2023年底
北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院
2020級(jí)本科生
周可行、陳卓毅
先后作為第一作者
在第56屆微架構(gòu)國(guó)際研討會(huì)
和第71屆國(guó)際固態(tài)電路大會(huì)上
發(fā)表論文
他們分別憑借高效能仿真器
和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)
在專業(yè)領(lǐng)域取得前所未有的突破
據(jù)統(tǒng)計(jì)
由本科生作為第一作者
在這兩個(gè)國(guó)際會(huì)議上分別發(fā)表論文
在中國(guó)高校均為首次
周可行
國(guó)內(nèi)本科生“第一人”
周可行僅用了兩個(gè)月的時(shí)間，就給出了讓會(huì)議論文評(píng)審審核們?nèi)客ㄟ^的滿意答卷，成為了國(guó)內(nèi)本科生在MICRO上發(fā)表論文的第一人。
2023年10月28日到11月1日，第56屆微架構(gòu)國(guó)際研討會(huì)（ MICRO’56）在加拿大多倫多舉行，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院2020級(jí)本科生周可行作為第一作者發(fā)表題為Khronos: Fusing Memory Access for Improved RTL Simulation（《融合內(nèi)存訪問以改進(jìn)寄存器傳輸級(jí)仿真》）的論文，指導(dǎo)周可行的通訊作者是集成電路學(xué)院的研究員梁云。
作為全世界最頂級(jí)的體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的會(huì)議之一，MICRO在國(guó)內(nèi)每年收錄的文章不過十余篇，國(guó)內(nèi)有能力向會(huì)議投稿的機(jī)構(gòu)也不過十余個(gè)。相比之下，周可行僅用了兩個(gè)月的時(shí)間，就給出了讓會(huì)議論文評(píng)審審核們?nèi)客ㄟ^的滿意答卷，成為了國(guó)內(nèi)本科生在MICRO上發(fā)表論文的第一人。
寄存器傳輸級(jí)（RTL）仿真是芯片設(shè)計(jì)流程中重要的一個(gè)步驟。目前，軟件RTL仿真器因其靈活性高、調(diào)試能力強(qiáng)，在RTL仿真中起到了重要作用。然而，當(dāng)前最先進(jìn)的仿真器也需要平均消耗45%的指令進(jìn)行內(nèi)存訪問，消耗了大量時(shí)間，降低了整體性能。
△周可行（左）正在測(cè)試環(huán)境光對(duì)基于脈沖相機(jī)的可見光反射通信的影響
△Khronos通過改變仿真順序減少仿真過程中的內(nèi)存訪問
△Khronos仿真器工作流程
對(duì)于周可行來說，改進(jìn)仿真器的想法是他“靈光乍現(xiàn)”的結(jié)果，但背后卻是刻苦鉆研的積淀和攻堅(jiān)克難的決心。他對(duì)芯片硬件方面的研究非常感興趣，從“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)導(dǎo)論”等課程中得到啟發(fā)，萌生了通過提前或者延后仿真周期提高仿真器性能的想法靈感。
△周可行在MICRO會(huì)議上的線上匯報(bào)
在和導(dǎo)師商量后，他很快確定了自己的研究方向。從提出最初的設(shè)想，到進(jìn)行形式化、建立簡(jiǎn)單的模型，再到不斷優(yōu)化，編譯器的開發(fā)從來不是一件簡(jiǎn)單的事。周可行用了兩周時(shí)間開發(fā)第一版編譯器，但卻失望地發(fā)現(xiàn)這一版結(jié)果并不能實(shí)現(xiàn)提高性能的設(shè)想。通過不斷修改、優(yōu)化方案，他又經(jīng)歷了近一個(gè)月的迭代才得到了令人滿意的版本。
周可行坦言，在發(fā)現(xiàn)最初的結(jié)果不符合自己的設(shè)想初衷時(shí)，他曾感到自我懷疑，甚至一度否定自己的設(shè)想。在實(shí)驗(yàn)室?guī)熜謧兊墓膭?lì)下，他才重拾信心，堅(jiān)定自己的想法是可行的，然后不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化。
日復(fù)一日的實(shí)驗(yàn)室生活有時(shí)也讓周可行感到疲憊，而他也有自己的解壓方式：每到這時(shí)他就去到未名湖邊散心，或者拉上實(shí)驗(yàn)室的三五好友下館子、喝奶茶、談天說地。在和大家交流過后，他重新調(diào)整好心態(tài)，又一頭扎入代碼中。他一步步摸索、嘗試，前后經(jīng)歷了兩個(gè)月，終于獲得了令人滿意的成果。
