片在全球很多領域的市場占有率不足5%，很多關(guan) 鍵核心技術被國外“卡脖子”，國家安全受到威脅。

　　造成上述問題的重要原因之一，是缺少芯片設計人才，尤其是高端芯片設計人才。這固然與(yu) 過去多年中國芯片的產(chan) 業(ye) 環境有關(guan) ，但也與(yu) 國內(nei) 高校的芯片人才培養(yang) 方式密切相關(guan) 。由於(yu) 高端處理器芯片設計和生產(chan) 成本不斷增加，相關(guan) 技術難度不斷加大，目前隻有極少數條件較好的大學和科研機構能夠從(cong) 事這方麵的研究。這導致相關(guan) 人才數量非常有限，遠不能滿足國家對該領域高端人才的迫切需求。

　　為(wei) 此，中國科學院大學計算機科學與(yu) 技術學院超前布局，培養(yang) 處理器芯片這一關(guan) 鍵領域緊缺人才，聯合中國科學院計算技術研究所科研工程支撐團隊，於(yu) 2019年8月啟動了“一生一芯”計劃。

　　培養(yang) 實踐型開放式大規模人才

　　為(wei) 應對芯片人才培養(yang) 中芯片設計門檻高、課程間關(guan) 聯弱、實踐不足、學習(xi) 坡度陡峭等挑戰，緩解我國芯片被“卡脖子”等形勢，“一生一芯”計劃實施了一種基於(yu) 開源新賽道、貫通課程的實踐型開放式大規模人才培養(yang) 模式。

　　選擇新的開源賽道。通過開源方式降低芯片人才培養(yang) 門檻，具體(ti) 包括基於(yu) 開源指令集設計處理器、集成有關(guan) 開源項目以及使用有關(guan) 開源工具，同時鼓勵學生反哺開源社區，形成良性循環。

　　設計貫通計算機科學專(zhuan) 業(ye) 與(yu) 電子信息工程專(zhuan) 業(ye) 課程的培養(yang) 方案。一方麵，打通軟件和硬件，讓學生深入理解計算機係統如何通過處理器、指令集、運行時環境、操作係統和庫函數，支撐應用程序的運行。另一方麵，培養(yang) 處理器芯片全鏈條設計能力，讓學生理解從(cong) 體(ti) 係結構設計、開發，到集成驗證、綜合、物理設計，最終生成可流片版圖的全過程。

　　發揮科教融合優(you) 勢。理論和實踐結合，將處理器芯片領域的前沿研究成果沉澱為(wei) 教學內(nei) 容，包括敏捷開發語言、敏捷測試方法和形式化驗證等，讓學生在設計處理器芯片的實踐過程中學會(hui) 快速定位問題，並通過分析實測數據剖析處理器性能瓶頸，為(wei) 迭代優(you) 化打下基礎。

　　設置分階段培養(yang) 模式。將學習(xi) 流程分為(wei) 預學習(xi) 、基礎、進階和專(zhuan) 家共4個(ge) 階段。其中，預學習(xi) 階段的引入，幫助基礎欠缺學生查漏補缺，使他們(men) 能夠更順利地過渡到後續階段，從(cong) 而降低學習(xi) 坡度。此外，每個(ge) 階段以小遊戲作為(wei) 處理器芯片設計的測試目標，充分激發學生的學習(xi) 興(xing) 趣。

　　“一生一芯”計劃不限學校、年級、專(zhuan) 業(ye) 、基礎，隻要學生對處理器芯片設計感興(xing) 趣，都能免費報名參加，並資助完成學習(xi) 計劃的在校生免費流片。該計劃通過開放式教育，打破教育資源壁壘，加速培養(yang) 我國處理器芯片緊缺人才。

　　打造芯片領域人才生態圈

　　截至目前，“一生一芯”計劃已實施6期，在多個(ge) 方麵取得了一定成效。

　　在培養(yang) 質量方麵，該計劃對學生的科研、實習(xi) 和後續課程學習(xi) 等方麵都有很大幫助。例如，華南理工大學的曾同學提到，“一生一芯”貫通式培養(yang) 方案指導他建立了對處理器和計算機係統的整體(ti) 認識，幫助他快速理解芯片科研項目組成關(guan) 係，同時能借鑒“一生一芯”實踐經驗快速解決(jue) 問題。天津理工大學的祝同學、孫同學和曲同學在完成學習(xi) 後進入某國產(chan) 處理器芯片企業(ye) 實習(xi) ，工程師表示他們(men) 學到的知識技能與(yu) 企業(ye) 項目的需求高度契合。

　　近年來，還有很多高中生參加“一生一芯”計劃，並取得優(you) 秀的學習(xi) 成果。2023年，北京一零一中學共組織約40名學生參加學習(xi) ，有3名學生成為(wei) “一生一芯”計劃僅(jin) 有的3名高中生正式學員。其中，煙同學的學習(xi) 進度已接近流片指標，能力和素質達到“雙一流”建設高校大四學生的水平。

