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來自：知乎，作者：包云崗

鏈接：https://www.zhihu.com/question/409298856/answer/1363569013

近日，五位來自中國科學(xué)院大學(xué)的 2016 級本科生，帶著自己設(shè)計的處理器芯片「果殼」正式畢業(yè)，這一成果引發(fā)媒體熱議，被網(wǎng)友稱為「最硬核畢業(yè)證」。 作為「一生一芯」計劃的負(fù)責(zé)人，中科院計算所研究員包云崗也在社交平臺上闡述了本次探索與實踐背后的故事。

據(jù)中國青年報消息，近日，中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱國科大）2016 級計算機學(xué)院金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛五位本科生，主導(dǎo)完成了一款 64 位 RISC-V 處理器 SoC 芯片設(shè)計并成功流片，實現(xiàn)在芯片上成功運行 Linux 操作系統(tǒng)以及學(xué)生自己編寫的國科大教學(xué)操作系統(tǒng) UCAS-Core。

這是國科大「一生一芯」計劃的首期成果，也是五位本科生珍貴的畢業(yè)紀(jì)念品，被網(wǎng)友稱為「最硬核畢業(yè)證」，在社交媒體平臺上引發(fā)熱議。

7 月 25 日，國科大在玉泉路校區(qū)禮堂報告廳舉行新聞發(fā)布會，詳細(xì)介紹了這一成果。據(jù)了解，上述 64 位 RISC-V 處理器名為「果殼 (NutShell)」，基于中芯國際 110nm 工藝。目前，「果殼」團隊的投稿已被 RISC-V 全球論壇接收，團隊將在 9 月 3 日向全球業(yè)界介紹「果殼」的設(shè)計。「果殼」設(shè)計代碼也已正式開源。

項目地址：https://github.com/OSCPU/NutShell

國科大計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長、中科院計算所所長孫凝暉院士表示：「處理器芯片被公認(rèn)為芯片產(chǎn)業(yè)皇冠上的明珠，設(shè)計復(fù)雜度高、難度大。我國處理器芯片設(shè)計人才嚴(yán)重緊缺，如何加快此類人才的培養(yǎng)規(guī)模與培養(yǎng)速度，是我國迫在眉睫的難題?！?/span>

2019 年 5 月，美國政府以「科技網(wǎng)絡(luò)安全」為由，將華為及其 70 個分支機構(gòu)列入「實體清單」，禁止華為在未經(jīng)美國政府批準(zhǔn)的情況下從美國企業(yè)獲得元器件和相關(guān)技術(shù)。五個月后，美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)安全局（BIS）又將 28 家中國實體加入「實體清單」，包括?？低?、大華股份、科大訊飛、曠視科技、商湯科技、美亞柏科等多家科技企業(yè)。

在步步緊逼的態(tài)勢下，我們必須承認(rèn)，中國需要中長期的先進(jìn)技術(shù)，更需要的是處理器芯片設(shè)計人才。

針對處理器設(shè)計人才危機，國科大于 2019 年 8 月啟動了「一生一芯」計劃，目標(biāo)是通過讓本科生設(shè)計處理器芯片并完成流片，培養(yǎng)具有扎實理論與實踐經(jīng)驗的處理器芯片設(shè)計人才。

去年，國科大在本科新生錄取通知書中嵌入了「龍芯三號」芯片，被網(wǎng)友稱為「硬核錄取通知書」，讓人記憶猶新。這一次，硬核畢業(yè)證「果殼」誕生的背后，又有著怎樣的探索與挑戰(zhàn)？

包云崗：「一生一芯」背后的故事

中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員包云崗也是「一生一芯」計劃的負(fù)責(zé)人，他在知乎上詳細(xì)介紹了該計劃的啟動與實施歷程。

原文內(nèi)容整理如下：

一、醞釀?

2018 年 11 月 8 日，烏鎮(zhèn)，世界互聯(lián)網(wǎng)大會，經(jīng)過 9 個月籌備工作，中國開發(fā)指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟正式成立。晚上在烏鎮(zhèn)的一家餐館慶祝時，坐在我邊上的一位老師問了個問題：「以后打算怎么做開源芯片生態(tài)？」其實這也是在 2018 年期間我經(jīng)常問自己的一個問題，我有一個很粗的想法——能不能讓學(xué)生參與到開源芯片生態(tài)建設(shè)中——經(jīng)常會浮現(xiàn)出來。聽了那位老師的問題，我在腦海中又浮現(xiàn)出這個想法，然后就在飯桌上一邊整理思路一邊介紹如何將教學(xué)和開源芯片結(jié)合起來。這應(yīng)該是「一生一芯」計劃的最初萌芽。

