中學(xué)生也能玩轉(zhuǎn)RISC-V？揭秘中國(guó)“芯”教育與人才培養(yǎng)
7月18日，第五屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)同期舉辦了教育與人才培養(yǎng)分論壇，多家高所院校的教授和學(xué)者與RISC-V企業(yè)代表們共談人才話題，助力構(gòu)建具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的RISC-V人才培育和發(fā)展體系。
高所院校：培養(yǎng)實(shí)踐型、開(kāi)放式、大規(guī)模人才
在論壇現(xiàn)場(chǎng)，一位年輕靦腆的男同學(xué)引來(lái)一陣掌聲。他來(lái)自北京市第一〇一中學(xué)，是一位普通的高中生。兩年前他參加“一生一芯”計(jì)劃，如今他的芯片已進(jìn)入流片階段。
這絕不是個(gè)例。數(shù)據(jù)顯示，截至2024年12月，“一生一芯”累計(jì)參與人數(shù)超過(guò)1萬(wàn)人，覆蓋了國(guó)內(nèi)外800余所高校，累計(jì)官網(wǎng)可查正式學(xué)員1163名、流片學(xué)員90名。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)研究所博士、北京開(kāi)源芯片研究院工程師余子濠介紹，于2019年8月啟動(dòng)的“一生一芯”計(jì)劃是高標(biāo)準(zhǔn)、低門(mén)檻的教學(xué)方案，覆蓋從中學(xué)到研究生的知識(shí)。不限學(xué)校、年級(jí)、專業(yè)、基礎(chǔ)，只要學(xué)生對(duì)處理器芯片設(shè)計(jì)感興趣，都能免費(fèi)報(bào)名參加，并資助完成學(xué)習(xí)計(jì)劃的在校生免費(fèi)流片。該計(jì)劃通過(guò)開(kāi)放式教育，打破教育資源壁壘，加速培養(yǎng)我國(guó)處理器芯片緊缺人才。
據(jù)介紹，“一生一芯”的組成包括教學(xué)方案、技術(shù)支撐、組織運(yùn)營(yíng)、社區(qū)合作四方面，其中覆蓋了包括SoC、EDA、PCB等諸多關(guān)鍵詞，不僅培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于軟硬協(xié)同方面的能力，還會(huì)培養(yǎng)學(xué)生處理器芯片前后端全鏈條能力。
面向不同學(xué)段的學(xué)生群體的培養(yǎng)計(jì)劃還有“東山計(jì)劃”。
山東大學(xué)智能創(chuàng)新研究院/軟件學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師戴鴻君介紹了即將推出的“東山RISC-V人才培養(yǎng)計(jì)劃”。目標(biāo)到2030年以前，計(jì)劃讓超過(guò)1萬(wàn)名中學(xué)生、本科生和研究生使用RISC-V相關(guān)資源，并實(shí)現(xiàn)10萬(wàn)次基于RISC-V開(kāi)源項(xiàng)目的代碼提交，讓學(xué)生親身體驗(yàn)RISC-V的開(kāi)源生態(tài)。
戴鴻君強(qiáng)調(diào)，“東山計(jì)劃”面向不同學(xué)段的學(xué)生群體。對(duì)于初中生，主要以培養(yǎng)興趣為主。針對(duì)高中生，山東大學(xué)已與山大附中探討啟動(dòng)“芯苗計(jì)劃”，并與“一生一芯”項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)接。準(zhǔn)大一新生將獲得相關(guān)材料，大一新生將完成基于“東山派”的實(shí)驗(yàn)作業(yè)。大二學(xué)生將深入學(xué)習(xí)組成原理和操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程。從大三開(kāi)始，學(xué)生可以參加各類比賽。研究生則有機(jī)會(huì)參與更深入的研究和實(shí)習(xí)。這是一個(gè)完全面向教學(xué)和學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃。
接下來(lái)，高校教授們談到RISC-V應(yīng)用于實(shí)際教育課程中的經(jīng)歷和心得。
上海科技大學(xué)信息學(xué)院副教授劉思廷將RISC-V應(yīng)用于其所教授的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和AI芯片設(shè)計(jì)這兩門(mén)核心課程中。他指出，傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)課程通常采用非開(kāi)源指令集如x86或Arm，嚴(yán)重限制了學(xué)生對(duì)體系結(jié)構(gòu)知識(shí)的實(shí)際掌握，因?yàn)閷W(xué)生無(wú)法親手設(shè)計(jì)這些處理器的內(nèi)核。為此，課程引入了RISC-V這一簡(jiǎn)潔、開(kāi)源且優(yōu)雅的指令集，通過(guò)實(shí)踐深化學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)工作原理、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及優(yōu)化手段的理解。
