2019 CCF集成电路Early Career Award揭晓，上海交大蒋力副教授获此殊荣

中国计算机学会CCF集成电路Early Career Award 针对工作不超过6年的青年学者设立， 为从事集成电路方向的青年学者早期职业生涯提供支持。这是中国计算机学会体系内唯一的一个集成电路专业奖项，去年启动第一届评选，今年已是第二年，在第十一届全国测试会议（CTC 2019）上隆重揭晓。 摩尔精英公司连续两年赞助了Early Career Award奖项。

经过7名国际国内同行专家的三轮评审，最终，上海交通大学的蒋力副教授获得其项殊荣，以表彰他在后摩尔时代集成电路测试容错设计方面领域所做的学术贡献。

蒋力副教授一直专注于从事集成电路测试和电路容错技术研究，他针对三维芯片高成本问题，率先提出三维芯片“绑定前测试”架构设计与优化方法，被引入IEEE 标准P1838。针对 3D IC中TSV的高故障率，率先设计了极为高效的TSV 修复架构和三维存储器中相邻晶片上冗余资源共享技术，刷新了三维存储器修复效率的记录。以下为半导体行业观察对获奖者上海交通大学蒋力副教授、CCF容错专委秘书长、中科院计算所韩银和研究员和摩尔精英董事长兼CEO张竞扬先生的专访。

"蒋老师，您一直专注于研究集成电路测试和容错技术，针对三维芯片提出的“绑定前测试”架构设计与优化方法，被引入IEEE 标准P1838，可否介绍一下这一开创性成果的研究内容和意义？"

三维芯片是将多个晶片在垂直方向上叠加绑定，是后摩尔时代提高芯片集成度和带宽的主要方式。但任何一层晶片发生故障都会使这个绑定的芯片报废，导致严重的良率问题和高昂的成本。若在每个晶片绑定之前先进行测试，能剔除故障晶片。然而，传统的测试架构从未考虑支持绑定前测试。

为此，我们首先提出了一种测试通路设计（Test Access Mechanism）同时支持每个晶片在绑定前和绑定后的测试任务并让两种测试任务可以共享测试通路资源，大大降低可测试设计成本；其次，由于晶片在绑定前未封装，测试管脚极为有限。我们优化了测试通路架构以及测试调度算法，使测试任务在受限的测试管脚限制下高效运行，极大降低了测试时间成本。这些工作在IMAC首席科学家E. J. Marinissen的工作作为基础被所采用，并由他进一步引入IEEE P1838标准。

降低测试成本，提高良率对于任何一项前沿的芯片技术的最终量产至关重要。除了绑定前测试架构设计工作，我们后续提出的三维存储器冗余修复资源共享技术被业界在公开论文中作为基础技术所采用。如近期与TSMC的专家合作的三维存储器修复技术再次刷新了修复率；如AMD在计算机体系结构顶级会议MICRO中用一个章节单独介绍了我们三维芯片垂直通路的在线修复技术，并在论文发表一年后，率先将三维存储器集成到其GPU芯片产品。这一些列工作在EDA与测试领域获得了数百次引用，为最终三维芯片的测试，良率提高与成本降低奠定了基础。

"您在探索集成电路测试和容错技术的道路上遇到了哪些困难和挑战？未来希望得到哪些方面的支持？"

集成电路测试和容错技术属于EDA领域，需要与产业界紧密合作。但在我刚刚回上海交大任教的几年里，发现从事集成电路测试与容错技术的研究很难生存。主要原因是这一研究需要与产业紧密联系，需要理解产业内部的需求，经验和资金的支持。由于国内的集成电路产业整体发展水平落后，EDA等产业链不健全，面临着找不到经费，找不到合作者，找不到“有产业价值”的研究问题等困境。虽然做了一些前沿的研究（如针对碳纳米晶体管，单体三维芯片以及忆阻器），但成果往往在国外有影响，在国内无人问津。

幸而，通过不断摸索，发散和交流，目前已经与华为，阿里巴巴等业内翘楚在多个不同方向展开了紧密合作。而且，当前EDA对于突破卡脖子技术封锁至关重要，国家和产业界也非常重视，在一研究领域将会越来越好。