那時還沒想到「一生一芯」這個名字，但已經(jīng)大致形成了這樣的目標(biāo)——讓本科生也能做處理器芯片，讓本科生能帶著自己設(shè)計的處理器芯片畢業(yè)。但聯(lián)盟成立后，這個想法并沒有實質(zhì)性推動。

2019 年 5 月 16 日華為被美國列入實體名單，全國震驚。各界都在想能為華為做些什么，我們也在思考。但是，我們是做開源芯片的，華為暫時還用不上；我們采用的是開放的 RISC-V 指令集，而華為的主力芯片都是基于 ARM?？雌饋砦覀兪菬o法幫助華為解決燃眉之急了。但和華為專家交流后，他們說短期內(nèi)的需求華為自己基本能應(yīng)對，他們更需要的是中長期的先進(jìn)技術(shù)，而最需要的是處理器芯片設(shè)計人才。因為華為的芯片架構(gòu)設(shè)計團隊很多在美國硅谷，由于美國的出口管制，雖然是華為的全資子公司，但其技術(shù)也不能輸入到華為總部。這導(dǎo)致華為在美國的芯片設(shè)計人才不能再發(fā)揮作用，但在國內(nèi)又招不到這樣的人才。這才是華為的心腹之患。

華為在國內(nèi)找不到處理器芯片設(shè)計人才的情況是在意料之中。2017 年，我曾安排組里的學(xué)生統(tǒng)計過 2008~2017 十年的體系結(jié)構(gòu)頂級會議 ISCA 論文第一作者的情況，最后統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)秀人才 85% 選擇在美國就業(yè)，僅有 4% 在中國就業(yè)，差距巨大。這和國內(nèi)很多大學(xué)不開展處理器芯片設(shè)計相關(guān)教學(xué)與研究密切相關(guān)。

事實上，類似的人才危機美國也曾經(jīng)歷過，1982 年全美上千所大學(xué)中只有不到 100 位教授和學(xué)生從事半導(dǎo)體相關(guān)的研究 。為了應(yīng)對人才危機，美國國防部高級研究計劃署 (DARPA) 在 1981 年啟動 MOSIS 項目，為大學(xué)提供流片服務(wù)，通過 MPW 模式大幅降低芯片設(shè)計門檻。30 余年來 MOSIS 為大學(xué)和研究機構(gòu)流了 60000 多款芯片，培養(yǎng)了數(shù)萬名學(xué)生。

由此可見，降低芯片設(shè)計門檻，讓學(xué)生能設(shè)計自己的芯片并流片，可大幅提高人才培養(yǎng)效率。這和我此前的構(gòu)想和目標(biāo)完全一致。我們不能再耽誤了，要加速人才培養(yǎng)計劃。

二、正式啟動?

我自作主張地給這個計劃起了個名字：「一生一芯」。初衷是希望有一天能讓每一個學(xué)生都能帶著自己設(shè)計的芯片畢業(yè)，不管未來是不是真得能實現(xiàn)，這至少聽起來是一個美好的理想，而且還有一點爛漫——后來很多人聽到這個名字，第一印象大多是「一輩子做一顆芯片」。還有女生有更浪漫地理解：「一生一心一意愛一人」。不管如何，看來大家對這個名字似乎還都不反感。

然后，我又聯(lián)系了幾位國科大本科生，詢問他們愿不愿意參加這個「一生一芯」計劃當(dāng)小白鼠。出于意料地是，這些準(zhǔn) 00 后（98/99 出生）都表示愿意挑戰(zhàn)一下，愿意當(dāng)小白鼠。

6 月 20 日，我在開源芯片工作組群向大家宣布：啟動「一生一芯」計劃！這并不是研制產(chǎn)品級芯片，而是一次教學(xué)實踐。很快唐丹老師為未來的芯片起好了內(nèi)部代號「COOSCA」，三門課 Computer Organization/Operating System/Computer Architecture 的縮寫。

