重磅！兰州大学首颗极大规模全异步电路芯片流片成功

近日，随着一件快递的到来，兰州大学迎来了它的首颗极大规模全异步电路芯片。这是由兰州大学信息科学与工程学院何安平领衔的异步电路与系统团队设计并成功流片的120颗名为LZU_GERM的芯片。该芯片采用40纳米工艺制程，在每颗仅有96平方毫米的芯片上共集成了3.5亿晶体管和1512个CPU，且每颗芯片的功耗仅有98毫瓦。这些芯片在2021年4月底完成设计，并于2022年5月成功回片。

异步电路的优点主要在于低功耗，而难点在于没有时钟电路作为芯片的全局驱动电路，并且主流的商用EDA软件均是针对同步电路设计的软件。国内优秀的同步电路设计团队很多，但是异步电路设计团队却寥寥无几，有能力生产芯片的团队就更是少之又少。国外从很早就注意到了异步电路的优势并开始了研究，但是对中国却有严格的技术封锁。何安平带领团队历经9年时间，从异步电路设计方法学开始，一直探索到芯片设计。在主流商用EDA软件的基础上，逐渐突破了异步驱动逻辑设计、异步时序约束、大规模异步电路设计和设计稳定性验证等一系列芯片设计问题。这款芯片也正是他们团队研究成果的集合，团队采用国际上最先进的异步电路设计方法，在这一枚枚小小的芯片上，每一个异步的CPU核都将由异步的mesh网络连接，数据在CPU中运算后会被mesh网络广播到各个路由节点，并被目标路由节点抓取。这样的工作机制非常适合用于现如今大家非常熟知的类脑计算和其他高并发计算领域。在国外，Intel、IBM等公司已经用Loihi、TrueNorth等芯片证明了用异步电路做类脑计算，无论是在功耗上还是在性能上均比同时期的同步电路优越。而国内的大规模异步电路设计尚处于初级阶段，未来可期。同时，何安平团队基于异步电路设计的EDA软件“拼图”3.0版历经两次迭代，日臻成熟，成为中国自主研发的第一个异步电路EDA（电子设计自动化）软件，并在OpenI网站开源。

近年来，信息科学与工程学院不断加强学科建设，提升科研水平，攻坚“卡脖子”难题，面向集成电路设计、芯片制造和晶圆制备等方向进行创新性研究，做好科研的同时反哺教学，形成教学科研良性循环，结合产业和技术发展的最新需求，强化学生创新创业和实践能力培养。2021年，学院启动了“一生一系统”的新型人才培养机制，通过开展由本科生主导的CPU设计、电路板开发和操作系统和编译器移植项目，提升学生的系统创新能力和工程能力，也为学院“新工科”建设之路进行了有益尝试和探索。目前以2019级计算机专业梁泽成为代表的本科生已经完成了面向RISC-V指令集的嵌入式CPU研发，综合性能对标已商用的“蜂鸟”CPU，将于2022年7月流片试生产，电路板和软件开发正在按计划稳步推进。