對(duì)于周可行來說，能夠做出如此矚目的工作成績(jī)絕不是偶然。他在寫代碼方面有極強(qiáng)的能力，在很短時(shí)間內(nèi)就可以寫出數(shù)千行的復(fù)雜代碼。科研中需要靈感，但更需要嚴(yán)謹(jǐn)和堅(jiān)韌的態(tài)度，從寫程序到做實(shí)驗(yàn)，所有的工作都由他一人承擔(dān)。
“這一研究過程需要測(cè)試近十個(gè)仿真器，總共需要進(jìn)行100多次實(shí)驗(yàn)，這些工作都由我自己來完成——因?yàn)橹挥凶约河H歷親為才能獲得更深刻的體會(huì)。”
周可行特別享受科研的過程，寫代碼、編程序讓他感受到無窮樂趣。他談到，盡管自己目前的工作可能無法進(jìn)行應(yīng)用，但是在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)優(yōu)化，可能就會(huì)產(chǎn)生更快更好的仿真技術(shù)。未來，周可行將繼續(xù)在北大讀博，并嘗試在博士期間不斷突破，做出更快更好的硬件仿真器。
△周可行在半導(dǎo)體論壇上
△周可行（左）在“騎行教育”課程考試中拿到金牌
陳卓毅
對(duì)一切未知充滿好奇
“未來，我希望繼續(xù)研究模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在那些前人未曾涉足的領(lǐng)域留下自己的腳印。”
同一周內(nèi)，第71屆國(guó)際固態(tài)電路大會(huì)（ISSCC 2024）公布了錄取論文和會(huì)議議程，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院2020級(jí)本科生陳卓毅作為第一作者的論文A 182.3dB FoMs 50MS/s Pipelined-SAR ADC using Cascode Capacitively Degenerated Dynamic Amplifier and MSB Pre-Conversion Technique（《一個(gè)182.3dB FoMs的使用了容性源極負(fù)反饋的共源共柵動(dòng)態(tài)放大器和最高位提前轉(zhuǎn)換技術(shù)的流水線-逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器》）被錄用，論文的通訊作者是集成電路學(xué)院的沈林曉老師和葉樂老師。
△陳卓毅的論文正式通過評(píng)審的郵件
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）是連接模擬世界和數(shù)字世界的關(guān)鍵接口，在混合信號(hào)集成電路系統(tǒng)中有著重要作用。流水線-逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（pipelined-SAR ADC）是較為常用的具有較高能效的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。級(jí)間余量放大器是該模型中的一個(gè)重要模塊，其它需要高增益和高線性度，這通常是由閉環(huán)放大器實(shí)現(xiàn)的，但是由于現(xiàn)有的閉環(huán)放大器能耗較大，使其成為整個(gè)ADC系統(tǒng)的能效瓶頸。
針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)的一條技術(shù)路線是近年提出的開環(huán)動(dòng)態(tài)放大器。它具有很高的能效，但因?yàn)榫€性度差、增益低、輸出擺幅小等問題，極大地限制了其應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)此，陳卓毅提出了共源共柵的容性源極負(fù)反饋的動(dòng)態(tài)放大器和最高位提前轉(zhuǎn)換技術(shù)，顯著提高了線性度和增益，同時(shí)采用溫度補(bǔ)償?shù)碾娏髌梅桨柑嵘齈VT漲落下的性能魯棒性。依托以上技術(shù)，芯片樣片在奈奎斯特頻率的輸入下達(dá)到目前在相同或更高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中能效的世界紀(jì)錄。
陳卓毅的科研工作始于一篇文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)。從大二開始，他在沈老師的課題組組會(huì)中旁聽學(xué)習(xí)。一次，老師給陳卓毅一篇有關(guān)數(shù)模轉(zhuǎn)換器放大器的文獻(xiàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在對(duì)文獻(xiàn)中放大器結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)時(shí)的過程中，他對(duì)放大器增益不夠、性能不佳的的問題產(chǎn)生了濃厚的興趣。有什么方法可以解決這些問題，提高放大器的性能呢？陳卓毅開始著手對(duì)這個(gè)問題開展了研究。
