■走在教育強國大路上聚焦人才自主培養(yang)

　　一粒砂石，必須經過最嚴(yan) 格加工，才能淬煉為(wei) 一枚芯片。

　　提純，砂子在1200攝氏度的高溫裏進行眼花繚亂(luan) 的化學反應；切割，閃現寒光的金剛石鋸將單晶矽棒切為(wei) 0.5毫米的薄片；光刻，光源以每秒數萬(wan) 次的頻率在納米尺度上搭建晶體(ti) 管組成的宏大“城市”。

　　一名學生，必須經過最嚴(yan) 格的訓練，才能成長為(wei) 合格的芯片設計工程師。

　　課程，講授基本理論和方法；設計，集齊各種軟硬件供學生取用；工廠，拿出寶貴產(chan) 能將設計方案變為(wei) 真正的芯片。

　　2019年8月，中國科學院大學啟動“一生一芯”計劃，依托以“科教融合”為(wei) 特色的計算機係統領域教育、科研及人才“三位一體(ti) ”培養(yang) 體(ti) 係，鑿通教育鏈、產(chan) 業(ye) 鏈、資金鏈，培養(yang) 麵向未來自主可控的信息技術體(ti) 係的領軍(jun) 人才。4年來，完整執行學習(xi) 計劃的學生，從(cong) “小白”成長為(wei) 可以設計、製造芯片的人才，與(yu) 變成芯片的砂石一起破“殼”而出。

　　“帶著自己設計的芯片畢業(ye) ”

　　“華為(wei) 在國內(nei) 找不到處理器芯片設計人才的情況，是意料之中的。”2019年，得知華為(wei) 遭受製裁，中國科學院大學計算機科學與(yu) 技術學院副院長、中國科學院計算技術研究所副所長包雲(yun) 崗如是感慨。

　　華為(wei) 的困局與(yu) 國內(nei) 芯片產(chan) 業(ye) 、教育環境密切相關(guan) 。“當時，國內(nei) 開展處理器芯片設計相關(guan) 教學與(yu) 研究的大學不多，學生學、用落差巨大。處理器芯片從(cong) 設計到製造的產(chan) 業(ye) 鏈條漫長，涉及軟硬件協調、多學科交叉，高校日常教學往往隻涉及個(ge) 別環節，很多學生直到畢業(ye) 都以為(wei) 做芯片就是寫(xie) 代碼。”包雲(yun) 崗說。

　　一連串短板效應的傳(chuan) 遞，最後就是中國優(you) 秀處理器芯片人才儲(chu) 備嚴(yan) 重不足。內(nei) 外嚴(yan) 峻形勢下，麵向未來科技和產(chan) 業(ye) 布局，必須大幅提高人才培養(yang) 質量和效率。

　　秉承“科研為(wei) 國分憂、創新與(yu) 民造福”的理念，循著“設計一種新的教學體(ti) 係，降低芯片設計門檻，讓學生能設計自己的芯片並成功流片”的思路，在中國科學院大學和中國科學院計算技術研究所的大力支持下，由孫凝暉院士部署，包雲(yun) 崗團隊牽頭設計並組織實施了“一生一芯”計劃。

　　“計劃的目標非常明確，即突破傳(chuan) 統課程的邊界，構建一套軟硬件協同、打通前後端全鏈條的處理器芯片教學流程，提高我國處理器芯片設計人才培養(yang) 質量，縮短人才從(cong) 培養(yang) 階段到投入科研與(yu) 產(chan) 業(ye) 一線的周期，培養(yang) 更多緊缺的芯片人才。”包雲(yun) 崗說。

　　“一生一芯”計劃於(yu) 2019年8月啟動。首批參與(yu) 的學生，是5名本科生。包雲(yun) 崗明確告訴他們(men) ，這是一個(ge) 嶄新的教學計劃，會(hui) 耗費參與(yu) 者大量時間和精力，前路未知，“你們(men) 是否願意當小白鼠？”

　　5人無一拒絕。

　　事實證明，5名本科生和教學團隊一起蹚出了一條路。在“引導學生找思路，而非幫學生解決(jue) Bug”的教學思路下，當年12月，經過4個(ge) 月高強度的開發工作，學生的處理器芯片設計版圖正式提交廠家。次年4月，芯片成品返回，測試結果基本正常。通過技術答辯後，5名本科生實現了“帶著自己設計的處理器芯片畢業(ye) ”的目標。