　　中國科學院計算所牽頭的開源高性能處理器“香山”項目，是該領域在開源賽道上的前沿項目。“一生一芯”計劃向“香山”團隊累計輸送18名人才，他們(men) 來自全國各地，完成學習(xi) 後進入開源芯片項目，為(wei) 攻關(guan) “卡脖子”領域作出重要貢獻。來自第一期計劃的5名學生，在本科畢業(ye) 後加入“香山”團隊，已成為(wei) 核心技術骨幹和科研生力軍(jun) 。

　　在人才培養(yang) 出口方麵，“一生一芯”計劃實現向“卡脖子”領域企業(ye) 的人才輸送。完成學習(xi) 並流片的應屆畢業(ye) 生，一部分前往國內(nei) 外知名高校或科研機構學習(xi) 深造，開展芯片相關(guan) 方向的研究工作，還有一部分進入領軍(jun) 企業(ye) 從(cong) 事芯片方向的研發工作。

　　在組織流程方麵，“一生一芯”計劃建立了大規模人才培養(yang) 流程。計劃提出“讓學生指導學生”的指導方案，篩選一部分能力較好且學習(xi) 熱情較高的學生擔任助教指導其他學生，成功解決(jue) 了教師和工程師的數量無法隨培養(yang) 規模線性增長的難題。隨著助教指導質量的提升，一名助教可指導更多學生學習(xi) 。同時，通過分組學習(xi) 機製充分調動線上助教的積極性，配合組會(hui) 和答辯會(hui) 等多種線上機製，加強與(yu) 學生的交流和溝通。此外，該計劃還探索出寒暑期短期訓練營和長期訓練營兩(liang) 種組織模式，以選拔人才和培養(yang) 種子助教人選。

　　在社區建設方麵，該計劃目前已建立7個(ge) 相關(guan) 興(xing) 趣小組。小組主題分別為(wei) “高性能體(ti) 係結構模擬器”“開源IP組件庫”“開源處理器核”“開源芯片數據集”“開源RTL仿真器”“國際交流和翻譯”和“學員成長追蹤”。其中，“國際交流和翻譯”小組參與(yu) 了有關(guan) 國際認證課程學習(xi) 資料的漢化工作，學習(xi) 資料已上線使用。同時，部分學生還參與(yu) 了有關(guan) 國際基金會(hui) 虛擬內(nei) 存工作組的研發和交流工作，推動有關(guan) 標準規範的改進與(yu) 完善。

　　在支撐技術方麵，支撐團隊已完成可基本支持28納米流片的開源、有關(guan) 工具和流程。開源子項目完成了數個(ge) 慢速接口的開發；有關(guan) 工具已完成邏輯綜合、物理設計、時序分析和功耗分析等工具的串鏈工作，並完成數顆測試芯片的流片，為(wei) 有關(guan) 開源工具進入“一生一芯”教學流程打下堅實的工程基礎。

　　完善培養(yang) 策略應對行業(ye) 挑戰

　　在連續實施6期“一生一芯”計劃後，教學團隊也發現了若幹待改進之處。一方麵，隨著“香山”等前沿開源項目的發展，相關(guan) 門檻也在逐漸提高，要求“一生一芯”項目組設計出過渡性質的教學方案，幫助學生在完成學習(xi) 後順利過渡到真實的複雜項目中，包括高級體(ti) 係結構知識、前沿科學論文的閱讀、來自工業(ye) 界資深工程師的經驗指導等，以及這些知識技能在項目實戰中的應用。另一方麵，根據相關(guan) 高校反饋，盡管高校希望更多學生能適應並完成“一生一芯”計劃的學習(xi) ，但還需要在前期提供更為(wei) 循序漸進的教學指導，幫助學生順利從(cong) 以教師講授為(wei) 中心的課堂教學，逐漸過渡到以學生動手實踐為(wei) 中心的項目實戰。這要求“一生一芯”項目組對基礎階段的學習(xi) 內(nei) 容進行調整和重組，從(cong) 而更好地與(yu) 當前高校教學中的課程對接。

　　當前，“一生一芯”計劃已實現立足北京、輻射全國，探索出一套新的大規模芯片人才培養(yang) 體(ti) 係，助力解決(jue) 我國芯片人才短缺問題。然而，該計劃還在不斷改進和完善之中，並期待能進一步向全國其他高校推廣，形成課內(nei) 課外、線上線下混合的教學方法與(yu) 計算機係統方向人才培養(yang) 模式，大幅擴大我國處理器芯片設計人才的培養(yang) 規模，縮短人才從(cong) 培養(yang) 階段到投入科研和產(chan) 業(ye) 一線的周期，助力解決(jue) 我國在計算機芯片領域麵臨(lin) 的“卡脖子”問題。

　　（作者餘(yu) 子濠係中國科學院計算技術研究所工程師，解壁偉(wei) 係中國科學院計算技術研究所助理研究員，包雲(yun) 崗係中國科學院計算技術研究所副所長、中國科學院大學計算機科學與(yu) 技術學院副院長）

　　《中國教育報》2024年04月08日第6版