最硬核毕业证书！五位本科生4个月造出芯片毕业

“如何评价中国科学院大学（以下简称国科大）‘一生一芯’计划？”

在某问答网站上，这个问题获得了超千万的关注热度。

五位本科生，主导完成了一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片。这款芯片，被称作他们的 “最硬核毕业证书”。

和芯片有关的新闻，总能牵动国人的心。

而当主角成为几个“带芯毕业”二十出头的年轻人，就更加引人好奇。

网上的声音多种多样，有人鼓掌，有人唱衰，有人将它和中国芯片产业联系起来，写了洋洋洒洒长篇分析。

如今，五位学生已经开始了新的工作。他们正在深圳，参与新的更高性能芯片的设计。

8月中旬，他们还多了个新身份——第二期“一生一芯”计划的助教。

本科生做芯片，天方夜谭吗？

芯片是今年五月底快递到王华强家的。

它大概一元硬币大小，上面刻着 “COOSCA-01”和“一生一芯”的字样，还有国科大的Logo。

COOSCA是一个内部代号，是国科大计算机科学与技术学院的三门课程——计算机组成原理、操作系统和计算机架构的缩写。“一生一芯”则是计划的名字，意思是让每位本科生带着自己设计的处理器芯片毕业。

受新冠肺炎疫情影响，今年国科大的本科毕业答辩在线上进行。

学生王华强代表“一生一芯”团队，向答辩委员会的老师远程展示了芯片。

他把芯片装上测试板，用串口线将测试板与电脑连接，打开电脑上的终端软件，按下测试板上的复位键，运行了几个简单的程序——Linux系统跑起来了。

王华强在远程毕业答辩时展示芯片运行过程。图源：包云岗知乎回答

然而，去年夏天，“一生一芯”计划参与者张紫飞第一次听到该计划时的第一反应却是“天方夜谭吧”。

让几个本科生用几个月时间，设计出一枚能够运行Linux这样复杂操作系统的芯片，可能吗？

“一生一芯”计划负责人、国科大计算机学院教授、中国科学院计算技术研究所先进计算机系统研究中心主任包云岗则觉得，在开源时代，将芯片设计的门槛降下来，是可能的。

包云岗对2008年至2017年计算机体系结构国际顶级会议论文第一作者做过分析，只有4%来自中国的高校和科研院所。

中国的处理器芯片设计界，缺人。

开放指令集RISC-V与芯片敏捷开发语言Chisel，能使开发效率数量级提升。

RISC-V，正是包云岗近几年的研究重心。这一指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

2018年时，包云岗就隐约意识到，RISC-V对人才培养会有帮助。2019年5月，华为被美国商务部列入实体名单，人才危局必须尽快找到出路。包云岗迅速将他模糊的想法细化：让学生学习并实践芯片敏捷设计方法，通过大学流片计划完成芯片制造。

2019年8月，“一生一芯”计划正式启动。这是一次教学实践。

国科大校领导认为，它会掀起本科教学改革的新篇章。

五位参与的学生是金越、王华强、王凯帆、张林隽和张紫飞。

他们都是国科大计算机科学与技术学院2016级本科生，那时也都已通过了中国科学院计算技术研究所的保研夏令营，成为首批吃螃蟹的人。

踩坑、挖坑，再从坑里爬出来

其实，在他们们面前的，是一条未有人走过的路。

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。

芯片设计开发历程。图源：包云岗知乎问答

“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。

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。

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。”

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，常常是 “按下葫芦起了瓢”。

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。

参与“一生一芯”计划的五位学生，从左至右依次为王华强、张林隽、金越、王凯帆和张紫飞

“我们只是知道了从山底到半山腰的路怎么走”

2019年12月，这款芯片的设计版图正式提交，基于中芯国际110nm工艺完成投片。

平时上课或者比赛，学生也需要从零开始完成一次芯片设计。但在课堂实践中，并不需要测试得太完备，只要设计出的芯片能通过老师给的几个测试点，就算成功。在“一生一芯”计划中，没有这些被预先设计好的“测试点”。你必须考虑全面，细心谨慎。

无可否认的是，压力更大。

此前的芯片设计，更像是“纸上谈兵”，成功了固然好，失败了好像也无所谓。但是这次，投入真金白银去流片，能不能用，几个月的努力会不会打水漂，流片后就能见分晓。

这是第一期“一生一芯”计划，大家都希望能开个好头。等待的日子，他们忐忑又兴奋。

2020年4月23日，学生们从微信群里得知，他们亲手设计的处理器芯片返回了。

但这并不是终点，还需要进行测试验证。

“从底层PCB版图、内存颗粒到中间处理器设计、再到上层操作系统、应用软件，每个层次都可能出问题。哪怕一个小问题，都会造成芯片无法正常工作。”包云岗说。

这段测试经历，同样也是一波三折，甚至有点戏剧性。

芯片回来后，团队里的老师们上手测试了几颗，结果芯片真的就是块“砖”，没有任何输出。一阵忙乱后他们才发现，原来是主板上的一根电源线接错了，芯片“出师未捷身先死”，被烧坏了。

