踩坑、挖坑，再从坑里爬出来

　　其实，在学生们面前的，是一条未有人走过的路。

　　难度究竟如何，耗时需要多久，可能会有什么坑……通通都是未知数。没有导航，他们需要自己打怪升级，自己试错尝试。

　　当然，他们也并非是在白纸上作画。

　　教师团队已经制定了总体方案，确定了技术路线，选择好了基础平台，搭建了开发环境，也选定了流片工艺和班车。五位学生真正动手之前，一支实力强大的教师团队，为学生的乘风破浪，做好了保驾护航的准备。

　　做芯片，其实分为前端和后端。前端主要是做设计，用数字电路的方式实现处理器的功能；后端则是用物理元件来实现这些设计。

　　“要说芯片都是我们做的，并不准确。其实我们只是做了前端的逻辑设计部分。”王凯帆强调。

　　他尝试用最通俗的语言向科技日报记者解释设计芯片是怎么一回事——类似于画一张大楼的施工图纸。只不过，呈现这张图纸，用的不是线条，而是一种叫做Chisel的硬件语言。

　　此前，包云岗团队中的博士生余子濠为南京大学开发了一款教学用RISC-V处理器，“一生一芯”计划的学生要在此基础上进行改进，把师兄搭建的房子，改建得更舒服、更亮堂。

　　包云岗说，在实际产品研发和科研工作中，也往往不是从头开始，更多是在已有基础上，增加新功能，提高性能。“这培养的是学生‘理解—消化—创新’的能力。”

　　大家采用了当下流行的“敏捷开发”模式：每人负责一个或几个模块，齐头并进，多线推进，然后合龙。

　　“一生一芯”计划的目标很明确：在芯片上运行Linux系统，支持基本的输入输出设备。

　　先解决“能不能”“对不对”的问题，再来看“快不快”“好不好”。

　　对新手施工设计团队来说，他们盖的第一栋房子，要保证的是屹立不倒。“要是哪面墙放错了地方，或者墙体本身设计的承重强度不够，整栋楼也就塌了。”王凯帆说。

　　从2019年8月正式动手设计，到12月中旬交付设计图纸，五人组踩过坑，给别人挖过坑，也挣扎着从坑里爬出来过；他们曾熬夜和不知躲在哪里的错误死磕，还要对抗可能拖延队友进度的焦虑。

　　团队成员金越负责的是片上系统。除了中央处理器，在系统内还有五个控制器来实现具体功能。“就像大脑需要控制四肢让人体运动一样。”金越说。

　　这些控制器的代码是由开源社区提供的，但团队并不清楚这些控制器是否适合他们设计的这款芯片。金越需要编写驱动软件，测试外设控制器是否设置正确，能否正常工作。

　　“要是出现问题就很麻烦了。到底是我的软件写错了，还是外设控制器本身有问题？如果是外设控制器有问题，到底是哪个有问题？”变量太多，排列组合下来，测试复杂得让人头疼。

　　“做验证的那几天，几乎没怎么睡过觉。”金越半夜对着电脑，查手册，查代码，查波形，怀着点“我就不信邪”的不忿：“我一定要把这个东西弄出来。”

　　导师团队可以为迷茫的学生指出大概的方向，但这个方向上会碰到什么，要上山还是要过河，还是得靠学生自己尝试。

　　寻找问题究竟出在哪，是几乎每个计划参与者都会提到的“痛苦”经历。王华强说，这就是一个“按下葫芦起了瓢”的过程。

　　作为团队唯一的女将，张林隽负责的部分是预取器。你进入了一间图书馆，想找到一本书。靠你最近的书架，能放的书最少；而更深处的书架，放的书更多，但你走过去的耗时也长。预取器好比那位了解你喜好的图书管理员，他提前将他认为你会拿的书放在离你最近的书架，节省你的查找时间。

　　“在实现这个功能的时候，我想当然地认为，预取器应该放在L1 Cache也就是一级缓存内。”一级缓存，相当于那个离你更近的但是容量更少的书架。但奇怪的是，加入预取器后，芯片的性能反而受到了影响，芯片的信息处理速度变慢了。

　　她花了一个月的时间来找问题，一个一个排查、修改和调试。后来，张林隽被提醒说，可能是预取器放置的位置不对。“哎，很崩溃，之前写的东西就没用了，又要重来。”将预取器挪到二级缓存后，困扰她一个月的问题终于消失了。

　　在真正动手之前，没人想过，问题竟然会在这等着他们。

　　学生们在总结时写道，课程作业就像直接给人采摘的果园，“一生一芯”计划却是给一片荒地和几棵树苗，从开垦种植到施肥都要自己动手，并且还不知道这样能不能结出果实。“不知为何，从0开始种出的果实好像要更甜一些。”他们说。