| 计算机世界：“龙芯1号”研发纪事 |
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2002-10-16 14:53
转自：
计算机世界
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我们肩负的是历史使命，因为我们要做出中国第一台不依赖于洋人CPU的计算机。
2002年8月10日清晨6点零8分，“login:”的字样如约而至地出现在用“龙芯-1”作CPU的计算机屏幕上。随着一阵欢
呼从中科院计算所北楼105房间传出，中国人结束了只能用洋人的CPU造计算机的历史。
如今，狗剩-1（还是这个名字叫起来比较顺口）已经连续稳定运行一个多月。此时回顾一下狗剩－1的研发过程，有助于狗剩－2的研发。狗剩-1的物理设计主要包括三个阶段，2001年11月到2002年1月为启动阶段，主要完成环境的建立和工具的初步学习；2002年1月至4月为第二阶段，在这个阶段，RTL基本确定，我们对整个设计的流程有了初步了解；2002年4月至7月为第三阶段，这是实质性设计阶段。
我们是2001年11月8日开始学习狗剩-1的物理设计的，那天我们买的第一批EDA工具正式安装到了我们的机器上。但那时候我们还没有库，EDA工具厂商在刚开始的时候给我们一个0.25的综合库以及10个临时的license让我们用于学习。在刚开始的一两个月，物理设计对我们来说确实是一个全新的领域。当一群熟悉指令流水线、多发射、乱序执行、精确例外等等的人面对诸如Wireload model、综合库、物理库、设计规则、扫描链、Steiner树、压降等等物理设计的概念时，觉得新鲜而不知所措。在整个狗剩-1的物理设计过程中，我看过的文档至少有上万页。
在拿到正式的单元库后的3个月内（2002年1～3月）。RTL设计总是改了又改，联系第三方物理设计公司也没有确定，可测性设计方案一直在调整，信号完整性问题也没有经验。每次解决一个问题，另一个问题就接踵而至。也就在这段时间里，中科院微电子中心的黄令仪老师带着几个学生加盟到我们的物理设计中来。黄老师是个干实事的人，60多岁了，干活比我还猛。每天早上7点多就来，晚上十点多我走的时候她还拖着鼠标坐在计算机前。
我们真正拿到物理库和设计规则是在6月份。由于委托第三方做物理设计的流片（我们称为A方案）已经在6月份交出去，我们决定我们自己做物理设计的方案在7月份交出去流片。根据前一阶段对信号完整性问题的摸索，我们决定我们自己同时做两个物理设计（分别为B和C方案）。B方案是一个实验性的流片，主要是为了取得参数和经验，不是一个准备量产的方案，于7月份流片的截止日期前几天就完成了。C方案是一个准备量产的正式方案，因此面积很小，比A方案小不少，布线时很难布通，花了一个多星期。这样，详细布线完成后还有不到一个礼拜就到截止日期了。马上开始寄生参数提取、延迟分析、信号完整性分析。分析完后进行调整，包括手工调整。经过连续三天三夜的加班后，在7月3日终于完成了GDSII版图并修复完天线和其他不符合物理设计规则的地方，通过了LVS检查。这时候离截止日期还有两天时间。
正当我准备把最后结果让大家签字时，一个巨大的挑战突然出现。在下午5点时测试组发现整个处理器的一万多个触发器的扫描链由于扫描链重连时的一个失误没有根据要求连出来。我脑袋嗡的一下，一句话也没说，就去了食堂吃饭，吃饭时想着在剩下的一天多时间内有没有修复的可能，以及放弃流片的后果。我实在不甘心放弃C方案的流片，C方案是最完美的方案，面积最小因此成本最低、压降和电流密度最小、抗静电性能最好、防latch-up效应也做得最好，因此最有希望量产。但目前已经没有时间返工了，惟一的办法是手工改版图，而且时间不一定够。在吃完饭回来的路上我很灰心，没想到全组几十个人几个月的努力，花了上千万纳税人的血汗钱竟然是这样一个结果。我回到机房时全组都已经知道这件事，我看着他们经过连续熬夜的脸上除了眼睛外连嘴唇都没有一丝血色，几乎决定放弃。我去跟唐志敏商量，他让我自己定。我把负责物理设计的几个人召集起来说了情况，没想到负责后端版图编辑的杨旭他们马上就说我们可以手工再改版图。我眼睛一热，说晚上8点全组开会后就回到自己的办公室。半个小时后，我在机房进行了动员，我说的第一句话就是：“我们肩负的是历史使命，因为我们要做出中国第一台不依赖于洋人CPU的计算机”。然后进行了工作部署，工作量确实很大，要手工修改网表用于对GDSII进行LVS检查，要手工修改DEF用于参数提取和分析，当然还要手工修改GDSII。
