3 领先打造芯片界“变形金刚”

　　2006年回归清华大学后，魏少军几乎一切归零，团队要从头组建，研究方向也要重新考量。起初，团队里只有年轻教师刘雷波、尹首一和几名研究生。

　　四处奔波成为家常便饭。为了节约经费，大家出差就坐硬座，甚至站票。团队没有多余的资金去聘请专业工程师，只能在研发之余，自己动手。

　　即便困难重重，魏少军心里也思忖着，未来十年，到底什么会成为热点？根据摩尔定律，芯片行业每18个月进步一代，如此推进，到2016年集成电路工艺可能会达到20纳米以下。他们据此计算，如果芯片水平达到14纳米，那开发一枚芯片的成本需要几千万美元，甚至上亿美元，一定要批量生产才能盖住研发费用。不过，现实中的情况是，市场上大概有六七成产品为专用集成电路芯片，它们根据特定应用来定制电路结构，执行速度快、功耗小、成本低，却有一个致命缺陷——灵活性和拓展性差。另外，针对不同应用需要设计不同的芯片，设计周期长，投入研发成本也高。

　　魏少军设想，“有没有一种办法，通过软件改变芯片的功能，让一种芯片适应各种不同的应用？”

　　这个概念，即所谓可重构芯片，早在上世纪60年代就有国外学者提出，但直到2000年之后才引起重视，也成为集成电路领域炙手可热的焦点。

　　花了三年时间，魏少军团队才明晰思路。通过构建特别的计算单元，把计算单元变成阵列，阵列当中每一个计算单元的功能都可以定义，而且这些计算单元之间相互连线，也可随时定义或者编程。由此，软件怎么写，就把它直接映射到计算单元中去，让芯片实现相应的功能。

　　他打了一个巧妙的比喻，可重构计算芯片让芯片成了“变形金刚”，硬件跟着软件变，软硬件双编程，根据不同的应用需求，实现“兵来将挡，水来土掩”。

　　凭借“高能效动态可重构计算及其系统芯片关键技术”，魏少军团队获得2015年度国家技术发明奖二等奖及2015年中国专利金奖。

　　更令人瞩目的是，该项目比美国国防部高级研究计划局（DARPA）2017年提出的电子振兴计划（ERI）所规划的软件定义硬件技术早提出10年，且重构速度比ERI规划的2022年指标快5倍以上。

　　基于可重构芯片技术，魏少军和他的团队研发出“思考者”（Thinker）多模态神经网络计算芯片，这是世界上首枚利用可重构计算芯片技术实现深度神经网络学习的芯片。从他们团队孵化的创业公司清微智能已开启“思考者”的量产。

　　当前，在信息安全领域，CPU安全至关重要。传统思路是，从数以亿万计的晶体管中找出只有几十颗晶体管的木马。显然，这无异于大海捞针。这个难题困扰了团队很长时间，“想破头还是束手无策。”有一天，坐在办公室的魏少军突然“脑洞大开”，“既然找不出来坏的，那我看着好的就行，物极必反！”基于此，魏少军提出CPU异常行为监测管控技术，并研制出全球唯一报道的可被全程监管的CPU。目前，上海的澜起科技基于此研发出了“津逮”CPU。

　　当下，深度学习大行其道，能否让芯片也不断学习，变得越来越聪明？魏少军团队又瞄准新的目标，“我们把机器学习和训练也放在芯片上，让芯片运算功能最后能够反馈回来，自己教自己，不断训练让自己变好。这就是一个智能化的芯片，是我们下一步的目标。”

　　4 推进“核高基”产业发展

　　基于之前在集成电路等相关领域的成就，八年前，魏少军成为我国“核高基”国家科技重大专项的技术总师。

　　“核高基”是对核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品的简称，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中名列第一。过去，相当长一段时间内，我国“核高基”领域“缺芯少魂”，产品依赖进口，核心技术受制于人。从2011年开始，魏少军成为这一重大专项的技术总师。他透露，截至2017年我国核心电子器件关键技术取得重大突破，总体技术水平实现了跨越式发展，核心电子器件与国外差距由15年以上缩短到5年。核心电子器件长期依赖进口的“卡脖子”问题得到缓解，支撑装备核心电子器件自主保障率从不足30%提升到85%以上。

　　作为技术总师，魏少军要负责规划国家“核高基”发展计划、实施内容并选择合适的路径，通过项目带动企业、高校、科研院所共同进步，从而提升产业整体水平。

　　这样的角色，促使他既要不断学习，又要巧妙借助专家组的智慧把握方向，还要不断说服业内同行共同参与。同行们时常看到，魏少军走上学术会议、大型论坛、电视讲坛，成为“核高基”的引路者。在魏少军看来，无论作为技术总师，还是作为集成电路行业资深设计者，“我有责任向更多人宣传‘核高基’的技术理念，带领大家把产业向前推进。”

　　魏少军

　　清华大学和北京大学双聘教授，清华大学微纳电子学系主任、微电子所所长，“核高基”国家科技重大专项技术总师，中国电子学会会士，国际电气和电子工程师协会会士。

　　他致力于超大规模集成电路设计方法学研究、高层次综合技术研究、嵌入式系统设计技术研究、可重构芯片技术研究，在上述领域发表论文200余篇，出版专著5部，拥有数十项中国和美国发明专利。他曾先后获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、教育部技术发明一等奖等省部级奖6项，以及中国科协“求是”杰出青年奖、国际半导体产业协会（SEMI）突出贡献奖等。（本报记者 任敏）