　　“一生一芯”計劃，走得通！

　　迄今，“一生一芯”計劃已曆6期，規模逐步放大。為(wei) 了應對大規模芯片人才培養(yang) 的挑戰，教師解壁偉(wei) 提出“讓學生指導學生”，在學習(xi) 的學生中遴選助教，指導新報名的學生學習(xi) 。為(wei) 了集聚更多有誌於(yu) 芯片設計的各高校學生，在助教團隊的支撐下，通過舉(ju) 辦暑期班、送課上門等方式，“一生一芯”計劃已在中國科學院大學實踐經驗的基礎上向全國輻射，覆蓋高校從(cong) 1所擴大到300餘(yu) 所，報名人數從(cong) 首期的5人到第6期的2000餘(yu) 人，6期累計報名已超6000人。不僅(jin) 高校，華為(wei) 、長城汽車等企業(ye) 也送相關(guan) 技術人員參與(yu) 課程學習(xi) ，“一生一芯”計劃逐漸成為(wei) 全國芯片設計人才培養(yang) 的大平台。

　　成功秘訣是“開源、共享”

　　“一生一芯”計劃何以取得初步成功？

　　“開源、共享。”沒有遲疑，包雲(yun) 崗給出答案。

　　包雲(yun) 崗多次提到計劃“覆蓋高校從(cong) 1所擴大到300餘(yu) 所”這一事實，“從(cong) 一開始，我們(men) 團隊就希望能將這門課程向全國高校的學生開放”。

　　團隊的願景，基於(yu) 國內(nei) 相關(guan) 專(zhuan) 業(ye) 教學的困境。

　　放眼全國高校，依據傳(chuan) 統教材進行條塊分割、遠離產(chan) 業(ye) 的教學，依然是常態。希望快速地大規模進行教學迭代，並非易事，多數高校也並不具備打通課堂、產(chan) 業(ye) 鏈條的能力。比如，學生設計的芯片拿去流片，必須借助芯片製造廠商的力量。背靠中國科學院大學和中國科學院計算技術研究所的平台，團隊教師隻花了幾天就談好合作，但這對一些專(zhuan) 業(ye) 背景相對缺乏的地方院校來說，卻很難做到。

　　在工廠產(chan) 線流片，資金也是問題。“我們(men) 學校有配套政策提供資金，鼓勵教師團隊開展創新嚐試。”中國科學院大學黨(dang) 委常務副書(shu) 記、副校長王豔芬說。在中國科學院大學和其他支撐單位的支持下，團隊順利開展流片工作。再加上一些企業(ye) 提供的經費支持，團隊順利和相關(guan) 廠商達成意向。

　　“我們(men) 有這麽(me) 好的條件，是不是應該站出來做一些事情？”團隊成員心中充滿執念。

　　因為(wei) “開源、共享”，教育鏈、產(chan) 業(ye) 鏈、資金鏈的能量得以匯聚；也因為(wei) “開源、共享”，“一生一芯”成為(wei) 麵向全國學生無償(chang) 開放的教學計劃。

　　“經過主講老師餘(yu) 子濠的努力，我們(men) 積累了26萬(wan) 字的講義(yi) 、超過40小時的教學視頻，不限高校、專(zhuan) 業(ye) 和年級，提供給所有感興(xing) 趣的學生。”包雲(yun) 崗說。

　　餘(yu) 子濠時常到各地高校宣講“一生一芯”計劃。令他欣慰的是看到很多非“雙一流”建設高校學生眼中的光芒，“他們(men) 平時不容易接觸到這些學習(xi) 資源，但對計算機和芯片充滿熱愛。我們(men) 提供的課程，讓他們(men) 有了施展才華的平台”。

　　在2023年8月結束的第七屆全國大學生計算機係統能力培養(yang) 大賽（龍芯杯）上，來自地方院校的“一生一芯”計劃學員王晨宇斬獲個(ge) 人賽總決(jue) 賽一等獎。“‘一生一芯’對我的影響是全方位的，它讓我接觸到之前難以想象的資源，助我全方位成長。”王晨宇說。

　　助教對學生的指導也是一種“共享”。“能把自己所學的知識經驗分享給其他同學，引導他們(men) 在自己思考的基礎上不斷深入探索並提出新想法，是一件非常有成就感的事情。”既是第6期學員也是第6期助教的繆宇颺說。

　　“一生一芯”作為(wei) 一個(ge) 實踐型的人才培養(yang) 計劃，技術支撐是學生開展學習(xi) 的關(guan) 鍵。第3期學員陳璐在學習(xi) 過程中為(wei) 項目移植了若幹係統軟件，“看到現在的同學還在使用我兩(liang) 年前移植的代碼，心裏充滿了成就感。”她說。

