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【人物】有“芯”者,事竟成——记我校计算机系统能力培养实验班

日期:2022年01月04日    作者:徐楷、袁芳清、任艳美   编辑:齐芳   关注:[]

刻苦勤奋、坚韧执着,重重挑战中他们艰难破局;

满怀热爱、精诚团结,接连失利后他们越战越勇;

精益求精、勇于创新,取得硕果时他们脚步不歇。

在我校有这样一支队伍,怀科技报国之理想,担培养人才之使命,致力计算机核心系统的研究与设计,立志为解决计算机芯片领域“卡脖子”技术难题做出贡献,他们均来自同一个集体——计算机与通信工程学院计算机系统能力培养实验班(以下简称“龙芯班”)。

英才汇聚  使命在肩  于上下求索中勇开新局

计算机系统的发展深刻改变着人们的生产和生活方式,其核心技术主要包括以中央处理器(CPU)和操作系统(OS)为核心的生态系统。近三年来我国芯片每年进口额超3000亿美元,超过了进口石油的花费。面对如此艰难的处境,国内很多的科技企业和科研机构纷纷加大在自主知识产权与核心技术上的研发和投入,突破核心技术封锁。对于高校来说,为国家培养急需的计算机产业化后备人才至关重要。

2019年,在计算机与通信工程学院的推动下,我校积极申请参加教育部高等学校教学指导委员会主导的计算机系统能力培养教改项目,并成为计算机类专业系统能力培养试点高校。

这是一条新的“创业”之路,基于时代对计算机人才的需求,学院将工作核心聚焦到学生的系统观思维以及综合实践能力的培养。2019年,学院组织教师团队访问龙芯中科技术有限公司,邀请“龙芯之父”、中国科学院计算技术研究所总工程师胡伟武教授来校讲座。我校聘请了胡伟武为兼职教授,由此也展开了学校与龙芯中科技术有限公司的产学研合作。

2019年7月,计算机与通信工程学院和龙芯中科技术有限公司联合建立龙芯班,8月5日正式开班授课。

“龙芯班在创立之初确定了三个大目标,一是将中央处理器、操作系统和编译器的设计与实现全打通,培养学生独立设计计算机核心系统的能力;二是参与龙芯合作计划;三是设计出自己的芯片。”计算机与通信工程学院院长刘杰民表示,大目标定好了,还要拆分出不同的小目标,比如培养优秀学生参加系统能力培养三项竞赛(CPU、操作系统和编译系统竞赛),推荐优秀学生参与到龙芯中科实习、就业,等等,希望在芯片设计领域培养出一支具有独立设计能力,能够实现芯片设计与制作全流程的优秀团队。

满怀热爱  同“芯”协力  在历经艰辛后初尝胜利果实

“创业”之路并非一帆风顺,课程设计需要打破常规,参赛队伍连续两年失利,缺乏系统的知识又没有成功的经验……办龙芯班可谓是万事“零开端”。 “CPU设计涉及到的知识面非常广泛,既需要了解数字电子的知识,也要熟悉整个计算机软硬件系统的知识,并且还要掌握电路设计工具与编程语言(Verilog),对我们来说,要学习的东西太多了。”计算机与通信工程学院教师、龙芯班班主任方淼说。

2019年8月5日,龙芯班正式开启了第一个暑期班,备战全国赛,参加的学生将近30人。方淼老师负责编排讲义,每周工作6天,上午上课,下午练习。开学后利用晚上和周末时间继续上课,终于在11月底完成了所有指令的实现。

第二年继续备赛的时候遭遇新冠肺炎疫情,导致老师和同学们无法返校,原有计划无法实现。“不能等,只能抢时间”方淼立即重新制定培训方案。

时间紧,任务重,如何控制进度,保质保量完成任务目标,成为了影响比赛成功与否的关键因素。为了取得好成绩,带队教师方淼制定了详细的赛事日程表,要求全体队员严抓进度,每周两次进度汇报,一次线上例会。

5月,老师在竞赛平台写完并调试完成大部分指令;