隨后開始組建教學(xué)團隊，隨著項目的進(jìn)行教學(xué)團隊也在不斷擴大：唐丹老師和工程師劉彤負(fù)責(zé) SoC 架構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)，余子濠老師負(fù)責(zé)處理器核設(shè)計（其實子濠還是博士生，但因為在國內(nèi)計算機系統(tǒng)教學(xué)領(lǐng)域很有名，所以我們也半開玩笑地叫他老師），張科老師負(fù)責(zé)項目協(xié)調(diào)、與國科大對接，并和常軼松老師、趙然老師一起在 FPGA 模擬仿真方面進(jìn)行指導(dǎo)，解壁偉老師和李嶧工程師在后端物理設(shè)計上給予支持，深圳大學(xué)蔡曄老師則參與幫助設(shè)計 PCB 板卡，另外蔣德鈞老師和王卅老師是國科大本科操作系統(tǒng)任課老師，在操作系統(tǒng)方面給予支持，兩位博士生王誨喆與徐易難也擔(dān)任起助教的角色，幫助答疑解惑。而我自己，則更像是一個啦啦隊長，給大家打雞血。

教學(xué)團隊開始行動起來了，大家討論制定總體方案，確定技術(shù)路線，選擇基礎(chǔ)平臺，搭建開發(fā)環(huán)境，選擇流片工藝和班車…… 參加首期「一生一芯」計劃的同學(xué)也最終確定，一共有五位，他們是金越、王華強、王凱帆、張林雋和張紫飛。這五位同學(xué)通過了計算所暑期夏令營面試，均被錄取為計算所研究生，其中金越導(dǎo)師是陳明宇研究員，王華強導(dǎo)師是蔣德鈞副研究員，王凱帆導(dǎo)師是孫凝暉院士，張林雋和張紫飛的導(dǎo)師則是我。但接下來的時間，他們將組成一個團隊，一起挑戰(zhàn)帶著自己設(shè)計的處理器芯片畢業(yè)這個任務(wù)。

8 月 20 日，當(dāng)唐丹老師和解壁偉老師終于落實中芯國際 110nm 工藝的流片渠道后，「一生一芯」計劃一切準(zhǔn)備就緒。

8 月 27 日，參加「一生一芯」計劃的首批五位同學(xué)和教學(xué)團隊一起在我的辦公室開了一次簡單但意義重大的動員大會。「一生一芯」計劃正式啟動！

項目分工

三、四個月高強度開發(fā)

開弓沒有回頭箭。唐丹老師確定了最合適的流片班車是 12 月 17 日，距離動員大會不到 4 個月！這樣芯片能在 4 月份完成封裝，返回進(jìn)行測試。如果一切順利，那就可以趕上五月底或六月初的國科大本科畢業(yè)答辯，到時可以在答辯現(xiàn)場展示芯片。但是如果錯過這趟班車，那就需要再等 2 個月趕下一趟班車，這就意味著芯片不可能在畢業(yè)答辯時返回?！敢簧恍尽箞F隊需要跟時間賽跑。

我們在確定總體方案時有兩個決定：

一是用 Chisel 開發(fā)，此前我們實驗室做過 Chisel 與 Verilog 在開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量上的對比實驗，證明 Chisel 能數(shù)倍替身開發(fā)速度，同時開發(fā)質(zhì)量不比 Verilog 差，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在論文《芯片敏捷開發(fā)實踐：標(biāo)簽化 RISC-V》。

二是以余子濠為南大開發(fā)的一款教學(xué) RISC-V 處理器核為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，這主要是因為余子濠在開發(fā)這款處理器的過程中構(gòu)建了豐富的工具，包括 NEMU 軟件模擬器、指令差分測試框架等，這些都有助于加速開發(fā)。而教學(xué)處理器功能還很基礎(chǔ)，要能運行 Linux 并且支持流片，需要新增大量新功能，包括 RV64IM/RVC/RVA 等指令擴展、時鐘中斷、硬件填充的 TLB、M/S/U 特權(quán)級、缺頁異常、Cache 預(yù)取、SDRAM 控制器、外圍 I/O 設(shè)備…… 這是一種貼近實戰(zhàn)的開發(fā)模式——實際的產(chǎn)品研發(fā)和科研工作中，往往不是總是從頭開始，更多的是在已有的基礎(chǔ)上，增加新的功能，提高性能等等。這就需要培養(yǎng)學(xué)生「理解 - 消化 - 創(chuàng)新」的能力。

接下來是 4 個月高強度的開發(fā)，然而有些關(guān)鍵模塊的工作原理是課堂上沒有介紹過的，同學(xué)們還需要進(jìn)行一些探索性的嘗試，有時甚至需要將此前的設(shè)計推倒重來，他們會因此感到焦慮或沮喪，這對他們的心態(tài)也是很大的考驗。教學(xué)團隊不僅僅需要給予技術(shù)指導(dǎo)，還需要對學(xué)生的心態(tài)進(jìn)行正確的引導(dǎo)，告訴他們不確定性是探索過程中的客觀規(guī)律，然后引導(dǎo)他們?nèi)タ偨Y(jié)探索失敗的經(jīng)驗，去深刻地分析當(dāng)前方案不可行的原因，從而加深對問題的理解，讓他們正確認(rèn)識到探索失敗的意義。