后来，又因为一个串口时钟频率设置问题，芯片性能始终不正常。折腾了一段时间，芯片才被调整到最佳状态。

6月2日，在毕业答辩现场，王华强展示了芯片的工作流程。

后来，王凯帆还将国科大操作系统课程上同学们自己编写的UCAS-Core移植到了COOSCA核上，用自己写的CPU，运行了自己写的操作系统。

到深圳后，张紫飞才第一次看到自己设计的芯片。

“第一次看到时就觉得，这芯片比我们想象得小啊，好像还有点简陋。”张紫飞开玩笑道，“但是母不嫌儿丑嘛。”

国科大的学生将自己的母校简称为“果壳”，所以，果壳（nutshell）也就成了“一生一芯”计划首款芯片的正式名字。

王华强在今年7月RISC-V年中技术研讨会上介绍了果壳的设计细节和开发过程中的经验体会。

9月3日，王华强将代表团队向全球同行介绍“果壳”的设计，这也将是“果壳”首次在国际舞台上亮相。

“国科大学生硬核毕业证书”一度成为网上的热议话题，但被当成“大神”膜拜的几位学生，无意将这一项目做过多拔高。

金越打了个比方：“现在，我们只是知道了从山底到半山腰的路有多难走，还不知道从半山腰到山顶的路有多难走。”

也正是因为攀过山、爬过坡，学生们知道自己都是新兵，经验和能力上都有欠缺，还需淬炼。

“一生一芯”计划负责人、中科院计算所研究员包云岗在讲解芯片。受访者供图

他们的平均年龄，只有21.8岁。

包云岗说，等他们30岁时，就可以说已经是处理器芯片和计算机系统设计领域的“老兵”了。无论他们是进入业界还是学界，创造力会得到更大的发挥和展现。“我对这批年轻人的未来充满期待。”

“一生一芯”计划二期已经启动。

据包云岗介绍，二期的学生增加到13位。除了国科大外，还有来自浙江大学、南京大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学（深圳）和美国密歇根州立大学等五所高校的同学。

(来源:科技日报)

Qi20鉴权芯片全面解读，四款市面主流鉴权芯片汇总

前言

日常生活中，常见内置安全芯片的产品有银行卡、身份证、社保卡、地铁卡、公交卡等产品，目前，安全芯片已被广泛应用在消费、支付、交通等领域里。

安全芯片就是可信任平台模块，是一个可独立进行密钥生成、加解密的装置，内部拥有独立的处理器和存储单元，可存储密钥和特征数据，为产品提供加密和安全认证服务，保障产品使用过程中的安全。安全芯片主要是用于防伪认证、通讯保护、数据保护，通过加密生成或设计出一个能够储存在硬件中的密钥，当验证通过后才能正常使用，从而实现保护产品安全。

Qi标准的鉴权芯片，最早是为了在Qi 1.3中引入对获得Qi认证的无线充电器进行身份验证需求产生的，鉴权芯片又被称为安全芯片，具有多样化功能，相比较常规的MCU芯片，鉴权芯片更加强调安全性，它可以用硬件实行安全算法，提供防伪认证、通讯保护、保护密钥数据等功能，Qi2标准进一步推动鉴权芯片的普及。

什么是Qi2无线充电标准

WPC 最新 Qi2 无线充电标准，以苹果 MagSafe 为基准优化的 MPP 协议，方便用户无线充电时对准和使用，拥有更好的兼容性和充电效率。WPC 对其进行规范化和标准化，并集成鉴权验证，更好的优化实用性和便利性，更好的推进无线充电普及。

Qi2 认证需要产品包括 EPP 和 MPP 发射区域，并且必须包含鉴权。单一BPP的无线充电器不能进行 Qi2 认证，在多合一的无线充电器中，可以包含BPP，但是至少要包含一个 EPP 或者 MPP。

Qi2 认证须通过 ATL 验证，目前WPC授权实验室共 11 家，此前充电头网已做了相关整理。

Qi2 带来巨大机会的同时，也对无线充电系统提出了更高的技术要求。

为什么Qi2认证要使用鉴权芯片？

Qi2标准的发布，让无线充电市场焕发出新的活力，Qi2标准强制要求充电器支持高度安全的鉴权方法，即在Qi充电器里面内置一颗鉴权芯片。如果无线充厂商想自家产品支持Qi2标准，就需要内置鉴权芯片来完成，但鉴权芯片需要经过复杂的认证环节才能成功，所以无线充厂商不能绕开鉴权芯片来获得Qi2认证，保护了Qi2标准的安全和稳定性，同时在一定程度上保障了用户Qi2产品的安全与质量。

而鉴权芯片也需要认证，并且认证流程较为复杂。但是，企业可以选择其中的 MCSP（制造商 CA 服务提供商）完成认证流程中的多数环节，省去不必要的麻烦。充电头网之前已经整理了WPC 官网公布的 MCSP ，方便大家进行查阅。

