■走在教育强国大路上 聚焦人才自主培养
一粒砂石，必须经过最严格加工，才能淬炼为一枚芯片。
提纯，砂子在1200摄氏度的高温里进行眼花缭乱的化学反应；切割，闪现寒光的金刚石锯将单晶硅棒切为0.5毫米的薄片；光刻，光源以每秒数万次的频率在纳米尺度上搭建晶体管组成的宏大“城市”。
一名学生，必须经过最严格的训练，才能成长为合格的芯片设计工程师。
课程，讲授基本理论和方法；设计，集齐各种软硬件供学生取用；工厂，拿出宝贵产能将设计方案变为真正的芯片。
2019年8月，中国科学院大学启动“一生一芯”计划，依托以“科教融合”为特色的计算机系统领域教育、科研及人才“三位一体”培养体系，凿通教育链、产业链、资金链，培养面向未来自主可控的信息技术体系的领军人才。4年来，完整执行学习计划的学生，从“小白”成长为可以设计、制造芯片的人才，与变成芯片的砂石一起破“壳”而出。
“带着自己设计的芯片毕业”
“华为在国内找不到处理器芯片设计人才的情况，是意料之中的。”2019年，得知华为遭受制裁，中国科学院大学计算机科学与技术学院副院长、中国科学院计算技术研究所副所长包云岗如是感慨。
华为的困局与国内芯片产业、教育环境密切相关。“当时，国内开展处理器芯片设计相关教学与研究的大学不多，学生学、用落差巨大。处理器芯片从设计到制造的产业链条漫长，涉及软硬件协调、多学科交叉，高校日常教学往往只涉及个别环节，很多学生直到毕业都以为做芯片就是写代码。”包云岗说。
一连串短板效应的传递，最后就是中国优秀处理器芯片人才储备严重不足。内外严峻形势下，面向未来科技和产业布局，必须大幅提高人才培养质量和效率。
秉承“科研为国分忧、创新与民造福”的理念，循着“设计一种新的教学体系，降低芯片设计门槛，让学生能设计自己的芯片并成功流片”的思路，在中国科学院大学和中国科学院计算技术研究所的大力支持下，由孙凝晖院士部署，包云岗团队牵头设计并组织实施了“一生一芯”计划。
“计划的目标非常明确，即突破传统课程的边界，构建一套软硬件协同、打通前后端全链条的处理器芯片教学流程，提高我国处理器芯片设计人才培养质量，缩短人才从培养阶段到投入科研与产业一线的周期，培养更多紧缺的芯片人才。”包云岗说。
“一生一芯”计划于2019年8月启动。首批参与的学生，是5名本科生。包云岗明确告诉他们，这是一个崭新的教学计划，会耗费参与者大量时间和精力，前路未知，“你们是否愿意当小白鼠？”
5人无一拒绝。
事实证明，5名本科生和教学团队一起蹚出了一条路。在“引导学生找思路，而非帮学生解决Bug”的教学思路下，当年12月，经过4个月高强度的开发工作，学生的处理器芯片设计版图正式提交厂家。次年4月，芯片成品返回，测试结果基本正常。通过技术答辩后，5名本科生实现了“带着自己设计的处理器芯片毕业”的目标。
“一生一芯”计划，走得通！
迄今，“一生一芯”计划已历6期，规模逐步放大。为了应对大规模芯片人才培养的挑战，教师解壁伟提出“让学生指导学生”，在学习的学生中遴选助教，指导新报名的学生学习。为了集聚更多有志于芯片设计的各高校学生，在助教团队的支撑下，通过举办暑期班、送课上门等方式，“一生一芯”计划已在中国科学院大学实践经验的基础上向全国辐射，覆盖高校从1所扩大到300余所，报名人数从首期的5人到第6期的2000余人，6期累计报名已超6000人。不仅高校，华为、长城汽车等企业也送相关技术人员参与课程学习，“一生一芯”计划逐渐成为全国芯片设计人才培养的大平台。
成功秘诀是“开源、共享”
“一生一芯”计划何以取得初步成功？
“开源、共享。”没有迟疑，包云岗给出答案。
包云岗多次提到计划“覆盖高校从1所扩大到300余所”这一事实，“从一开始，我们团队就希望能将这门课程向全国高校的学生开放”。
团队的愿景，基于国内相关专业教学的困境。
放眼全国高校，依据传统教材进行条块分割、远离产业的教学，依然是常态。希望快速地大规模进行教学迭代，并非易事，多数高校也并不具备打通课堂、产业链条的能力。比如，学生设计的芯片拿去流片，必须借助芯片制造厂商的力量。背靠中国科学院大学和中国科学院计算技术研究所的平台，团队教师只花了几天就谈好合作，但这对一些专业背景相对缺乏的地方院校来说，却很难做到。
在工厂产线流片，资金也是问题。“我们学校有配套政策提供资金，鼓励教师团队开展创新尝试。”中国科学院大学党委常务副书记、副校长王艳芬说。在中国科学院大学和其他支撑单位的支持下，团队顺利开展流片工作。再加上一些企业提供的经费支持，团队顺利和相关厂商达成意向。