　　隨著越來越多來自全國各高校的學生參與(yu) 到“一生一芯”計劃中，團隊也收到了更多來自學生提交的代碼補丁和其他反饋。學生在“一生一芯”計劃中獲得成長，然後反哺“一生一芯”計劃，這也充分體(ti) 現“一生一芯”計劃“開源、共享”的屬性。

　　在包雲(yun) 崗看來，“一生一芯”計劃在一定程度上打破了計算機專(zhuan) 業(ye) 教育資源不平衡的壁壘。“中國有上千所普通地方院校，其實每所高校都有一些很有潛力的芯片人才。”包雲(yun) 崗說，“如果能全部發揮他們(men) 的天賦，對中國處理器芯片的人才儲(chu) 備來說，意義(yi) 重大。”

　　“學生表現出的戰鬥力是驚人的”

　　“一生一芯”計劃瞄準的處理器芯片，其設計基於(yu) 開源指令集。

　　這是包雲(yun) 崗團隊的有意選擇。他們(men) 希望，這是一步具有戰略意義(yi) 的“先手棋”。

　　指令集是計算機軟硬件生態運行的邏輯基礎。兩(liang) 家國際計算機巨頭公司的指令集手冊(ce) 分別有5000頁和2700頁之巨。龐大繁雜的手冊(ce) ，是數以萬(wan) 計的工程師數十年的智慧結晶，是當代社會(hui) 生產(chan) 生活運行的基石。

　　然而，是基石，也是圍牆。

　　“你能想象，全世界所有的螺釘螺母，需要一家公司來授權生產(chan) 規格嗎？”包雲(yun) 崗說，“這麽(me) 荒謬的事，卻發生在計算機領域。”

　　巨頭是指令集的創造者，也是壟斷者。包括處理器芯片在內(nei) ，外界基於(yu) 指令集研發軟硬件，必須支付高昂的專(zhuan) 利費用。“開源、共享”被視為(wei) 計算機時代的圭臬，它卻建立在封閉之上。

　　和包雲(yun) 崗一樣，近年來，國際上學界、業(ye) 界無法忍受現狀的聲音越來越多。一種新的開源指令集RISC-V應運而生，這相當於(yu) 由各方協商製定出行業(ye) 標準，然後各企業(ye) 依據標準生產(chan) 產(chan) 品。

　　這或將成為(wei) 下一代處理器芯片的研發方向。各主要國家均已開展相關(guan) 研究和產(chan) 業(ye) 布局。

　　從(cong) 這個(ge) 角度說，“一生一芯”計劃培養(yang) 的學生，將在未來的變革浪潮中大顯身手。

　　包雲(yun) 崗對此很有信心。“一生一芯”計劃首批5名本科生，全部加入中國自主研發的開源高性能RISC-V處理器“香山”的研發團隊，並成為(wei) 技術骨幹。

　　後續幾期成功流片的學生，其深造和就業(ye) 去向也令人鼓舞。“學生表現出來的戰鬥力是驚人的。等到他們(men) 30歲時，就可以說已經是處理器芯片和計算機係統設計領域的‘老兵’了。”包雲(yun) 崗說。

　　時間回到2019年8月。“一生一芯”計劃啟動的那天，正是北京悶熱的夏日。大家齊聚包雲(yun) 崗的辦公室，有人穿著短褲，有人趿著拖鞋。在十分不嚴(yan) 肅的氛圍中，他們(men) 開始了一項嚴(yan) 肅的探索。

　　此後的時光裏，6期計劃陸續執行。4年來，共計600餘(yu) 名學生通過“一生一芯”計劃不同階段的能力考核學習(xi) 完全部課程，100餘(yu) 名學生成功流片。其間，他們(men) 經曆了自我懷疑與(yu) 否定，在黑夜裏苦苦探索問題的解決(jue) 方案。在山重水複疑無路的痛苦中，他們(men) 於(yu) 不知不覺間，輕舟已過萬(wan) 重山。

　　包雲(yun) 崗手機裏珍藏著一段視頻，那是學生拿到自己設計的芯片後進行測試的畫麵。每名學生都記錄下芯片“點亮”的瞬間，顯示器上，出現最多的畫麵是“一生一芯”的標誌，和顯眼的“謝謝”。

　　作者：本報記者 張晨 高毅哲

　　《中國教育報》2024年04月10日第1版