充电头网不完全统计了4款目前市面上广泛采用的Qi2鉴权芯片，可帮助产品顺利通过Qi2认证。

以下排名不分先后，按企业英文首字母排序。

Qi2鉴权芯片

Fmsh 复旦微

复旦微FM1230

复旦微FM1230支持DES/TDES、AES、SM4对称算法，RSA、ECC、SM2非对称算法和SHA1、SHA224、SHA256、SM3杂凑算法等安全算法，具备多种防护能力，支持对称和非对称加解密运算、安全存储、身份认证等功能，可用以接触式的ESAM/PSAM模块，SE安全模块等应用领域。

复旦微FM1230实物展示。

复旦微电子的FM1230提供SOP8和DFN12封装，以满足多种系统应用需求。根据充电头网的了解，目前市面上一鑫研创、辰芯半导体、伏达半导体、南芯科技、维普创新、劲芯微推出的Qi2 MPP无线充电模组均采用了这款安全芯片。

Infineon 英飞凌

OPTIGA™ Trust X

英飞凌 OPTIGA™ Trust X基于先进的安全控制器，通过使用ECDSA进行相互认证和利用DTLS进行安全通信，内置了防篡改的非易失性存储器，用于安全存储。此外，它还搭载了支持ECC 256、AES-128和SHA-256的对称/非对称密码引擎，极大地增强了整个系统的安全性。

OPTIGA™ Trust X带有预编程的OS/应用代码锁定，同时还包含主机端模块，可轻松与主机微控制器软件集成。其温度范围为-40°C至+105°C，搭配标准化的I²C接口和紧凑的PG-USON-10-2封装，有助于在现有的生态系统中方便地进行集成。

ST 意法半导体

STSAFE-A110

STSAFE-A110可运行在CC EAL5+平台上，是一种高度安全的认证解决方案，安全性通过独立第三方认证。 它的命令集可以确保强大的设备认证能力、监视设备使用情况、协助附近主机建立安全通道(TLS)以及保护主机平台的完整性。

STSAFE-A110可与远程主机建立安全通道，跟传输层安全（TLS）握手，有着签名验证服务，可使用安全计数器进行监控，与主机应用处理器配对和建立安全通道，对数据进行最多16个密钥的加密和解密，并可在芯片上生成密钥对，预装有Sigfox™ 或 LoRaWAN® 凭证，支持帧签名、验证、加密和解密。

在安全上，STSAFE-A110内部集成最新一代高度安全的MCU，每一个芯片上都有唯一的序列号，具有主动屏蔽、监测环境参数、防范侧信道攻击等功能，支持先进的对称和非对称加密，使用NIST或Brainpool 256位和384位曲线的椭圆曲线加密（ECC）、使用SHA-256和SHA-384的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），用于数字签名的生成和验证，带有逻辑和物理攻击保护的安全操作系统和用于认证和数据管理的安全内核，大大提高安全性。

在硬件上，STSAFE-A110具备高可靠性的CMOS EEPROM技术，可在25℃下保持30年的数据保留和具有五十万次擦除/编程循环耐久性，可承受1.62V至5.5V的连续供电电压，在-40℃-105℃的环境下稳定工作。

Tsinghuaic 紫光同芯

紫光同芯T9系列鉴权产品

紫光同芯T9系列鉴权产品涵盖多种规格和不同等级，包括消费类、工业类和车规类产品。紫光同芯致力于提供更小、更集成化的解决方案，以适应有限的板级空间和资源占用要求，特别适用于消费类产品。

紫光同芯也为汽车无线充电产品提供高可靠性的解决方案，通过AEC-Q100认证，满足汽车行业的要求。此外，紫光同芯的产品还具备更多的用户定制空间，以满足不同功能应用需求。无论是消费类、工业类还是车规类产品，都可以提供快速集成套件，有助于厂商缩短产品导入的周期。

紫光同芯T9系列产品开发包具备多项优势。该开发包已满足WPC要求的资质，并通过了WPC的审核，已经成为其MCSP供应商之一。

此外，紫光同芯将会提供详细的手册，以协助无线充电厂商了解产品特性和参数。一旦决定导入紫光同芯的产品，紫光同芯将提供MCU端的中间件和调试示例，帮助客户更好地集成产品。紫光同芯还提供前期的DEMO版和测试版，以便客户快速进行连接和测试。一旦DEMO板制作完成，紫光同芯还将提供带有测试证书的样片，加快实验室认证的过程。同时，紫光同芯具有遍布全国各地的办公室和技术支持，可以提供现场支持服务，协助厂商快速通过认证。在最终量产阶段，紫光同芯将会把相应证书写入芯片，实现快速交付能力。

充电头网总结

自前不久WPC在23年11月开始启动Soft-Launch认证测试，目前已有多家无线芯片厂商研发出了Qi2MPP无线充电模组，在这些无线充电模组中就需要采用这些Qi2鉴权芯片来保障充电设备和接收设备之间的通信安全。

充电头网致力于成为各大数码爱好者，电子工程师了解最新电子技术动态的桥梁，汇总了目前较为广泛采用的四款Qi2鉴权芯片，相信这些信息可以帮助各位了解详细信息，从而推动无线充电行业发展。

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