雖然任務(wù)極具挑戰(zhàn)，但不斷有進(jìn)展。每取得一個小里程碑，大家都會記錄下那個時刻，精確到分鐘，因為覺得未來有一天也許用得上。后來，這些時刻真的用上了，就是宣傳視頻中的那條時間線。這個過程中，國科大各方給了很大的支持，從校領(lǐng)導(dǎo)到本科部、計算機學(xué)院各級都很關(guān)心和重視；

在中科院計算所，所長孫凝暉院士、主管教學(xué)的陳熙霖副所長、教育處李琳老師等都給予全方位的保障與支持。這也賦予了「一生一芯」團隊某種使命感，更激發(fā)了大家的斗志。

12 月 19 日，COOSCA 1.0 芯片版圖凍結(jié)。當(dāng)唐丹老師告知版圖已經(jīng)正式提交，大家就如高考交卷，終于舒了一口氣，卻又懸起了一顆心。

四、疫情中的測試驗證

等待芯片返回是一種既期盼又擔(dān)憂的感覺。這種感覺又進(jìn)一步被突如其來的疫情放大了。當(dāng) 1 月 23 日宣布武漢封城后疫情不斷發(fā)展，我們也越來越擔(dān)憂正在流片中的那顆 COOSCA 芯片還能不能按時回來，還能不能趕上畢業(yè)答辯。出乎意外的是芯片基本按照預(yù)期時間返回了，在這里我們要對中芯國際和封測企業(yè)的員工們表達(dá)深深的敬意！

然而疫情還是對測試工作產(chǎn)生了影響，因為學(xué)生不能返校，無法到在現(xiàn)場調(diào)試與測試。余子濠、蔡曄和劉彤三位挺身而出，協(xié)助調(diào)試測試工作。測試驗證工作其實也是非常具有挑戰(zhàn)性，因為從底層 PCB 版圖、內(nèi)存顆粒到中間處理器設(shè)計、到上層操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，每個層次都可能出問題。哪怕一個小問題，都會造成芯片無法正常工作。

經(jīng)過大約 1 個月的調(diào)試測試，終于證明芯片一切正常，可以啟動 Linux 操作系統(tǒng)。但也發(fā)現(xiàn)了芯片的 I/O 模塊存在 bug，影響了 SD 卡的讀寫。測試驗證也是充滿了戲劇性。一開始調(diào)試時比較保守，將芯片降到了 50MHz，沒想到系統(tǒng)出現(xiàn)了很多問題。

后來把芯片頻率從 50MHz 跳到了 200MHz，結(jié)果原來很多問題都消失了，能穩(wěn)定地運行 Linux。又進(jìn)一步把頻率提高到了 350MHz，啟動 Linux 出現(xiàn)了問題，但是可以穩(wěn)定地運行 RT-Thread。這個頻率和后端仿真基本一致。這也驗證了用 Chisel 開發(fā)和 Verilog 開發(fā)對后端物理設(shè)計并沒有很大的影響。

五、畢業(yè)答辯演示

2020 年 6 月 2 日，國科大本科生畢業(yè)設(shè)計答辯日。五位同學(xué)分別介紹了他們基于 COOSCA 處理器核的進(jìn)一步優(yōu)化工作：

• 王華強：《基于 RISC-V 的亂序多發(fā)射處理器設(shè)計》

• 張紫飛：《基于 RISC-V 的向量處理單元設(shè)計》

• 張林雋：《開源處理器分支預(yù)測器的設(shè)計與性能優(yōu)化》

• 金越：《基于敏捷開發(fā)語言的開源處理器非阻塞緩存的設(shè)計與實現(xiàn)》

• 王凱帆：《RISC-V 平臺下的二進(jìn)制翻譯與優(yōu)化》

其中王凱帆的畢業(yè)設(shè)計中使用了 COOSCA 核，也是他們自己設(shè)計的核首次在科研中得到應(yīng)用。

王華強同學(xué)代表「一生一芯」團隊展示了 COOSCA 芯片的功能。他進(jìn)一步又將這個核改進(jìn)為亂序多發(fā)射，在 FPGA 上進(jìn)行了測試驗證，結(jié)果顯示比 COOSCA 核的 IPC 提升了一倍。他的畢業(yè)設(shè)計也獲得了國科大校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計。

