■走在教育強國大路上聚焦人才自主培養

　　一粒砂石，必須經過最嚴格加工，才能淬煉為一枚芯片。

　　提純，砂子在1200攝氏度的高溫里進行眼花繚亂的化學反應；切割，閃現寒光的金剛石鋸將單晶硅棒切為0.5毫米的薄片；光刻，光源以每秒數萬次的頻率在納米尺度上搭建晶體管組成的宏大“城市”。

　　一名學生，必須經過最嚴格的訓練，才能成長為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，拿出寶貴產能將設計方案變為真正的芯片。

　　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”為特色的計算機系統領域教育、科研及人才“三位一體”培養體系，鑿通教育鏈、產業鏈、資金鏈，培養面向未來自主可控的信息技術體系的領軍人才。4年來，完整執行學習計劃的學生，從“小白”成長為可以設計、制造芯片的人才，與變成芯片的砂石一起破“殼”而出。

　　“帶著自己設計的芯片畢業”

　　“華為在國內找不到處理器芯片設計人才的情況，是意料之中的。”2019年，得知華為遭受制裁，中國科學院大學計算機科學與技術學院副院長、中國科學院計算技術研究所副所長包云崗如是感慨。

　　華為的困局與國內芯片產業、教育環境密切相關。“當時，國內開展處理器芯片設計相關教學與研究的大學不多，學生學、用落差巨大。處理器芯片從設計到制造的產業鏈條漫長，涉及軟硬件協調、多學科交叉，高校日常教學往往只涉及個別環節，很多學生直到畢業都以為做芯片就是寫代碼。”包云崗說。

　　一連串短板效應的傳遞，最后就是中國優秀處理器芯片人才儲備嚴重不足。內外嚴峻形勢下，面向未來科技和產業布局，必須大幅提高人才培養質量和效率。

　　秉承“科研為國分憂、創新與民造福”的理念，循著“設計一種新的教學體系，降低芯片設計門檻，讓學生能設計自己的芯片并成功流片”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，包云崗團隊牽頭設計并組織實施了“一生一芯”計劃。

　　“計劃的目標非常明確，即突破傳統課程的邊界，構建一套軟硬件協同、打通前后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質量，縮短人才從培養階段到投入科研與產業一線的周期，培養更多緊缺的芯片人才。”包云崗說。

　　“一生一芯”計劃于2019年8月啟動。首批參與的學生，是5名本科生。包云崗明確告訴他們，這是一個嶄新的教學計劃，會耗費參與者大量時間和精力，前路未知，“你們是否愿意當小白鼠？”

　　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Bug”的教學思路下，當年12月，經過4個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。通過技術答辯后，5名本科生實現了“帶著自己設計的處理器芯片畢業”的目標。

　　“一生一芯”計劃，走得通！

　　迄今，“一生一芯”計劃已歷6期，規模逐步放大。為了應對大規模芯片人才培養的挑戰，教師解壁偉提出“讓學生指導學生”，在學習的學生中遴選助教，指導新報名的學生學習。為了集聚更多有志于芯片設計的各高校學生，在助教團隊的支撐下，通過舉辦暑期班、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1所擴大到300余所，報名人數從首期的5人到第6期的2000余人，6期累計報名已超6000人。不僅高校，華為、長城汽車等企業也送相關技術人員參與課程學習，“一生一芯”計劃逐漸成為全國芯片設計人才培養的大平臺。

　　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，包云崗給出答案。

　　包云崗多次提到計劃“覆蓋高校從1所擴大到300余所”這一事實，“從一開始，我們團隊就希望能將這門課程向全國高校的學生開放”。

　　團隊的愿景，基于國內相關專業教學的困境。

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

　　在工廠產線流片，資金也是問題。“我們學校有配套政策提供資金，鼓勵教師團隊開展創新嘗試。”中國科學院大學黨委常務副書記、副校長王艷芬說。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。再加上一些企業提供的經費支持，團隊順利和相關廠商達成意向。

　　“我們有這么好的條件，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“開源、共享”，教育鏈、產業鏈、資金鏈的能量得以匯聚；也因為“開源、共享”，“一生一芯”成為面向全國學生無償開放的教學計劃。

　　“經過主講老師余子濠的努力，我們積累了26萬字的講義、超過40小時的教學視頻，不限高校、專業和年級，提供給所有感興趣的學生。”包云崗說。

　　余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，“他們平時不容易接觸到這些學習資源，但對計算機和芯片充滿熱愛。我們提供的課程，讓他們有了施展才華的平臺”。

　　在2023年8月結束的第七屆全國大學生計算機系統能力培養大賽（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人賽總決賽一等獎。“‘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，引導他們在自己思考的基礎上不斷深入探索并提出新想法，是一件非常有成就感的事情。”既是第6期學員也是第6期助教的繆宇飏說。

　　“一生一芯”作為一個實踐型的人才培養計劃，技術支撐是學生開展學習的關鍵。第3期學員陳璐在學習過程中為項目移植了若干系統軟件，“看到現在的同學還在使用我兩年前移植的代碼，心里充滿了成就感。”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，然后反哺“一生一芯”計劃，這也充分體現“一生一芯”計劃“開源、共享”的屬性。

　　在包云崗看來，“一生一芯”計劃在一定程度上打破了計算機專業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。”包云崗說，“如果能全部發揮他們的天賦，對中國處理器芯片的人才儲備來說，意義重大。”

　　“學生表現出的戰斗力是驚人的”

　　“一生一芯”計劃瞄準的處理器芯片，其設計基于開源指令集。

　　這是包云崗團隊的有意選擇。他們希望，這是一步具有戰略意義的“先手棋”。

　　指令集是計算機軟硬件生態運行的邏輯基礎。兩家國際計算機巨頭公司的指令集手冊分別有5000頁和2700頁之巨。龐大繁雜的手冊，是數以萬計的工程師數十年的智慧結晶，是當代社會生產生活運行的基石。

　　然而，是基石，也是圍墻。

　　“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規格嗎？”包云崗說，“這么荒謬的事，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，外界基于指令集研發軟硬件，必須支付高昂的專利費用。“開源、共享”被視為計算機時代的圭臬，它卻建立在封閉之上。

　　和包云崗一樣，近年來，國際上學界、業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，這相當于由各方協商制定出行業標準，然后各企業依據標準生產產品。

　　這或將成為下一代處理器芯片的研發方向。各主要國家均已開展相關研究和產業布局。

　　從這個角度說，“一生一芯”計劃培養的學生，將在未來的變革浪潮中大顯身手。

　　包云崗對此很有信心。“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，并成為技術骨干。

　　后續幾期成功流片的學生，其深造和就業去向也令人鼓舞。“學生表現出來的戰斗力是驚人的。等到他們30歲時，就可以說已經是處理器芯片和計算機系統設計領域的‘老兵’了。”包云崗說。

　　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。大家齊聚包云崗的辦公室，有人穿著短褲，有人趿著拖鞋。在十分不嚴肅的氛圍中，他們開始了一項嚴肅的探索。

　　此后的時光里，6期計劃陸續執行。4年來，共計600余名學生通過“一生一芯”計劃不同階段的能力考核學習完全部課程，100余名學生成功流片。其間，他們經歷了自我懷疑與否定，在黑夜里苦苦探索問題的解決方案。在山重水復疑無路的痛苦中，他們于不知不覺間，輕舟已過萬重山。

　　包云崗手機里珍藏著一段視頻，那是學生拿到自己設計的芯片后進行測試的畫面。每名學生都記錄下芯片“點亮”的瞬間，顯示器上，出現最多的畫面是“一生一芯”的標志，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