目前，上?？萍即髮W(xué)的集成電路課程大綱完整覆蓋了從底層器件到電路設(shè)計(jì)、芯片制造流程，直至完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中包括體系結(jié)構(gòu)、EDA、FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。
盡管前景廣闊，RISC-V在全球開(kāi)發(fā)者和高校課程中的普及率仍有待提高。“教學(xué)環(huán)節(jié)是推廣RISC-V處理器、發(fā)展RISC-V生態(tài)的重要環(huán)節(jié)。”北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院教授林金龍表示。目前他已經(jīng)設(shè)置了面向研究生的RISC-V課程，其核心目標(biāo)是“用好處理器”。
林金龍強(qiáng)調(diào)，為了克服這一挑戰(zhàn)，需要加強(qiáng)RISC-V在嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)、開(kāi)發(fā)者社區(qū)建設(shè)以及高等教育課程中的融入。他介紹了北大開(kāi)設(shè)的“嵌入式微處理器系統(tǒng)”課程，這門(mén)48課時(shí)的專業(yè)必修課不僅涵蓋了從基礎(chǔ)的處理器程序開(kāi)發(fā)到高級(jí)的GPU編程等多方面內(nèi)容，還設(shè)置了針對(duì)RV32和RV64兩種RISC-V架構(gòu)的教學(xué)模塊。
林金龍預(yù)告了即將在2025年8月出版的《深入理解RISC-V程序開(kāi)發(fā)》第二版，并表示希望通過(guò)更新線上講座和課件資源，進(jìn)一步推動(dòng)RISC-V技術(shù)在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上的傳播和發(fā)展。他呼吁更多的高校加入到RISC-V的教學(xué)行列中來(lái)，共同促進(jìn)這一新興技術(shù)的成長(zhǎng)與繁榮。
上海交大早在2017年舉辦中國(guó)首次RISC-V研討會(huì)時(shí)，就已開(kāi)始將RISC-V平臺(tái)融入數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的前沿教學(xué)。上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院副教授孫亞男介紹，上海交大構(gòu)建了理論教學(xué)、開(kāi)源平臺(tái)和產(chǎn)業(yè)案例三位一體的教學(xué)框架，貫穿RISC-V SoC芯片全鏈路教學(xué)。
孫亞男還強(qiáng)調(diào)了校企共建平臺(tái)在人才培養(yǎng)中的重要作用。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)支持下，自2016年開(kāi)始策劃，于2017年正式設(shè)立校企共建課程。至今，已有30多家頂級(jí)芯片龍頭企業(yè)和超過(guò)130位企業(yè)骨干專家參與授課。
隨著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的快速擴(kuò)展，市場(chǎng)對(duì)具有RISC-V架構(gòu)和DFT技能的復(fù)合型人才需求激增。然而，目前學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界之間存在脫節(jié)，傳統(tǒng)微電子課程往往側(cè)重于理論知識(shí)，缺乏基于RISC-V架構(gòu)下的DFT實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。西安交通大學(xué)微電子學(xué)院梁峰教授指出，這種脫節(jié)導(dǎo)致高校畢業(yè)生難以迅速適應(yīng)企業(yè)實(shí)際工作環(huán)境中的DFT工具鏈和流程要求。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，梁教授分享了西安交大針對(duì)研究生的課程，涵蓋了掃描鏈插入、自動(dòng)測(cè)試向量生成（ATPG）、以及測(cè)試覆蓋率分析等總計(jì)32課時(shí)的章節(jié)內(nèi)容。課程旨在通過(guò)全流程DFT設(shè)計(jì)實(shí)踐和真實(shí)案例教學(xué)，如來(lái)自芯來(lái)科技和平頭哥的合作項(xiàng)目，幫助學(xué)生掌握從概念到實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程，從而為國(guó)產(chǎn)RISC-V芯片產(chǎn)業(yè)儲(chǔ)備關(guān)鍵技術(shù)人才，解決 RISC-V DFT 領(lǐng)域人才短缺問(wèn)題。