五位本科生，實現(xiàn)了帶著自己設(shè)計的處理器芯片畢業(yè)這個目標(biāo)！

后來，王凱帆又將國科大操作系統(tǒng)課程上同學(xué)們自己編寫的 UCAS-Core 移植到了 COOSCA 核上，實現(xiàn)了用自己寫的 CPU 運行自己寫的操作系統(tǒng)這個小目標(biāo)。

六、「果殼」公開亮相

CRVA 聯(lián)盟將于 7 月 18 日召開 RISC-V 年中技術(shù)研討會，「一生一芯」團隊決定讓王華強提交一份設(shè)計報告，正式向社區(qū)介紹 COOSCA 核的設(shè)計。提交前，大家覺得 COOSCA 是一個內(nèi)部代號，現(xiàn)在要公開亮相了，應(yīng)該有個正式一點的名字。同學(xué)們討論后，決定改名為「果殼（NutShell）」，和國科大的「國科」同音?？梢钥吹贸鰜恚麄儗拼蟠_實有些深厚的情感。

五位同學(xué)開始一起為「果殼」的首次亮相做了大量準(zhǔn)備工作：王凱帆整理了代碼以及相應(yīng)的文檔，并在 Github 上開源，王華強整理了一份介紹「果殼」設(shè)計的報告 PPT。7 月 18 日，王華強在技術(shù)研討會第二個出場，介紹了果殼的設(shè)計細(xì)節(jié)和一些開發(fā)過程中的經(jīng)驗體會。這是報告視頻：

「果殼」設(shè)計開源鏈接：https://github.com/OSCPU/NutShell

7 月 22 日，王華強又收到了「果殼」被 RISC-V Global Forum 被接收的通知。9 月 3 日，王華強同學(xué)將代表團隊向全球業(yè)界介紹「果殼」的設(shè)計，這也是「果殼」首次在國際舞臺上亮相。看了一下這次 RISC-V 全球論壇的日程，報告均來自世界各地的業(yè)界資深專家，還包括圖靈獎得主 David Patterson 教授。國科大本科生能登上 RISC-V 全球論壇介紹他們設(shè)計的處理器核，這在國際上也是非常難得了。作為教學(xué)團隊成員，我們內(nèi)心也有一份自豪。

日程：https://events.linuxfoundation.org/riscv-global-forum/program/schedule/?

七、收獲與體會

我們在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)和「一生一芯」計劃目標(biāo)最接近的是 2017 年春季開始 UC Berkeley 開了一門新課 EE194/290C「28nm SoC for IoT」，目標(biāo)是設(shè)計一個 SoC 芯片，集成各種 IP 模塊，包括一個 Berkeley 開發(fā)的 RISC-V Rocket 處理器核。這門課以流片為目標(biāo)，2017 年春由 9 位本科生與 1 位研究生參加，通過 1 學(xué)期完成了流片，但未提供信息證明芯片能正常工作。

伯克利 EE194/290C 這門課是根據(jù)已有的 RISC-V 核和其他 IP 核進(jìn)行 SoC 集成。而「一生一芯」與 EE194/290C 課程的區(qū)別在于要讓本科生直接設(shè)計一款 64 位 RISC-V 處理器，然后在這個核的基礎(chǔ)上，學(xué)生們需進(jìn)一步集成與驗證一系列外圍 IP，最終形成一個能運行 Linux 操作系統(tǒng)的 SoC 芯片，這極具挑戰(zhàn)。

一年前，我們不知道這個目標(biāo)是不是可行，最終能不能成功。但如今，我們探了回路，并且把路走通了，證明是可行的。這個摸索的過程積累了不少經(jīng)驗，也充滿了教訓(xùn)。五位同學(xué)作為小白鼠參與首期「一生一芯」計劃，成長了很多。他們不僅在項目中掌握了處理器芯片設(shè)計所需的專業(yè)知識，也鍛煉出了優(yōu)秀人才所具備的出色心理素質(zhì)。一起來看看他們的感悟：

