开源芯片的软硬件协同敏捷设计 | CNCC2021

在国际计算机体系结构大会ISCA2018的图灵奖演讲会上，图灵奖得主John Hennessy与David Patterson介绍了在Dennard缩放定律与摩尔定律逐渐终结过程中，计算机新需求、领域专用语言、开源硬件、硬件敏捷开发等诸多新技术，展望了领域专用体系结构迎来了新黄金时代。国家“十四五”规划已对开源芯片布局，规划明确支持数字技术开源社区等创新联合体发展，鼓励开放软件源代码、硬件设计和应用服务。如何应对芯片设计工具的新变革与生态模式成为急迫的课题。

芯片的开源生态与敏捷开发技术都可降低芯片的设计门槛，缩短开发周期，有效避免领域专用架构带来的场景碎片化，生态成长难等副作用。依靠开源模式解决复杂的设计难题，打破传统的软硬件抽象层次隔离。通过多抽象层次的编译栈(Multi-level Intermediate Representation)，将硬件设计语言程序的复杂控制流与数据流负载自动翻译成硬件描述，并借助AI算法自动探索设计空间寻找最优软硬件设计。

针对开源芯片的话题，CCF YOCSEF上海分别在青年精英大会，北京智源研究院和世界人工智能大会上举办了三场相关论坛。基于前期四场开源芯片的思辨论坛、技术报告会等研讨成果，本次论坛特邀中国科学院计算技术研究所、清华大学、北京大学、复旦大学、上海交通大学、华南理工大学、上海理工大学等高校和阿里巴巴平头哥、华为海思、EDA创新中心等业内技术专家，通过广泛而深入的思辨讨论，从开源电子教程、产学研协同育人与教学改革、硬件平台资助和开源EDA工具链等四个方面达成行业共识和开源。 

裴颂文

上海理工大学光电信息与计算机工程学院教授，博士生导师，IEEE Senior Member，CCF杰出会员，上海市浦江人才，上海理工大学科技发展研究院副院长。获上海市科技进步奖（第一完成人），上海理工大学教学成果二等奖（第一完成人）。曾挂任杨浦区科学技术委员会副主任，美国加州大学尔湾分校访问学者（2013.07-2015.08），澳大利亚昆士兰科技大学高级访问学者，任CCF YOCSEF上海副主席，CCF计算机工程与工艺专委会常委，CCF计算机体系结构专委会常委，上海市计算机学会（SCS）体系结构专委会副主任，SCS普适计算与嵌入式系统专委会副主任等。主要从事智能计算、异构计算、深度学习等领域研究，获上海市浦江人才等基金资助。在IEEE Trans. on SMC、 Information Sciences、ACM Trans. on Internet Technology、中国科学、计算机学报、ISPA、COMPSAC、ICA3PP等发表学术论文60余篇，其中ESI高被引论文1篇，合著技术专著1部，中国发明专利15项，美国发明专利2项。

蒋力

上海交通大学副教授，博导。上海期智研究院PI。分别于上海交通大学与香港中文大学获得学士与博士学位。从事计算机体系架构与芯片设计自动化（EDA）研究。在DAC，ISCA，Micro，TCAD，TC与TVLSI等国际会议和期刊上发表论文 60 余篇。2010曾获 ICCAD 最佳论文提名。据 IEEE 数字图书馆统计，五篇论文在其会议所收录的所有论文中引用数排前 5%。研究成果被写入IEEE P1838标准。曾获IEEE ATS 2014最佳博士论文奖，IEEE芯片测试技术委员会E. J. McCluskey Doctoral Thesis Award亚洲区第一名。ACM上海新星奖。CCF集成电路Early Career Award。IET Computer & Digital Techniques，Elsevier Integration, the VLSI Journal编委。CCF高级会员，CCF杰出演讲者，CCF YOCSEF上海候任主席，CFTC2021程序委员会主席，ChinaDA发起人，ACM/SigDA华东分会副会长。

包云岗

中科院计算所研究员，副所长，CCF普及工委副主任

讲者简介：中科院计算所研究员，副所长，兼任先进计算机系统研究中心主任，中国开放指令生态（RISC-V）联盟秘书长，RISC-V国际基金会理事。研究方向是计算机系统结构，包括数据中心体系结构、开源处理器芯片敏捷设计等。担任国家重点研发计划、自然基金委、中科院战略性先导科技专项、计算所-华为战略合作项目等重大项目及课题负责人，主持研制多款达到国际先进水平的系统，应用于华为、阿里、微软、英特尔等企业，相关工作发表于ASPLOS、CACM、HPCA、ISCA、NSDI、SIGCOMM等国际一流学术会议与期刊。2016年中国计算机大会特邀大会报告人、ARM2018全球研究峰会三个45分钟特邀大会报告人之一，荣获中科院青年创新促进会优秀会员，获“CCF-IEEE CS”青年科学家奖、共青团中央“全国向上向善好青年”荣誉称号，曾担任YOCSEF总部副主席（2018-2019）。