△陳卓毅在工作中
△陳卓毅在本科生科研項(xiàng)目答辯中總結(jié)論文成果的PPT
陳卓毅的項(xiàng)目需要把設(shè)計(jì)方案交給廠家生產(chǎn)芯片，然后對(duì)芯片進(jìn)行性能測(cè)定。但是在給公司交付方案最后期限的前幾天，他在某次仿真模擬時(shí)突然發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的重要漏洞，整個(gè)程序幾乎無法正常運(yùn)行。這時(shí)設(shè)計(jì)版圖已經(jīng)接近完成，來不及重新返工。他焦急萬分，仔細(xì)分析了很久都沒能有找到出現(xiàn)漏洞的原因。在巨大的壓力下，陳卓毅幾近崩潰，眼看著大半年的努力在此刻仿佛就要付諸東流。在火燒眉毛的緊急關(guān)頭，他找到了實(shí)驗(yàn)室的師兄幫他進(jìn)行分析。師兄安慰他平穩(wěn)心態(tài)，幫助他規(guī)劃修復(fù)的步驟，在短短幾天里極限操作，趕在截止期限前彌補(bǔ)了漏洞，方案終于得以如期交付。
面對(duì)自己取得的成績(jī)，陳卓毅始終保持著謙遜的態(tài)度：
“我只是在實(shí)際應(yīng)用上提出了一個(gè)可能性。而正是因?yàn)橛袩o數(shù)科研工作者們不斷提出各種可能性，才有更多的優(yōu)秀技術(shù)得以被真正應(yīng)用。”
當(dāng)陳卓毅在科研工作中遇到問題時(shí)，或者當(dāng)事實(shí)和直觀想象不符合時(shí)，他總是對(duì)其中的奧秘充滿了好奇。這種好奇心激勵(lì)著他不斷鉆研、不斷探索，在科研的道路上闊步向前。未來，陳卓毅也將永葆對(duì)一切事物的好奇心，在北大繼續(xù)博士階段的學(xué)習(xí)。
△陳卓毅在未名湖畔
信科學(xué)子
國(guó)際平臺(tái)大放異彩
信科學(xué)子在國(guó)際平臺(tái)上取得矚目成就早已不是個(gè)例。2022年6月，時(shí)為北大信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院2018級(jí)本科生郭資政在國(guó)際計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)（ACM）2022年度學(xué)生科研競(jìng)賽（SRC）中因芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）領(lǐng)域的工作獲得了本科生組全球第一名。郭資政主要圍繞著芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化中的靜態(tài)時(shí)序分析領(lǐng)域做了一系列創(chuàng)造性的工作。他首次提出了使用GPU加速靜態(tài)時(shí)序分析的算法，克服了GPU這類并行計(jì)算硬件上處理不規(guī)則電路圖數(shù)據(jù)的困難。此外，他在實(shí)現(xiàn)線性時(shí)空復(fù)雜度的路徑分析算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合算法理論和硬件架構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)一步提出了GPU并行編程模型下的路徑分析方法，將效率提高了多個(gè)數(shù)量級(jí)。
郭資政還積極探索EDA和人工智能的交叉方向。同時(shí)他還探索將時(shí)序分析過程與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練進(jìn)行類比，提出了學(xué)術(shù)界首個(gè)基于可微時(shí)序引擎的布局優(yōu)化算法，極大提升了布局算法的性能。
△郭資政取得學(xué)生科研競(jìng)賽（SRC）本科生組全球第一名
北大學(xué)子在國(guó)際舞臺(tái)上接連取得佳績(jī)
不僅彰顯了北大的科研實(shí)力
體現(xiàn)了新時(shí)代青年的青春力量
更展現(xiàn)了北大人在勇攀科研高峰
推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步上的執(zhí)著與追求
期望更多北大學(xué)子能夠站上國(guó)際舞臺(tái)
在全世界的聚光燈下發(fā)出北大聲音
本文鏈接：2位北大本科生再突破，均屬中國(guó)高校首次！http://www.lensthegame.com/show-11-2190-0.html
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