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研制自主可控芯片,他们凭实力在国赛中斩金!

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“我们终于成功了!”近日,在上海举办的“华为杯”第三届中国研究生创“芯”大赛上,来自国防科大电子科学学院的研究生张宇飞、黄力行、张诗清三人小组凭借作品“基于忆阻器的低功耗神经形态视觉处理器”获得全国一等奖。

该作品是本次大赛唯一的“忆阻器”类脑芯片,一个芯片就可以代替传统电脑的CPU、内存和硬盘,用仅仅1k的容量实现了识别九个汉字的功能,和传统硅基芯片相比具有容量更小、计算更快、抗辐射能力更强等优点。大赛评委一致认为,该作品标志着忆阻器芯片在类脑计算方向的研究取得了重大突破,对解决我国芯片产业卡脖子问题提供了“换道超车”的解决思路。


灵感来自课堂

2019年10月,从张春元教授讲授的计算机体系结构这门课中,电子科学学院研究生张宇飞了解到RISC-V处理器具有指令集简洁、功耗较低等优势,特别是其完全开源的优势有利于打破芯片领域国外垄断。

“有没有可能将我们实验室的忆阻器材料与RISC-V处理器结合,设计一款视觉处理芯片?”队员张宇飞向课题组的李楠老师提出了这样的问题。

“研制自主可控的芯片,值得探索和尝试!”李楠肯定地说道。

在老师的鼓励下,张宇飞找到同一教研室的研究生同学黄力行、张诗清,三个小伙伴组成了一个芯片设计团队,对基于RISC-V的智能视觉处理芯片展开了研究。

在指导老师李楠、陈长林的鼓励和指导下,三名队员开始尝试用忆阻器这种新型器件做出一款具有实际功能的芯片,并把目标瞄准了10月份举办的“华为杯”第三届中国研究生创“芯”大赛。

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指导老师李楠(右)获得优秀指导教师奖


备战创“芯”大赛

把芯片从设计变为实物的必经步骤是集成电路的“流片”环节,一次流片的费用非常昂贵,一般只在科研项目中才会有经费支持。

指导老师陈长林看出了学生的忧虑,他坚定地说:“必须流片才有说服力!不要担心,我来帮你们找支持!”最终,在学院的大力支持下,顺利解决了“流片”生产问题。

按照芯片产业内的制作流程,每一款芯片都要有自己的名字。队员们设计的芯片是用来做视觉处理的,相当于人的大脑和眼睛。看着小小的芯片能够处理复杂计算,如同精灵一般地神奇,所以大家决定叫它“灵眸”。

捧着刚刚流片回来的“灵眸”,队员们激动的手都在微微颤抖,他们的第一颗芯片终于从“纸上”落到“手上”!

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“灵眸”芯片实物

当队员黄力行高兴地拿着决赛入围通知来报喜的时候,队长张宇飞却缩紧了眉头。

原来,根据大赛安排,决赛首先要进行基础知识笔试、上机设计测试两个环节,这两个环节将从150组入围选手中直接淘汰掉100组,淘汰率高达三分之二。通过这两关的选手才有资格参加后面的展示和答辩环节。

“我来辅导基础知识,陈老师辅导上机测试,还有一个月的时间,来得及!”李楠老师安慰道。

短短一个月,老师们针对往年竞赛覆盖的知识点,重新设计题目和案例,把平时需要一两个学期才能传授的集成电路设计知识凝聚成了一块“压缩饼干”,喂给了这群即将展翅的雏鹰。


“灵眸”闪耀赛场

10月9日,在飞往上海参赛的飞机上,三人抓紧一切时间复习所学知识,相互提问、加深记忆。天道酬勤,在比赛首日的基础知识笔试环节,三人顺利通过了考试。

完成笔试环节之后,便是最具淘汰性的上机设计环节了,考题发布以后,三人很快确定了设计方向和分工,开始进行理论分析和指标计算,然后是紧张的电路设计与仿真过程。

原以为电路仿真很容易,然而理想的理论分析与实际的电路仿真结果存在很大的差别,眼看时间所剩不多,三人都开始紧张起来。

黄力行突然回想到备赛过程中陈长林老师曾提到,LDO电源抑制能力不足可能存在几种可能的原因,认真分析后果然很快解决了问题。在长达六小时的奋战后,最终设计电路的各项指标性能终于满足了要求。

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队员们在答辩现场回答问题

第二天凌晨五点,队长张宇飞在睡梦中收到了来自组委会的晋级通知。由于准备充分,答辩环节没有再出现波折,“灵眸”芯片的功能特点被清晰地介绍出来,吸引了评委的目光。

凭借着认真的准备和出色的发挥,“灵眸”终于从全国480余组参赛作品中突出重围,夺得了“华为杯”第三届中国研究生创“芯”大赛全国一等奖。握着手中的奖杯,三位选手乐开了花。