从一张车票到一块芯片：我在国科大的成长点滴

中国科学院大学 2023-05-13

编者按

2020年7月25日，中国科学院大学（以下简称“国科大”）公布了首期“一生一芯”计划成果——在国内首次以流片为目标，由五位2016级本科生主导完成一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片。

今日，国晓薇与你分享“一生一芯”项目参与者王凯帆毕业时的所思所感，聆听他充实又丰富的“果壳故事”，见证他带着这份“果壳记忆”，开始新的征程。

多年以后，当我回顾四年大学生活的时候，准会想起新冠病毒疫情期间返校整理寝室的这个下午。时光荏苒，我已经褪去了刚踏入国科大时的稚气，成长为了一个头戴学士帽的本科毕业生，心中感慨万千。最后坐在这熟悉的书桌前，任思绪往时间线之上逆溯，我忽然有些茫然失措。四年的时间里发生了太多事，遇见了太多人，竟不知从何说起。但是在整理宿舍物品的时候，一样样小物件却总是能让我闪回到过去的某一时间点，激起与之相关的无数回忆。在国科大的点点滴滴就融入进了这些承载的物品，让我将回忆诉说。

王凯帆在玉泉路校区

一张前往北京的车票

初识国科大是在2016年初春，当时尚在紧张忙碌的高考备战时期，意外获得了一次国科大的冬令营机会。由于准备得太匆忙，甚至只买到了所剩不多的高铁一等座票，这也是我第一次前往国科大。事实证明，这是一次无比美妙的际遇。

在这次冬令营中，带队老师带领大家参观了很多中国科学院直属科研院所，至今仍然让我印象深刻。在物理所的实验室中，我们参观研究生操纵科研仪器，领略非晶合金的奇妙性质，观察隧道扫描显微镜下分子的特殊结构；在高能所的礼堂里，我们学习了北京正负电子对撞机恢弘的建造历史，理解了对撞机的沙盘模型；在生物物理所的教室中，我们聆听教授介绍了当年中国科学家人工合成结晶牛胰岛素的艰苦历程，了解了该领域的前沿研究方向。最后，在数学所的参观过程中，我们有幸听到时任副校长的席南华院士的一场报告，他为我们详细介绍了国科大“科教融合”的办学理念和“小而精，特而强”的培养模式。国科大拥有的众多科研优势深深地吸引了我，在我的心中埋下了一颗科研的种子。

这次冬令营让我收获颇丰，激励我努力学习，最终通过综合测评如愿以偿地进入国科大学习，开启了一段崭新的人生篇章。

一本朗道教材

刚来到国科大，所有的一切对我来说都是崭新的。与高中的集体学习方式不同，国科大的课程设计更加自由和开放，可以根据自己的喜好选择课程安排和上课老师，甚至可以自由转换专业。在低年级时，各专业的课程基本都一样，但是老师却各有特点，其中给我印象最为深刻的就是大一上学期力学的赵亚溥老师和他那本经典的朗道教材。

赵亚溥老师上课独特在他从不跟着课本照本宣科地讲授一条条物理公式，而是经常给我们讲述一些更高格局的知识体系。从经典力学，到朗道力学，拉格朗日力学体系，哈密顿力学体系，他的课程无所不包，他带领我们从理论力学的角度解决传统的物理问题，给予同学们很大的启发，往往在下课后还有一群同学围绕在老师身边交流课上的内容。赵老师还特别注重对我们人文精神和知识面的培养。在课堂上，你经常能听到他讲述物理学史和历史轶事，以及物理学领域最近发生的新突破。他把学科的最前沿的问题告诉同学们，让我们用批判的精神看待科研。当然，完成课程内容并不轻松，我们常常需要在课后花费很长的时间来补充学习。但时间长了之后，就会适应这一种需要自我钻研的学习方式，这是一种对我们的磨砺。回首看来，更是收获颇丰。

赵亚溥老师的力学课是国科大科教融合的完美实践，他本人也是学校众多优秀教师的一个代表。课程中学习到的知识也许以后未必会用到，但是课程中领悟到的科学态度和严谨作风是让我们受益一生的。

一片破碎的卡套

在国科大，课余生活亦是丰富多彩。我们拥有很多兴趣社团，像传魂武术协会，星空志愿者协会，棋牌社、篮球社等都是其中杰出的代表。在大一下学期，我参加了本科志愿者协会组织的一场支教活动，这次经历给我留下了很深刻的印象。我们的支教对象是北京石景山区黄庄学校。它是一个建校时间不长的打工子弟学校，这里的教育资源不是非常丰富，教师人手也比较紧张。我们承担了其中一个小学班级两个月的科学课教学任务，负责给孩子们讲解一些基础的科学知识。

这是我第一次作为一个小老师站在讲台上，自然有些紧张，但随着时间推移，台下小朋友一张张求知若渴的笑脸让我逐渐卸下了包袱，全心地投入在了课程讲解上面。我们的支教以科学视频和知识问答的形式展开，给同学们介绍了水、空气、声音等自然界元素的奇妙性质。在互动环节，每一位同学都积极踊跃地参与回答了我们提出的问题，同我们分享他们眼中的大自然，我们也准备了一些前沿科普小知识，启发他们用探索的视角看待这个世界，希望能给他们幼小的心灵中埋下一颗科学的种子。