"蒋老师的分享令我们深受触动，摩尔精英作为一家提供芯片设计服务、流片封测等专业服务的公司，我们能为像蒋老师这样的年轻学者提供怎样的支持？"

蒋老师提到的流片难、验证难确实是学术界普遍面对的一个问题。半导体产业是强规模经济的行业，往往前20%的客户就带来80%的订单，因此Foundry和封测厂不愿意、也很难服务好碎片化的小客户，特别是学校科研项目，大多数是为了进行研究验证，很少转化成量产订单，供应商投入了成本却赚不到钱，因此对学校科研项目支持偏少。

摩尔精英的使命是“让中国没有难做的芯片”，提供一站式的“芯片设计、流片封测、人才服务、企业孵化”等专业服务，客户覆盖全球1500家芯片公司，目前全球员工300人且快速增长中。摩尔精英的商业模式价值在于“一鱼多吃”和“与客户共同成长”，即对同一客户提供其成长全周期的一站式专业服务，最大化降低获客成本和环节间交易成本，提升效率，同时通过聚合供应链订单量，为客户争取更优的价格、交期和服务。

为加速国内微电子高校芯片相关科研成果转化，摩尔精英特推出针对高校的“摩尔之星”大学计划，为高校一站式对接平台所有资源，提供优质芯片后端实现、流片、封测等服务，让高校更加专注于技术发展与科技创新。摩尔精英目前拥有超过150人的芯片设计服务研发团队、接口晶圆厂技术服务和供应链运营团队、封装和测试工程团队，为客户提供高质量、一站式交付。针对当前市场上供应严重不足的情况，为满足包括高校客户在内的中小型芯片设计客户的芯片封装打样需求，摩尔精英投资5000万建设了合肥速芯微电子快速封装产线，已经于2019年7月正式投产。欢迎蒋老师和国内所有半导体相关专业的高校教研工作者，使用摩尔精英的芯片设计服务和供应链服务，为产教融合助力。

"蒋老师，您的研究成果未来有计划用于商业化产品吗？您的规划是什么？"

目前在三维芯片方面的研究成果没有商业化的计划，主要是因为对工艺，制造等要求较高，投资较大，不适合初创企业来做。在基于忆阻器阵列的神经形态，边缘智能芯片的设计工具链等方面的研究成果则有商业化的机会。在3-5年左右的时间内比较有机会。我比较认可美国工程院院士普林斯顿大学李凯教授的观点：研究是将钱转化为知识的过程，创新是将知识转化为钱的过程。目前，我还需要积累技术成果直至形成技术壁垒，培养核心的博士和研究生技术团队。神经形态计算芯片方面的研究成果要通过流片落地，边缘智能方面的成果则要通过开源的方式形成影响力。等到大规模工程化与市场化的时机到来，再考虑进行商业化。

"看的出来，蒋老师对自己的不同研究方向做了差异化的商业化路线规划，我们祝福边缘智能芯片的设计工具链等研究成果商业落地顺利。听说摩尔在这方面做了一些积极的探索，能否请张总来分享一下呢？"

半导体产业是一个非常特殊的行业，专业度极高，产业分工细，时间跨度长，从科研成果转化落地为能够盈利的商业项目，需要很多努力和探索。摩尔精英目前从两个主要方面来支持科研项目的商业化。一方面，通过芯片设计和供应链专业服务，共享实战经验和研发工程资源，降低工程实现和量产的门槛，解决因初期各方面资源缺乏造成的落地挑战，帮助芯片项目更快、更稳健地成长；同时，我们也设立了“摩尔半导体指数基金”，覆盖芯片公司的种子轮投资，同时也帮芯片早期项目与“懂芯片、投芯片”的专业投资人高效对接，支持芯片创业团队快速启动商业梦想。

"韩老师，您在中科院计算所一直从事专用处理器芯片研究工作，是该领域国际上的著名学者，作为CCF容错专委秘书长，您也是OpenBelt的倡议者之一，您对开源EDA怎么看？"

专用处理器不同于通用处理器，它面向特定领域应用，通过定制的体系结构和电路设计技术，获得更高性能、更低功耗等优势。2018年，图灵奖获得者David Patterson 认为领域专用体系结构将开启“体系结构的黄金时代”。我正在做的机器人处理器、星载处理器芯片等都属于专用处理器研究领域。

