暑期实践丨“金芯计粤”赴广州、深圳调研支队day1

引言

一枚芯片如何从架构设想变成可运行的硅片？一次科研任务又如何被分解、调度并交由成百上千个计算核心协同完成？带着这些问题，8月3日，同学们先后走进 RIOS 实验室、深研院、前海睿思芯科公司和深圳超算中心。从开放指令集到电子设计自动化，从芯片工程到高性能计算，这次参访把课堂中的抽象概念转化为一条可视化的技术链条，也让大家更真切地理解了“芯片”与“算力”之间相互支撑的关系。

一、走进 RIOS 实验室：

从设计流程理解 RISC-V

上午九点三十分，同学们抵达 RIOS 实验室。实验室负责人郭晨、任磊老师接待了我们，并围绕开源芯片设计、RISC-V 指令集架构以及电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）作了系统讲解。此次交流首先帮助我们建立起一幅完整的技术图景：芯片并不是由某一道工序独立完成的，而是算法、体系结构、数字设计、物理实现、制造工艺和测试验证共同作用的结果。

任磊老师向我们介绍了一颗芯片从想法变成实物的大致过程。首先，工程师会根据实际用途，确定芯片需要实现的功能以及速度、功耗和成本等要求。接着，他们会设计芯片内部的结构，并用代码把这些想法实现，再通过反复测试检查是否存在问题。设计完成后，还要安排各个电路模块在芯片中的位置，同时考虑运行速度、用电和散热等情况。之后设计文件会送到工厂进行“流片”，也就是真正开始制造。晶圆经过多道加工工序后，还要进行测试、切割和封装，最后才能成为我们在手机、电脑等设备中使用的芯片。

这之后，任老师重点介绍了RISC-V。具体来说，RISC-V 是一套开放的指令集架构（ISA——规定软件与处理器硬件之间最基本的“语言”。其设计继承精简指令集计算（RISC）的思想，以规则、简洁的基础指令集为核心，并通过整数运算、乘除法、原子操作、浮点、向量等标准扩展，按需组合。我印象最深的是其提到的模块化思想。任老师举了“乐高”的例子，让我直观感受到模块拼接的高适应性。他还提到高性能芯片的制成会反哺AI辅助芯片架构设计，形成飞轮效应。这些洞见也在之后的睿思芯科探访中也得到了更充分的诠释。

任老师说，芯片的全过程需要精通多方面知识的全才，他鼓励我们在掌握计算机软件知识之余，也需要掌握硬件知识，多多实践，亲自走完流片全流程，会有更多的收获。除去专业的知识讨论，任老师还给我们讲解了深圳的独特开发优势，介绍了深圳产业，研究，政府三者的协同发展，分享了当今软硬件的发展格局。任老师风趣地用“风口上猪都会飞”鼓励我们抓住时代机遇，积极响应时代需求，全面提升个人实力，像“八九点钟的太阳”散发光辉。

集体合影留念

二、深研院交流：

让陌生概念成为

可以追问的问题

第二站，我们来到深研院，与麦宋平老师进行了交流。对于尚处大二阶段的同学而言，集成电路中的许多概念仍然陌生，但知识储备的不足并没有削弱大家的兴趣。相反，从“芯片为什么需要分层设计”到“算法如何映射到硬件”，同学们在聆听中不断提出问题，并尝试用已学的知识建立联系。一次参访的意义并不在于短时间内记住所有术语，而在于把原本遥远的产业问题转化为可以持续学习、验证和讨论的具体问题。此外，麦教授对于软硬件结合的见解进一步丰富了我们对于兼具软硬件能力人才重要性的理解，让我们意识到软件和硬件的相辅相成。

同学们聆听老师讲解

访谈后合影留念

三、探访前海睿思芯科：

在工程实践中

看见责任与创新

临近中午，同学们依然保持着浓厚的求知热情，随后前往前海睿思芯科公司，进一步了解芯片研发与企业成长。

一位接待人员向我们介绍了公司创始人谭章熹博士的创业思路、公司的发展路径与产品迭代。其中，一句话令人印象深刻：“芯片制作的每一行代码，都是中国工程师在中国敲出来的。”谭博在加州大学伯克利分校完成博士学习并在海外创业后选择回国，将个人发展与国家需求结合起来，这种选择也使“爱国、创新、实干”成为企业文化中可感知的一部分。