有一次支教活动临走时还发生了一段小插曲。当时我在行走途中较为匆忙，一不小心丢失了口袋里的校园卡，在这么大的校园里也无从寻找，十分焦急。这时，一个小妹妹一路追着我们跑到校门口，原来她通过校园卡上的照片找到了我归还卡片。暖心一幕让我无比感动，这张已经有些破碎的校园卡卡套我也保存至今，能让我时刻唤起这段春天难忘的经历。

2019年，王凯帆在美国南加州大学访学

一件自动化所文化衫

日月如梭，经历了大一大二的课程打下了学科基础之后，大三的我们已经有了一定的科研能力，学校也鼓励我们积极地联系中科院下属各个研究所参与科研实践活动。这件自动化所的黑色衬衫正是我在自动化所赵冬斌研究员团队中学习和备战机器人项目的一个缩影。

大二结束的那个暑假，我与两位室友报名参加了自动化所科研实践中的机器人项目，开始学习机器人的相关知识。聆听了多次组会之后，我们在老师和师兄的讲解与帮助下对机器人系统各个模块有了更加深刻的认识，真正地操控和改装起了TurtleBot机器人，并实现了一个自动跟随主人裤腿行走的功能。此后，我们更进一步，同赵老师组里的师兄们一起报名备战了RoboMaster机器人挑战赛。这是一项由大疆公司和ICRA会议牵头的国际赛事，通过机器人炮弹对射比赛测试参赛方机器人的系统决策能力和地形跑动能力。其中牵涉到机器人攻击策略，云台瞄准，弹道计算，路径规划，行走控制等多个方面，是一个需要多人共同协作完成的比赛项目。我在其中负责全局动态规划部分，实现了动态而智能局部路径规划算法，最终我们拿到了技术报告的S级评分（仅有自动化所和UC Berkeley大学），取得在加拿大蒙特利尔的线下赛资格并最终获得全球二等奖。参加RoboMaster 机器人挑战赛这段经历，培养了我的工程实践能力和探索能力，同时提升了我的团队协作能力。这次经历是我在科研道路上的第一次探索，它让我受益匪浅，极大地提升了我的综合能力。

一张“时间使者”证书

大四上学期是我整个大学生活中最精彩的时间段之一。受益于国科大的访学政策，我成功地前往了美国南加州大学（USC）访学。在访学期间，我选择了网络及安全、数据挖掘、高级数字电路等之前没有学习过的课程，这些课程的学习极大地开拓了我的视野，让我对计算机领域有了更加深刻的认识，也锻炼了自己的英语听说能力。在美国的时间里，我也结识了很多当地的朋友，与他们交流各地文化，培养了深厚的友情，回国后我仍然与他们保持着联系。最终，我以两门课程全班第一的成绩圆满结束了这次访学历程。

回国后，我有幸被选为国科大2020年新年钟声跨年盛典的“时间使者”，作为本科生代表敲响新年的钟声。在这次跨年活动中，我结识了很多优秀的老师与同学。在雁栖湖校区高耸的钟楼上，我们一同总结过去，展望未来，投下通往未来时间的信件，期待遇见一个未来不可思议的自己。

2020年跨年盛典现场，

王凯帆作为“时间使者”敲响新年钟声

一块芯片

经过几年的大学奋斗，我最终如愿以偿地获得了国科大的保研资格，选择继续在计算所攻读博士，导师是孙凝晖所长和包云岗研究员。包云岗老师是计算机系统结构的专家，已经在该领域深耕多年，目前在芯片的敏捷开发方向进行探索，这也与我的兴趣相契合。

在最后一个学年，包老师发起了一项RISC-V芯片敏捷开发项目，它有一个浪漫的名字叫“一生一芯”，旨在让五个本科生使用硬件敏捷开发流程完成一块通用处理器芯片的设计，运行操作系统，最后可以进行流片，带着芯片毕业。要知道，全流程的处理器开发是曾经一项门槛很高的任务。而该项目使用开源工具和敏捷开发语言，努力降低门槛，将是一次前所未有的探索，对我们来说更是一项艰巨的挑战。在课题组老师和师兄们的指导下，我们几个本科生团结协作，各司其职，把握面向对象的硬件设计思路，把这一庞大的任务逐级分解，最终在极短的时间内设计并验证了这一芯片，于2020年6月成功流片点亮，运行Linux操作系统。当板卡串口最终输出国科大Logo的时候，课题组中的每一位老师同学无不为之激动。这一芯片设计以及与之配套的开发环境计划将在以后被应用在专业课的实验内容中，供每一个计系本科生所使用和修改，真正做到像项目名称“一生一芯”所说的那样，每一位学生可以带着一块自己设计的芯片毕业。

我的大学生活也许并不像周围一些大神那般轰轰烈烈，但却是丰富而精彩的，对我而言是独一无二的，这也是国科大众多本科生的一个缩影。最后，感谢包云岗导师，赵冬斌导师，李昂生导师和罗铁坚导师在我本科各个阶段给予我宝贵的指导与建议，更感谢国科大提供的良好平台和优质培养，衷心祝福每一位同学能够在未来更大的舞台上发光发热，实现自己的人生价值。

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