报告题目：开源芯片与敏捷设计的经验与教训

报告摘要：以RISC-V、Chisel为代表的开源芯片与敏捷设计已经发展了十年，取得了显著进展，但同时也面临一系列新的挑战。本报告将介绍团队用敏捷设计方法开发“香山”开源高性能RISC-V处理器过程中的一些经验与教训，最后也将分享对于开源芯片生态发展愿景以及挑战的看法。

韩军

复旦大学微电子学院教授，CCF计算机工程与工艺专委会常务委员

讲者简介：韩军，复旦大学教授，博士生导师。2006年6月获复旦大学微电子学与固体电子学理学博士学位。2006年7月起至今，先后在复旦大学信息科学与工程学院、微电子学院从事教学与科研工作，2010年曾赴欧洲微电子中心（IMEC）、鲁汶大学进修访问。担任中国计算机学会高级会员及计算机工程与工艺专委会常务委员、复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室处理器与SoC芯片方向负责人、国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项“高能效人机交互芯片技术”项目首席科学家、国家自然科学基金重点项目“自感知自组织异构众核智能芯片的互连与存储技术研究”负责人。

报告题目：面向敏捷开发的数字信号处理算法硬件生成器与开源IP库

报告摘要：数字信号处理算法如FFT、CORDIC等应用极其广泛，相应的硬件模块是各类芯片系统重要的组成部分。同时由于应用场景以及性能、成本等需求的多样性，数字信号处理算法的硬件实现规格存在较大的变化空间。因此如何为特定芯片系统快速开发数字信号处理算法的硬件IP核是工程实践中经常遭遇的挑战性问题。本报告以FFT、CORDIC等算法为例介绍了基于Chisel的硬件生成器设计方案，致力于利用Chisel强大的多层次参数化能力，从而面向多样化的应用需求实现硬件IP核的敏捷开发。另外，通过敏捷开发流程构建数字信号处理领域的开源IP库，对提高业界相应芯片系统的开发效率以及设计人才的培养具有重要意义。

赖晓铮

华南理工大学计算机科学与工程学院副教授

讲者简介：赖晓铮，华南理工大学计算机科学与工程学院副教授，CCF会员，华为“智能基座”课程合作导师。研究方向：(1) 基于RISC-V架构的计算机体系结构研究，(2) 芯片敏捷开发，开源EDA工具链，图形化EDA设计；(3) 嵌入式系统、物联网及RFID技术；Github开源项目Digiblock和PyChip的创始人。主持国家自然科学基金，国家863计划重大科技专项课题，广东省科技计划项目，中国博士后基金，国家重点实验室开放基金等多项科研项目。主编及参编《计算机组成原理》等多部教材， 2020年指导学生获全国大学生集成电路创新创业大赛总决赛二等奖。

报告题目：PyChip——基于 Python 的全栈硬件设计与验证框架研究

报告摘要：探讨chisel，spinalHDL等meta HDL在芯片敏捷设计中的优势和挑战。简要介绍了基于Python语法糖的Pychip框架，包括基于CIRCT框架和python binding形式实现芯片“敏捷设计”的PyHCL项目：提供从系统级别的抽象建模，数据流描述到易读性更佳的verilog代码体验；以及基于python-systemverilog映射的Pyverify项目，兼容现有的基于systemverilog的验证框架。

罗国杰

北京大学信息科学技术学院长聘副教授

讲者简介：罗国杰，2005年获得北京大学计算机科学技术系理学学士学位，并分别于2008年和2011年获得美国洛杉矶加州大学计算机科学系硕士和博士学位，自2011年8月加入北京大学信息科学技术学院高能效计算与应用中心。他曾获2013年ACM/SIGDA杰出博士论文奖、2017年ASP-DAC十年最具影响力论文奖。他目前的研究兴趣是面向新型计算机体系结构的设计自动化方法。

报告题目：混合粒度可重构加速器的敏捷生成

报告摘要：可重构FPGA芯片，作为开源计算加速器的重要载体，其架构逐渐集成了DSP阵列和AI核阵列等粗粒度计算核。为研究混合粒度可重构阵列的架构和EDA设计方法，我们提出了Pillars设计平台，允许架构设计者用Scala语言描述层次化的混合粒度可重构阵列架构，生成表达行为和结构的中间模型。模型可生成RTL代码、以及用于应用映射的结构图。Pillars的自动设计工具能够将应用映射到结构图，生成可重构模块的配置位，并且实现周期精确的功能模拟。Pillars对混合粒度可重构阵列的建模能力支持常见的CGRA架构生成以及FPGA叠加层生成。