“我们有这么好的条件，是不是应该站出来做一些事情？”团队成员心中充满执念。
因为“开源、共享”，教育链、产业链、资金链的能量得以汇聚；也因为“开源、共享”，“一生一芯”成为面向全国学生无偿开放的教学计划。
“经过主讲老师余子濠的努力，我们积累了26万字的讲义、超过40小时的教学视频，不限高校、专业和年级，提供给所有感兴趣的学生。”包云岗说。
余子濠时常到各地高校宣讲“一生一芯”计划。令他欣慰的是看到很多非“双一流”建设高校学生眼中的光芒，“他们平时不容易接触到这些学习资源，但对计算机和芯片充满热爱。我们提供的课程，让他们有了施展才华的平台”。
在2023年8月结束的第七届全国大学生计算机系统能力培养大赛（龙芯杯）上，来自地方院校的“一生一芯”计划学员王晨宇斩获个人赛总决赛一等奖。“‘一生一芯’对我的影响是全方位的，它让我接触到之前难以想象的资源，助我全方位成长。”王晨宇说。
助教对学生的指导也是一种“共享”。“能把自己所学的知识经验分享给其他同学，引导他们在自己思考的基础上不断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期学员也是第6期助教的缪宇飏说。
“一生一芯”作为一个实践型的人才培养计划，技术支撑是学生开展学习的关键。第3期学员陈璐在学习过程中为项目移植了若干系统软件，“看到现在的同学还在使用我两年前移植的代码，心里充满了成就感。”她说。
随着越来越多来自全国各高校的学生参与到“一生一芯”计划中，团队也收到了更多来自学生提交的代码补丁和其他反馈。学生在“一生一芯”计划中获得成长，然后反哺“一生一芯”计划，这也充分体现“一生一芯”计划“开源、共享”的属性。
在包云岗看来，“一生一芯”计划在一定程度上打破了计算机专业教育资源不平衡的壁垒。“中国有上千所普通地方院校，其实每所高校都有一些很有潜力的芯片人才。”包云岗说，“如果能全部发挥他们的天赋，对中国处理器芯片的人才储备来说，意义重大。”
“学生表现出的战斗力是惊人的”
“一生一芯”计划瞄准的处理器芯片，其设计基于开源指令集。
这是包云岗团队的有意选择。他们希望，这是一步具有战略意义的“先手棋”。
指令集是计算机软硬件生态运行的逻辑基础。两家国际计算机巨头公司的指令集手册分别有5000页和2700页之巨。庞大繁杂的手册，是数以万计的工程师数十年的智慧结晶，是当代社会生产生活运行的基石。
然而，是基石，也是围墙。
“你能想象，全世界所有的螺钉螺母，需要一家公司来授权生产规格吗？”包云岗说，“这么荒谬的事，却发生在计算机领域。”
巨头是指令集的创造者，也是垄断者。包括处理器芯片在内，外界基于指令集研发软硬件，必须支付高昂的专利费用。“开源、共享”被视为计算机时代的圭臬，它却建立在封闭之上。
和包云岗一样，近年来，国际上学界、业界无法忍受现状的声音越来越多。一种新的开源指令集RISC-V应运而生，这相当于由各方协商制定出行业标准，然后各企业依据标准生产产品。
这或将成为下一代处理器芯片的研发方向。各主要国家均已开展相关研究和产业布局。
从这个角度说，“一生一芯”计划培养的学生，将在未来的变革浪潮中大显身手。
包云岗对此很有信心。“一生一芯”计划首批5名本科生，全部加入中国自主研发的开源高性能RISC-V处理器“香山”的研发团队，并成为技术骨干。
后续几期成功流片的学生，其深造和就业去向也令人鼓舞。“学生表现出来的战斗力是惊人的。等到他们30岁时，就可以说已经是处理器芯片和计算机系统设计领域的‘老兵’了。”包云岗说。
时间回到2019年8月。“一生一芯”计划启动的那天，正是北京闷热的夏日。大家齐聚包云岗的办公室，有人穿着短裤，有人趿着拖鞋。在十分不严肃的氛围中，他们开始了一项严肃的探索。
此后的时光里，6期计划陆续执行。4年来，共计600余名学生通过“一生一芯”计划不同阶段的能力考核学习完全部课程，100余名学生成功流片。其间，他们经历了自我怀疑与否定，在黑夜里苦苦探索问题的解决方案。在山重水复疑无路的痛苦中，他们于不知不觉间，轻舟已过万重山。
包云岗手机里珍藏着一段视频，那是学生拿到自己设计的芯片后进行测试的画面。每名学生都记录下芯片“点亮”的瞬间，显示器上，出现最多的画面是“一生一芯”的标志，和显眼的“谢谢”。
《中国教育报》2024年04月10日第1版
作者：本报记者 张晨 高毅哲