我们在提出OpenBelt倡议的时候，有过很多讨论，一直有一个重要问题压着我们：开源EDA的最早用户是谁？只有解决这个问题，开源EDA和敏捷开发才能真正落地。我个人观点是专用处理器芯片可能是开源EDA和敏捷开发最早的重要用户，而不会是目前量大面广的通用处理器。服务器处理器、桌面处理器、手机处理器等这些通用处理器，是目前芯片领域的主力，但这些芯片市场高度竞争，对性能和能耗要求极高，开源EDA在短时间内还无法满足需求。专用处理器则不同，由于其设计紧贴具体应用需求，可以通过系统设计和体系结构上的创新，弥补EDA生成的电路性能上的不足。同时，开源EDA和敏捷开发具有大幅减小开发周期的优势，这一优势恰恰是专用处理器芯片的刚需，专用处理器设计必须针对应用的变化做出快速的反应，这一点在商业EDA上目前还是无法实现的。

开源EDA一定要和敏捷开发结合起来。目前设计方法学（DA）解决了大规模设计的自动化问题，使得单个芯片内集成数十亿晶体管成为可能。下一代设计方法学可能会更关注设计周期的问题，也即敏捷开发，满足未来物联时代应用更细分和变化更快，芯片种类更多的需求。因此，OpenBelt在框架构思阶段，就应考虑构建在敏捷开发的流程上，比如在选择更高层次的设计语言，吸引更多人工智能方面的最新研究成果。

OpenBelt要想取得成功，需要有吸引学术界和产业界积极投入的机制，只有芯片设计产业界投入到开源EDA工具的不断优化中，并把这些成果分享出来，开源EDA平台才能形成持续向前发展的源源的不断动力，性能上实现突破并最终取得成果。

"蒋老师，在CCF容错大会上您看到了哪些重要的技术趋势？"

CCF容错大会围绕芯片与系统的测试容错以及设计自动化等内容举办了一些列的前沿技术论坛，我看到三个重要的技术趋势：

芯片的安全问题主要包括侧信道攻击，硬件木马，物理不可克隆技术（PUF）等。随着5G+IoT时代的到来，以及国际形势发展。硬件安全变得越来越重要。首先，5G时代的到来使得（智能）物联网从工业专用领域向更为广阔的消费领域拓展。信息和网络安全问题将延伸到物理世界，直接对人与社会的财产、生命带来直接的影响。其次，以中美，美俄对抗的国际新常态出发，国家安全、产业安全、信息安全成为主要的挑战。因此，可信计算与硬件安全将会对国家和社会产生重要的影响。本次大会有多个论文session，以及2个技术论坛涉及到了软硬件系统的安全与可信计算；后续这一方向将为成为容错大会的一大亮点和重点讨论领域。

未来的硬件设计面临着越来越严峻的挑战。首先，硬件设计复杂度不断增高，其开发周期和成本无法与跟上软件和算法的革新。如深度神经网络结构的快速迭代与搜索往往在几个月之间，而神经网络专用加速芯片仍然需要1年半。其次，硬件设计无法满足多样的功耗、性能和尺寸的需求。虽然通用处理器的可编程性与自适应性很好，但其能效不高。在未来，领域专用芯片将会大放异彩。而敏捷设计可以面向多样化的场景需求，快速、自动生成性能和能效优秀的领域专用芯片，既解决了设计周期的问题，同时也解决了自适应难题，一石二鸟。如AI领域的“算法即芯片”设计：给定一个神经网络结构，快速生成芯片与软件栈。敏捷设计在软件领域已经被广泛采用，在硬件领域由四个特点：

存内计算与神经形态计算架构是一种激进非冯诺伊曼架构，其存储单元本身也“变为”计算部件，做到了“存内计算”。Intel的Lori和IBM的TrueNorth两款验证型芯片分别采用了3D cross-point和SRAM来实现神经形态计算，也有多家创业公司正在从事产业化。忆阻器是神经形态计算一种极有前景的实现方式。