由于大家都十分疲惫，我要求任何一个修改都要一人操作，另外两人在边上看着。我们跟流片厂联系要求宽限一天，因为是周末，我们得到了多一天的期限。在接下来的两天两夜，我们终于把一万多个触发器分成十几条扫描链连了出来，并且由于手工修改引起的一个单元延迟增加又手工优化了延迟。到7日凌晨3点多，完成最后交付流片的所有文件，大家签字后陆续回去休息，我和黄老师坐在我的办公室说，就这样了，没什么可后悔了。这已经是我们连续加班的第7天。
在接下来的一个多月中我们一直在忐忑不安中度过。在三个物理设计都交出流片的时候，我曾经对组里的同学说，我觉得三个都能成，如果两个成功也可以接受，如果只有一个成功我会觉得比较失败，如果全部不成功那就没有天理了。但毕竟我们是第一次做流片，而对于通用处理器这样的复杂系统，多次做流片才能成功是很正常的，一次就成功的反而比较稀罕。长时间的等待使我变得有些疑神疑鬼，经常自己吓唬自己。有很多次，半夜被各种各样的噩梦吓醒，都是突然想起一个在设计上可能的疏忽，总也想不明白，一直想到天亮。到单位赶快从机器中翻出有关部分看看，才发现是虚惊一场。这样的经历至少有10次以上。有时候碰到黄老师，她的感觉居然和我一样。在交出流片后，我们对跨时钟域的信号传递、信号完整性等一些最可能出错的地方进行了反复模拟，都没有发现任何问题。
好不容易等到8月份，负责与厂家联系的陈岚说，我们的芯片快回来了。9日中午，芯片到了，经过一系列的调试。8月10日早上6点8分，“godson login:”的字样终于出现在显示器上，我们高兴得长时间地欢呼。
8月10日调通的是A方案，即委托第三方做物理设计的方案。8月29日，我们终于拿到了C方案的首批芯片。打开包装一看吓我一跳，可能是在海关检查时没有包装严密的缘故，芯片的引脚在运输过程中歪得不成样子。黄老师来看以后回去就病了。我从中挑出几片好点的出来，把引脚掰直，经过万用表测试后让许彤、范宝峡和郑为民去焊接到子卡上去，他们在焊接现场就联调成功。我这半年多来一直悬着的心才真正地放了下来。他们回来后，我又让张福新对调通的样机进行了更多的测试，主要是浮点测试。到晚上12点左右测完，没有发现问题。我马上给黄老师打电话，黄老师听到这个消息后，第二天病就好了。然后，我给全组发了个邮件告知我们自己做物理设计的流片成功的消息。
发完邮件后，我靠在办公室的沙发上，出奇的累，但又睡不着觉，就在那里瞎想。我想起一些网友去年对我们“只要能做出来，再贵也要买”的鼓励；想起在年初的全所大会上李老师把龙芯1号的设计列为今年全所的第一件大事；想起我们花了上千万纳税人的钱终于没有浪费。我想起在过去的半年多中我们在不可承受的压力下在机房度过的无数个不眠之夜；想起最后连续加班六天六夜的每一个细节，每一个累得毫无血色却执着不改的面孔浮现眼前，这一切在我的有生之年，永远都不会忘记。那一刻，我泪水满眶。
资料：
北京神州龙芯集成电路设计有限公司
北京神州龙芯集成电路设计有限公司(简称神州龙芯公司)，是由中国科学院计算技术研究所和江苏综艺股份有限公司（600770）等公司共同投资创办的，是一家专门致力于开发、销售具有自主知识产权的龙芯系列微处理器芯片以及相应产品的高新技术企业。神州龙芯公司目前注册资金1亿元人民币，由中国科学院计算技术研究所所长李国杰院士担任董事长。
神州龙芯公司致力于龙芯微处理器的产品化，并使之形成产业。龙芯系列微处理器以中国科学院计算技术研究所研制的龙芯通用微处理器为基础并与国际上同类主流微处理器兼容。兼容性保证了龙芯系列微处理器上可以运行现有的大量开发工具和应用软件。龙芯微处理器采用了许多先进的微处理器体系结构设计技术，在动态流水线的实现技术和硬件对系统安全性的支持方面有独特创新，并申请了专利。与市场上流行的微处理器相比，用龙芯微处理器可以构成更安全的计算机系统。基于0.18 微米CMOS 工艺的龙芯一号32位通用微处理器的投片成功，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零”的突破， 打破了我国长期依赖国外CPU 产品的无“芯”的历史，也标志着国产安全服务器CPU 和通用的嵌入式微处理器产业化的开始。神州龙芯公司将推出GS32L、GS32I、GS32M 低、中、高三个系列的龙芯微处理器，龙芯系列微处理器可广泛应用于工业控制、信息家电、通讯、网络设备、PDA、网络终端、存储服务器、安全服务器等产品上。（资料由沈华提供）
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