企業(yè)助力：推動(dòng)人才培養(yǎng)與技術(shù)創(chuàng)新的核心引擎
在當(dāng)代教育與產(chǎn)業(yè)深度融合的大潮中，企業(yè)不僅是市場(chǎng)的主體，更是推動(dòng)人才培養(yǎng)與技術(shù)創(chuàng)新的核心引擎??。在教育與人才培養(yǎng)分論壇現(xiàn)場(chǎng)，還邀請(qǐng)到兩家深度參與人才培育的企業(yè)代表來(lái)分享成功經(jīng)驗(yàn)。
作為國(guó)內(nèi)首批采用RISC-V技術(shù)的公司之一，賽昉科技在教育領(lǐng)域提出了三個(gè)主要板塊的方案：智慧校園、高等教育及創(chuàng)客競(jìng)賽。通過(guò)AI實(shí)驗(yàn)室、科技館等形式讓學(xué)生體驗(yàn)前沿科技的魅力；為高校提供教材、課程和實(shí)驗(yàn)裝備，幫助學(xué)生深入理解并掌握RISC-V技術(shù)；同時(shí)，針對(duì)創(chuàng)客和競(jìng)賽需求開(kāi)發(fā)了專門(mén)套件，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。
賽昉科技銷(xiāo)售總監(jiān)范健提到了幾個(gè)實(shí)踐案例，如與無(wú)錫某中學(xué)合作開(kāi)展的RISC-V+AI課程項(xiàng)目，學(xué)生們利用傳感器采集數(shù)據(jù)并通過(guò)AI應(yīng)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能生態(tài)魚(yú)缸管理；此外，賽昉科技還與多所知名高校建立了合作關(guān)系，開(kāi)展基于RISC-V平臺(tái)的RISC-V基礎(chǔ)軟件研究、中間件/應(yīng)用軟件適配、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并將研究成果應(yīng)用于高校課程及高校競(jìng)賽，涵蓋高校微電子/集成電路、計(jì)算機(jī)/軟件專業(yè)和電子信息類等專業(yè)。
芯原股份軟件總監(jiān)林時(shí)放詳細(xì)介紹了公司在RISC-V軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)上的最新進(jìn)展以及芯原杯全國(guó)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)大賽。
芯原的RISC-V軟件平臺(tái)——IoT軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和AIoT平臺(tái)，前者是一款雙核異構(gòu)芯片，集成了RISC-V核心和藍(lán)牙核心，支持多種RTOS系統(tǒng)，并適用于音頻、語(yǔ)音識(shí)別等功能；后者則是一個(gè)三核CPU結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)了其在AI應(yīng)用、圖像處理等領(lǐng)域的強(qiáng)大功能。此外，為了克服硬件資源限制，芯原還開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為VSDP的虛擬機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以直接在PC上運(yùn)行，支持RISC-V的RV32和RV64，也搭建了完整的RISC-V軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持多種芯原自有的IP。
接下來(lái)，芯原杯全國(guó)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)大賽將如期而至。該賽事旨在推廣RISC-V技術(shù)，為國(guó)家和企業(yè)培養(yǎng)專業(yè)人才。自2022年以來(lái)，每年的大賽都圍繞不同的主題展開(kāi)，如血氧飽和度檢測(cè)、健身動(dòng)作識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音關(guān)鍵詞識(shí)別等，既考驗(yàn)了參賽者的創(chuàng)新能力，也展示了RISC-V在實(shí)際產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用。
小結(jié)
可見(jiàn)，校企協(xié)同育人是中國(guó)RISC-V、乃至整個(gè)中國(guó)“芯”崛起的必經(jīng)之路。本次論壇呼吁，要大力鼓勵(lì)龍頭企業(yè)深度參與高校人才培養(yǎng)方案的制定、課程開(kāi)發(fā)、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等環(huán)節(jié)，共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新中心或者產(chǎn)業(yè)研究院。最終目標(biāo)是??打造一個(gè)能持續(xù)支撐我國(guó)RISC-V發(fā)展的強(qiáng)大人才“蓄水池”??。