6月,参赛队员接连写完指令,完成功能测试;

进度汇报中,队员们陆续传来好消息:完成AXI接口设计,完成性能测试,完成记忆游戏测试,完成CACHE,完成TLB……

“不积跬步,无以至千里”,每一点小小的成就,都使得获奖的希望逐渐明朗。

7月份,参赛队员开始进行分工,进入攻坚阶段。

参赛队员孟祥东负责操作系统的构建,对他而言,这是一个近乎完全陌生的领域。“实验室还没构建起操作系统的基本架构,一开始就得自己摸索,相关的资料寥寥无几且晦涩难懂,看不懂的地方得反复看几十遍,来回尝试。”

相较于高强度、高难度的任务目标,更大的障碍来自实体设备的调试。

当年比赛新推出系统测试。队员们各自在家中,需要调试的实物却在学校的实验室里。关键时刻,指导教师方淼用自己的电脑接在实验箱上,打开视频会议,指导队员们远程进行测试。“结束测试和调试工作时,常常都到了凌晨2点,晚上走在回家的路上,我看着星星,看看学校的风景,总有一种莫名的成就感在心中。”方淼回想起那段经历依然感慨万千。

苦心人,天不负。2020年8月21日,第四届“龙芯杯”全国大学生计算机系统能力竞赛全国总决赛落下帷幕。龙芯班学生斩获个人赛三等奖1项,团队赛三等奖1项,龙芯班师生打破了我校在该项比赛中零获奖的记录,为学校捧回了一张亮眼的成绩单。

创建特色  精益求精  在不懈奋斗中探索发展新模式

赛后,龙芯班师生没有放慢前进的脚步,立即总结经验、谋划发展。如何实现奋斗目标?如何进行有效管理?如何设计课程体系?如何优化培养机制?他们深知,只有解答好这些问题,才能实现龙芯班的长远发展。

回归初心、探索未来,龙芯班努力探索一条具有特色、行之有效的发展之路。奋斗目标方面,龙芯班进一步明确了要着重进行课程体系建设,形成特色人才培养机制的核心关键。将逐步建立起基于EDA工具(vivado)+硬件描述语言(verilog),设计和实现流水线CPU,并基于Linux为自己的CPU设计操作系统(OS)、设计能运行在自己的CPU和OS上的自主编译系统的课程体系。采用教师规划课程大纲,教师和助教团队一起上课,助教团队分组管理和辅导的培养机制模式。在管理制度方面实行教学、科研两手抓模式,一方面根据课程资料,建设教学资源库,编写相关教材和讲义;另一方面,依托龙芯班,组建由教师和助教团队组成的“龙芯-东秦联合实验室”主体,开展进一步的CPU优化、课程探索、自主科研选题等活动。

在这样一套特色培养体系下,龙芯班的队伍越来越壮大。教师团队除了方淼老师和张旭老师,又加入了负责操作系统课程的王鑫老师。同时,龙芯班还凝聚了一批有责任心、能吃苦、肯奉献、有科技报国理想的学员,创造了更加优异的成绩。

2021年,学员杨兆鑫成功考取了中科院计算所龙芯实验室的研究生,学员孟祥东签约龙芯基础软件部。

2021年,龙芯班再度派出团队参加全国大学生计算机系统能力竞赛,最终提交三份作品全部入围决赛,并且取得2项团队赛三等奖,1项个人赛二等奖的优异成绩。

2021年,龙芯班代表参加了第六届全国计算机系统能力培养峰会,在会上介绍了东北大学秦皇岛分校作为试点院校所做的工作以及所取得的成绩,得到了系统能力培养组委会的高度评价。

“千里之行,始于足下”,对于龙芯班来说,当前取得的各项成果只是“创业”路上的小小成绩,距离实现三大目标还有很长的路要走。未来,他们将继续按照制定的目标任务,稳扎稳打,不断向前,为国家计算机系统建设人才培养辛勤耕耘、贡献力量。

(图片来源:计算机与通信工程学院)

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