近日，隨著一件快遞的到來，蘭州大學迎來了它的首顆極大規模全異步電路芯片。這是由蘭州大學信息科學與工程學院何安平領銜的異步電路與系統團隊設計并成功流片的120顆名為LZU_GERM的芯片。該芯片采用40納米工藝制程，在每顆僅有96平方毫米的芯片上共集成了3.5億晶體管和1512個CPU，且每顆芯片的功耗僅有98毫瓦。這些芯片在2021年4月底完成設計，并于2022年5月成功回片。異步電路的優點主要在于低功耗，而難點在于沒有時鐘電路作為芯片的全局驅動電路，并且主流的商用EDA軟件均是針對同步電路設計的軟件。國內優秀的同步電路設計團隊很多，但是異步電路設計團隊卻寥寥無幾，有能力生產芯片的團隊就更是少之又少。國外從很早就注意到了異步電路的優勢并開始了研究，但是對中國卻有嚴格的技術封鎖。何安平帶領團隊歷經9年時間，從異步電路設計方法學開始，一直探索到芯片設計。在主流商用EDA軟件的基礎上，逐漸突破了異步驅動邏輯設計、異步時序約束、大規模異步電路設計和設計穩定性驗證等一系列芯片設計問題。這款芯片也正是他們團隊研究成果的集合，團隊采用國際上最先進的異步電路設計方法，在這一枚枚小小的芯片上，每一個異步的CPU核都將由異步的mesh網絡連接，數據在CPU中運算后會被mesh網絡廣播到各個路由節點，并被目標路由節點抓取。這樣的工作機制非常適合用于現如今大家非常熟知的類腦計算和其他高并發計算領域。在國外，Intel、IBM等公司已經用Loihi、TrueNorth等芯片證明了用異步電路做類腦計算，無論是在功耗上還是在性能上均比同時期的同步電路優越。而國內的大規模異步電路設計尚處于初級階段，未來可期。同時，何安平團隊基于異步電路設計的EDA軟件“拼圖”3.0版歷經兩次迭代，日臻成熟，成為中國自主研發的第一個異步電路EDA（電子設計自動化）軟件，并在OpenI網站開源。近年來，信息科學與工程學院不斷加強學科建設，提升科研水平，攻堅“卡脖子”難題，面向集成電路設計、芯片制造和晶圓制備等方向進行創新性研究，做好科研的同時反哺教學，形成教學科研良性循環，結合產業和技術發展的最新需求，強化學生創新創業和實踐能力培養。2021年，學院啟動了“一生一系統”的新型人才培養機制，通過開展由本科生主導的CPU設計、電路板開發和操作系統和編譯器移植項目，提升學生的系統創新能力和工程能力，也為學院“新工科”建設之路進行了有益嘗試和探索。目前以2019級計算機專業梁澤成為代表的本科生已經完成了面向RISC-V指令集的嵌入式CPU研發，綜合性能對標已商用的“蜂鳥”CPU，將于2022年7月流片試生產，電路板和軟件開發正在按計劃穩步推進。