基于新存储器技术的存储级内存（SCM）正在彻底改变数据存储架构，新兴存储器也已应用于新的数字系统，以提高速度，降低功耗和高效的执行AI。相变存储器（PCM）已被英特尔和美光积极推广到SCM中，用于数据中心层次结构的持久内存，以提高性能，减少功耗和唤醒服务时间。

今年CCF容错大会也有论文session和一个技术论坛专门讨论新型存储器的设计问题。我们研究组也在以忆阻器阵列为代表的神经形态计算上发表了几个前沿的成果。

云计算产业自诞生以来一直保持迅猛的发展势头，现代数据中心的计算能力也在迅猛发展，其设备规模也在日渐庞大，成为整个社会的基础服务。然而这种趋势不可避免地对系统的可靠性产生了威胁。在规模庞大的服务器集群中，即使是原本发生概率很低的故障也会成为集群中的重大威胁。一些硬件故障很有可能在系统中不断积累扩散，对服务器的操作系统和上层应用产生破坏，最终导致服务器宕机。对于线上云服务节点来说，服务器宕机就意味着业务中断、数据丢失等一系列严重后果。为了应对这些挑战，针对数据中心基础实施，构建性能检测、追踪，数据开发和整理框架，并进行大规模数据分析后，有可能构建有效的异常检测，根因诊断，故障预测等可靠性机制。

近年来，机器学习算法得到了飞速的发展，其在各领域的应用均取得了不错的效果。在数据中心可靠性方面，同样有很多工作利用机器学习算法来检测或预测计算机组成部件的故障。例如，在硬盘故障预测领域，Microsoft公司研究了多种基于机器学习算法，利用SMART技术生成的日志对硬盘故障进行预测的模型。在内存故障预测方面，AMD、IBM以及Intel等公司也研究了利用多种机器学习算法进行内存故障分类和预测。但总结起来，这一领域的的研究并不成熟，在模型通用型，可解释性，数据完整性等多个方面仍然有很多工作要做。

本次CCF容错大会有两个可靠性论坛，其中一个专门针对云计算、数据中心场景。相信越来越多的厂商将会加大这方面的研究投入。

"蒋老师，此刻您有没有特别想要感谢的人？"

首先，我的博士生导师，香港中文大学的徐强教授是我研究道路的启蒙老师，对我的学术风格产生了深远的影响，训练了我的学术素养，打下扎实的基本功。

其次，我的合作者杜克大学ECE系主任，IEEE/ACM Fellow Krish Chakrabarty教授。我们不仅有多篇合作论文，而且我也在他实验室里访问了半年。在他的指引下，我深刻的认识到理论与实际结合的重要性，他总能在与工业界的合作中解决极具挑战性的研究问题。我在自己的研究中也与华为，阿里巴巴，商汤科技，深兰科技等10余个部门和团队共同合作，产生有价值的研究发现。此外，UCSB的谢源教授和杜克大学的陈怡然教授的研究工作也对我深有启发，我在三维芯片，神经形态计算这两个主要研究方向的工作都是在他们的启发下开展的。

再次，在中科院计算所的韩银和老师引导下，我开始积极从事学术服务。CCF容错计算专委，CCF YOCSEF给了我一个极大的舞台，通过不断组织活动，磨练了自身、开拓视野，为同为年轻人的青年学者创造展示与交流平台。感谢CCF集成电路Early Career Award的赞助方摩尔精英和CEO张竞扬先生，让中国没有难做的芯片，摩尔精英在做一件很有情怀的事。

单位的领导和同事给了我非常多的帮助，让我适应了国内的学术土壤。梁晓峣教授将我引进交大，并在我的事业初期给予无私的帮助。我刚刚参加工作时连续两次写自然科学基金青年基金不中。过敏意，陈贵海和王兴兵教授，以及中科院计算所的李晓维老师不辞辛苦为我反复修改指正，扭转了我固有的思维方式，提高了我写申请书的水平。杨小康教授与毛军发院士给了我参与政府科技规划工作，不但锻炼了能力，也让我对国内的学术、产业现状，未来的发展方向有了更明确的认识。

比较关键的事件就是美国对中兴，华为的技术封锁。这件事扭转了社会对于集成电路设计等技术安全，供应链安全的认识，促使这些高新技术企业把更多的眼光放在了像我这样的年轻学者身上，是目前难得的发展机会