圖為部分LZU_GERM芯片

　　

　　近日，隨著(zhù)一件快遞的到來(lái)，蘭州大學(xué)迎來(lái)了它的首顆極大規模全異步電路芯片。這是由蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院何安平領(lǐng)銜的異步電路與系統團隊設計并成功流片的120顆名為L(cháng)ZU_GERM的芯片。該芯片采用40納米工藝制程，在每顆僅有96平方毫米的芯片上共集成了3.5億晶體管和1512個(gè)CPU，且每顆芯片的功耗僅有98毫瓦。這些芯片在2021年4月底完成設計，并于2022年5月成功回片。

　　

　　異步電路的優(yōu)點(diǎn)主要在于低功耗，而難點(diǎn)在于沒(méi)有時(shí)鐘電路作為芯片的全局驅動(dòng)電路，并且主流的商用EDA軟件均是針對同步電路設計的軟件。國內優(yōu)秀的同步電路設計團隊很多，但是異步電路設計團隊卻寥寥無(wú)幾，有能力生產(chǎn)芯片的團隊就更是少之又少。國外從很早就注意到了異步電路的優(yōu)勢并開(kāi)始了研究，但是對中國卻有嚴格的技術(shù)封鎖。何安平帶領(lǐng)團隊歷經(jīng)9年時(shí)間，從異步電路設計方法學(xué)開(kāi)始，一直探索到芯片設計。在主流商用EDA軟件的基礎上，逐漸突破了異步驅動(dòng)邏輯設計、異步時(shí)序約束、大規模異步電路設計和設計穩定性驗證等一系列芯片設計問(wèn)題。這款芯片也正是他們團隊研究成果的集合，團隊采用國際上最先進(jìn)的異步電路設計方法，在這一枚枚小小的芯片上，每一個(gè)異步的CPU核都將由異步的mesh網(wǎng)絡(luò )連接，數據在CPU中運算后會(huì )被mesh網(wǎng)絡(luò )廣播到各個(gè)路由節點(diǎn)，并被目標路由節點(diǎn)抓取。這樣的工作機制非常適合用于現如今大家非常熟知的類(lèi)腦計算和其他高并發(fā)計算領(lǐng)域。在國外，Intel、IBM等公司已經(jīng)用Loihi、TrueNorth等芯片證明了用異步電路做類(lèi)腦計算，無(wú)論是在功耗上還是在性能上均比同時(shí)期的同步電路優(yōu)越。而國內的大規模異步電路設計尚處于初級階段，未來(lái)可期。同時(shí)，何安平團隊基于異步電路設計的EDA軟件“拼圖”3.0版歷經(jīng)兩次迭代，日臻成熟，成為中國自主研發(fā)的第一個(gè)異步電路EDA（電子設計自動(dòng)化）軟件，并在OpenI網(wǎng)站開(kāi)源。

　　

　　近年來(lái)，信息科學(xué)與工程學(xué)院不斷加強學(xué)科建設，提升科研水平，攻堅“卡脖子”難題，面向集成電路設計、芯片制造和晶圓制備等方向進(jìn)行創(chuàng )新性研究，做好科研的同時(shí)反哺教學(xué)，形成教學(xué)科研良性循環(huán)，結合產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求，強化學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)和實(shí)踐能力培養。2021年，學(xué)院?jiǎn)?dòng)了“一生一系統”的新型人才培養機制，通過(guò)開(kāi)展由本科生主導的CPU設計、電路板開(kāi)發(fā)和操作系統和編譯器移植項目，提升學(xué)生的系統創(chuàng )新能力和工程能力，也為學(xué)院“新工科”建設之路進(jìn)行了有益嘗試和探索。目前以2019級計算機專(zhuān)業(yè)梁澤成為代表的本科生已經(jīng)完成了面向RISC-V指令集的嵌入式CPU研發(fā)，綜合性能對標已商用的“蜂鳥(niǎo)”CPU，將于2022年7月流片試生產(chǎn)，電路板和軟件開(kāi)發(fā)正在按計劃穩步推進(jìn)。               　(蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)