如今，這五位同學(xué)正在參與一個更有挑戰(zhàn)的項目，開發(fā)一款高性能亂序多發(fā)射 RISC-V 處理器核的設(shè)計。一年前，他們在做「果殼」時還有些吃力，現(xiàn)在已是這個新團隊中的骨干，和其他博士生和工程師們一起攻堅克難。去掉團隊中蔡曄、唐丹和我這三位 40 歲以上的中年人，這支隊伍平均年齡只有 23.1 歲，但他們表現(xiàn)出來的戰(zhàn)斗力卻是驚人的——不到三個星期就從頭開始完成了亂序處理器主流水線的設(shè)計與實現(xiàn)，并且通過 CoreMark 測試。等到他們 30 歲時，就可以說已經(jīng)是處理器芯片和計算機系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的「老兵」了。那時，他們將進(jìn)入各自的工作崗位，也許去工業(yè)界研發(fā)產(chǎn)品，也許在學(xué)術(shù)界做科研。相信那時他們的創(chuàng)造力會得到更大的發(fā)揮和展現(xiàn)。我對這批年輕人的未來充滿期待。

從教學(xué)團隊角度來看，除了前期在總體方案、環(huán)境平臺等方面需做好充分準(zhǔn)備以外，在開發(fā)過程中有四方面指導(dǎo)尤其重要（以下為余子濠老師總結(jié)）：

1. 項目規(guī)劃和分工。 學(xué)生在開發(fā)初期不一定能完全掌握芯片中各個模塊之前的關(guān)系，此時需要教師對學(xué)生的工作進(jìn)行較為細(xì)致的分工，讓學(xué)生通過一些初期的任務(wù)來認(rèn)識芯片的全貌。隨著項目的進(jìn)行，學(xué)生對芯片的認(rèn)識逐漸清晰之后，教師進(jìn)行的分工可以向粗略的方向轉(zhuǎn)變，向?qū)W生提出清晰的任務(wù)目標(biāo)，并讓學(xué)生嘗試提出自己的解決方案。

2. 引導(dǎo)學(xué)生了解項目中的每一處細(xì)節(jié)。 芯片是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，學(xué)生需對芯片每一個模塊的行為都有所了解，還需要了解程序在芯片上運行的每一處細(xì)節(jié)。但是學(xué)生一開始往往不能從課程設(shè)計的模式中轉(zhuǎn)變過來，認(rèn)為只需要了解自己任務(wù)相關(guān)的模塊即可，不去主動了解其它模塊，不去了解軟件層次的行為。這導(dǎo)致他們在遇到問題會想不出解決的思路。此時教師需要對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓他們主動去認(rèn)識芯片甚至是軟件行為的每一處細(xì)節(jié)。在遇到困難的時候，這些認(rèn)識就會成為解決問題的線索，順著線索去追溯問題的過程又會進(jìn)一步加深學(xué)生對這些認(rèn)識的理解，從而形成良性循環(huán)。

3. 指導(dǎo)學(xué)生使用在課堂學(xué)習(xí)的知識解決開發(fā)中遇到的實際問題。 芯片開發(fā)過程中可能會遇到各種困難，一些表面上看像是硬件設(shè)計的問題，最終可能是軟件配置錯誤造成的。解決這些困難需要學(xué)生站在全局的視角來分析問題，并與課堂上學(xué)習(xí)到的知識建立聯(lián)系，從中尋找解決問題的可能性。教師需要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)觀測到的現(xiàn)象進(jìn)行思維的發(fā)散，主動思考可能與哪些學(xué)過的知識建立聯(lián)系。如果學(xué)生面對一些比較困難的問題，也會需要教師進(jìn)行點撥。

4. 引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識探索過程中的不確定性。 在一款功能完整的芯片，有一些關(guān)鍵模塊的原理是課堂上沒有詳細(xì)介紹的，學(xué)生要正確地實現(xiàn)這些模塊，需要一個探索的過程。這意味著學(xué)生不能像課程作業(yè)那樣按部就班地完成，而是會經(jīng)歷設(shè)計方案的調(diào)整，甚至是整個方案的推倒重來。這容易導(dǎo)致學(xué)生感到焦慮或沮喪，因此教師需要對學(xué)生的心態(tài)進(jìn)行正確的引導(dǎo)，告訴他們不確定性是探索過程中的客觀規(guī)律，然后引導(dǎo)學(xué)生去總結(jié)探索失敗的經(jīng)驗，去深刻地分析當(dāng)前方案不可行的原因，從而加深對問題的理解，讓學(xué)生正確認(rèn)識到探索失敗的意義。

八、花絮

為國科大發(fā)布會準(zhǔn)備的視頻，最后有彩蛋

最后，再看一下「一生一芯」計劃的宣傳視頻吧：

原文鏈接：https://www.zhihu.com/question/409298856

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