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蘭州大學(xué)5月20日發(fā)布消息說，由該校信息科學(xué)與工程學(xué)院何安平團(tuán)隊自主研發(fā)設(shè)計的我國首個極大規(guī)模全異步電路芯片流片試生產(chǎn)成功。

流片，是指像流水線一樣通過一系列工藝步驟制造芯片。

該團(tuán)隊設(shè)計并成功流片的120顆名為LZU_GERM的芯片，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(shè)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)在于沒有時鐘電路作為芯片的全局驅(qū)動電路，并且主流的商用EDA軟件均是針對同步電路設(shè)計的軟件。國內(nèi)優(yōu)秀的同步電路設(shè)計團(tuán)隊很多，但是異步電路設(shè)計團(tuán)隊卻寥寥無幾，有能力生產(chǎn)芯片的團(tuán)隊就更是少之又少。何安平帶領(lǐng)團(tuán)隊歷經(jīng)9年時間，從異步電路設(shè)計方法學(xué)開始，一直探索到芯片設(shè)計。在主流商用EDA軟件的基礎(chǔ)上，逐漸突破了異步驅(qū)動邏輯設(shè)計、異步時序約束、大規(guī)模異步電路設(shè)計和設(shè)計穩(wěn)定性驗(yàn)證等一系列芯片設(shè)計問題。

這款芯片也正是他們團(tuán)隊研究成果的集合，團(tuán)隊采用國際上最先進(jìn)的異步電路設(shè)計方法，在這一枚枚小小的芯片上，每一個異步的CPU核都將由異步的mesh網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)在CPU中運(yùn)算后會被mesh網(wǎng)絡(luò)廣播到各個路由節(jié)點(diǎn)，并被目標(biāo)路由節(jié)點(diǎn)抓取。這樣的工作機(jī)制非常適合用于現(xiàn)如今大家非常熟知的類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腦計算，無論是在功耗上還是在性能上均比同時期的同步電路優(yōu)越。而國內(nèi)的大規(guī)模異步電路設(shè)計尚處于初級階段，未來可期。同時，何安平團(tuán)隊基于異步電路設(shè)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)的第一個異步電路EDA（電子設(shè)計自動化）軟件，并在OpenI網(wǎng)站開源。

近年來，蘭大信息科學(xué)與工程學(xué)院不斷提升科研水平，攻堅“卡脖子”難題，面向集成電路設(shè)計、芯片制造和晶圓制備等方向進(jìn)行創(chuàng)新性研究。2021年，學(xué)院啟動了“一生一系統(tǒng)”的新型人才培養(yǎng)機(jī)制，通過開展由本科生主導(dǎo)的CPU設(shè)計、電路板開發(fā)和操作系統(tǒng)和編譯器移植項(xiàng)目，提升學(xué)生的系統(tǒng)創(chuàng)新能力和工程能力，也為學(xué)院“新工科”建設(shè)之路進(jìn)行了有益嘗試和探索。目前以2019級計算機(jī)專業(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(biāo)已商用的“蜂鳥”CPU，將于2022年7月流片試生產(chǎn)，電路板和軟件開發(fā)正在按計劃穩(wěn)步推進(jìn)。（文：新甘肅·奔流新聞記者 武永明）（圖：蘭州大學(xué)提供）