公司开放而富有活力的工作环境同样给大家留下了深刻印象：大厅里自在交流的员工、时时鸣叫的鹦鹉吉祥物，让严谨的芯片研发多了一份轻松与灵动。

参观公司

随后，在技术人员李工老师和张青老师的介绍下，我们近距离了解了处理器与相关硬件设施，这个过程中，我们进一步认识了 RISC-V 在人工智能与边缘计算时代的机遇。面对快速变化的模型结构和应用负载，通用处理器、GPU 与领域专用加速器各有边界；RISC-V 的开放与可扩展性，为软硬件协同设计和面向场景的定制提供了更大的探索空间。但真正形成竞争力，仍依赖体系结构、编译器、EDA、验证、制造与应用生态的共同成熟。

这使我们不由得又想到了任老师说的那句俗语，如今有了更加全面完善的理解：是的，时代机遇固然重要，但长期投入、工程能力与对机会的判断，同样不可替代。

四、深圳超算中心：

一次计算任务如何

被“超级”执行

下午，我们来到了深圳超算恢宏大气的楼宇前。走进大厅，我们在朱宇霆老师和何工的介绍下，逐渐了解这个神秘的“大家伙”。

集体合影留念

站在成排机柜与算力系统前，“超级计算机”不再只是一个表示速度的名词。它的“超级”，既体现在大量 CPU、GPU 或其他加速器提供的并行计算能力，也体现在高速网络、分布式存储、系统软件和统一调度共同构成的整体系统能力。

在何老师的介绍下，我们了解到，单个计算芯片很强，并不等于系统就能高效运行；只有计算、通信、存储和调度相互匹配，海量硬件才能形成真正可用的算力。目前，深圳超算搭载全国产的操作系统和软件，已经用于物理科学，地理科学，生命科学等多个领域的模型模拟和科研辅助，为国产科研提供算力支撑。此外，与传统超算相比，深圳超算除了提供高性能计算服务，也支持本地部署大规模计算任务，为国产大模型的训练和性能测试提供高质量算力。

随后，我们步入机房，参观了初代面世便荣获世界Top500超级计算机第一名的灵晟超级计算机，和传统印象中管线交错，风扇轰鸣的机房不同，深圳超算的机房显得安静而整洁。通过讲解我们了解到，这得益于深圳超算先进的液冷系统和多方面的精妙设计：高效的液冷冷却系统避免了风冷带来的噪音，而精巧的“三明治”式刀片设计，与正交式的走线设计，则进一步优化了设备运行效率，减少了能耗。

除却硬件设计，超算平台的软件设计同样精妙。我们了解到，平台采取统一调度方式，减少等待、空转和重复搬运造成的浪费。无论是用户按需申请，还是Slurm等调度器将短作业回填到大作业等待间隙，以及一些更复杂的软硬件协同优化的复杂逻辑，都是提高效率、避免过度浪费的手段。

最后，在与老师的交谈中，我们了解了超级计算机在AI方面的应用前景。

与单机或零散服务器相比，超算部署 AI 拥有独特优势：海量异构节点可支撑更大模型、更大数据集和更高吞吐；统一调度使传统模拟任务与 AI 任务共享算力，并通过队列、配额和编排提高利用率。当然，大规模部署也必须面对并行效率、通信拥塞、能耗、软件兼容和资源公平等挑战，只有在算法、系统与硬件三个层面协同设计，规模优势才能真正转化为效率和产出。这进一步深化了我们对软硬件协同发展的应用与理解。

离开超算时天色尚亮，据说，这里的楼宇如同一只向天展望的巨眼，在晚上灯光璀璨，照亮前路。

国家超级计算深圳中心（图源网络）

从清晨走进实验室，到傍晚站在超级计算机前，这一天的参访把“芯片设计”和“算力应用”连接成了一条清晰主线：开放指令集提供创新接口，EDA 将架构转化为可制造的版图，先进芯片构成计算底座，而调度系统、并行软件和科学智能又把硬件能力转化为解决真实问题的工具。

对我们而言，最大的收获不是认识了更多技术名词，了解了很多新颖或者前沿的知识。更重要的是，身处时代浪潮，我们开始理解尝试感知复杂系统，以及他们如何由一层层工程工作共同搭建。作为个体，我们更明白了时代对于精通软硬件复合型人才的需求，对未来的发展道路有了更明确的方向。

深圳首日的美丽邂逅让我们明白，未来，无论我们选择何方，扎实的基础、持续的好奇心和努力抓取机遇的渴望和能力，都会是走向更深处的起点。

实现这一切的美好机会，都在每一位少年的心底鲜活着。