概要介紹
北京大學微處理器研究開發中心(MPRC:Micro Processor Research and Development Center of Peking University )是北京大學重點支持的研究中心之一,成立於2001年2月。MPRC充分利用北京大學在計算機科學技術與微電子學方面的優勢,以發展中國自主的微處理器事業為己任,在現代微處理器結構、最佳化編譯、作業系統、計算機模擬和性能評測、軟硬體協同設計、系統晶片(System-on-a-Chip)設計等方向開展科研和教學工作。
MPRC的核心理念是“人才培養、科技創新”,在這一理念的影響下,MPRC聚集了一批積極向上、努力拚搏的人才。目前,在程旭教授的領導下,中心成員包含研究人員、訪問學者和研究生已經超過100人。MPRC目前由四個研究開發小組和一個辦公室構成。
科學研究
近5年來,MPRC承擔了國家863計畫、國家自然科學基金(國際合作重點項目、一般項目)、國家重點科技攻關計畫、國家教育部博士點專項基金等支持的20餘項科研任務。1999年自主創新研製成功我國第一套支持微處理器正向設計的軟/硬體協同設計環境,並基於此環境開發成功unicore16嵌入式微處理器;2000年12月自主研製成功32位/16位混合指令系統的微處理器UniCore32及配套軟體系統,包括編譯器、彙編器、標準庫函式、模擬器和作業系統等,並設計成功針對高端消費類電子產品套用的原型系統;2001年自主研製成功64位浮點協處理器UniCore-F64(支持IEEE 754單精和雙精運算)、改進最佳化設計的32/16位定點微處理器UniCore32以及面向系統晶片(SoC)的PCI 2.2和SDRAM控制器等IP核。
對外合作
MPRC注重與國內外著名研究機構和企業的合作關係。1999年與Intel公司共同成立了“北京大學——英特爾軟硬體協同設計聯合實驗室(Intel-Peking University Hardware/Software Co-design Joint Lab)”;2000年3月與美國UCLA、UCSB、(新竹)清華大學、(新竹)交通大學、 (北京)清華大學、浙江大學共同成立了“國際系統晶片研究中心(International Research Center on Giga-scale System-on-a-Chip)”;2002年2月與聯想(深圳)板卡設計中心共同成立“北京大學——聯想系統晶片設計聯合實驗室”;2003年9月與明導公司(Mentor Graphics)在北京大學深圳研究生院成立“北京大學——明導科技系統設計聯合實驗室”。
MPRC與Synopsys、AVANTI、Mentor Graphics、Cadence, Novas、Synplicity、SpringSoft、Tanner等國際著名EDA公司建立了密切合作關係,與台灣積體電路製造股份有限公司(TSMC)、創意科技股份有限公司(Global UniChip)等單位合作,努力將國際領先的設計技術引入大陸,以提升大陸地區的積體電路設計水平。MPRC作為美國Artisan公司授權的TSMC工藝庫提供單位,將直接為開展面向TSMC製程的積體電路設計單位和研究院所提供MPW服務。
受北方微電子產業基地領導辦公室的直接指導和委託,MPRC作為技術和服務中心,通過與東南大學國家積體電路工程研究中心、浙江大學電氣工程學院、哈爾濱工業大學微電子研究中心、中國電子科技大學微電子學院的合作,將逐步在全國範圍內提供面向TSMC 0.25um-0.13um工藝的MPW (Multiple Project Wafer)服務。目前正式開展0.25um、0.18um的TSMC MPW服務。
研發環境
MPRC(北京基地)坐落於北京大學理科樓群1號樓8層,實驗室面積近千平方米,具有近百個設計工位。在北京大學“211工程”和“985計畫”的重點支持下,MPRC具備了國際水準的研究和實驗環境:現有1台Sun E5500(8個64位CPU/8G記憶體)的EDA伺服器,1套48 cpu的PC Farm ,10台雙CPU的Sun Blade2000高性能工作站,兩台IBM 370伺服器,4台雙至強CPU/4G記憶體的Dell伺服器,60餘台DELL Pentium4 工作站,20台DELL Pentium III/600MHz工作站,30餘台Pentium III微機,50多套SunRay1網路計算機終端以及100套以上北大眾志網路計算機,網路計算機終端和伺服器共同構成了和外部完全隔絕的安全設計環境,可以有效保證設計工具、工藝庫以及設計代碼的安全。MPRC還擁有配套的系統晶片開發和調試工具(VStation 15M 仿真器、Axis Xtreme-I 仿真器、邏輯分析系統、高頻示波器等),同時具備開發研製微處理器和系統晶片所需的EDA工具(包括Synopsys、Mentor Graphics、Magma等公司提供的工具和工藝庫),具有開展0.25um至0.13um工藝積體電路系統晶片設計的軟體和硬體環境。
MPRC(深圳基地)坐落於深圳大學城內,實驗室面積近千平方米。深圳基地將充分發揮MPRC在微處理器、系統軟體、系統晶片設計等方面的優勢和深圳在系統設計與製造方面的優勢,推動中國自主智慧財產權的IT核心技術發展和產業化。
研究方向
指令級並行處理 執行緒級並行處理
現代微處理器結構
微處理器設計方法學
編譯最佳化技術
軟硬體協同設計
計算機模擬和性能評測
並行計算機系統結構
研究小組
中心研究隊伍現在基本劃分為軟體組、結構組、IC設計組和系統組,各組研究方向如下:
軟體組:
★軟體組擔任與微處理器相關的系統軟體的研究與設計,現在的主要研究方向包括:
★編譯最佳化
★可重定向編譯器的設計
★可重定向彙編器的設計
★基於自主晶片的記憶體回收機制分析(和日本理光公司合作)
★基於自主晶片的嵌入式作業系統設計
★微處理器模擬器設計
★基於自主晶片的源級調試集成環境的設計
結構組:
★現代微處理器體系結構的研究與設計
★系統晶片軟硬體協同設計
★系統晶片軟硬體協同驗證
★積體電路IP復用技術
★系統晶片開發平台
IC設計組:
★積體電路設計邏輯綜合和物理綜合
★積體電路時鐘樹綜合
★布局布線和參數提取
★靜態時序分析
★低功耗電路分析與設計
★積體電路可測試性設計
系統組:
★系統晶片開發驗證平台
★基於自主晶片的套用方案設計
★面向自主晶片的輔助開發工具設計
★高速PCB布局布線研究
★PCB可重用設計、並行設計研究
★PCB EDA設計工具二次開發
★IBIS模型與SPICE模型研究
★系統方案工程化設計
★電信號測試與分析
★FPGA開發平台設計
★BIOS開發
以往成果
近年來,北大微處理器中心和北大眾志公司承擔了國家863計畫、國家自然科學基金(國際合作重點項目、一般項目)、國家重點科技攻關計畫、國家教育部博士點專項基金等支持的30餘項科研任務。中心在微處理器及配套系統軟體方面的研究開發項目連續三年得到863計畫重大項目的支持。主要標誌性成果如下:
1999年12月開發成功UniCore16嵌入式微處理器及國內第一套支持微處理器正向設計的軟硬體協同開發環境。該成果被評為“1999年中國高校十大科技進展”之一。
2000年12月,成功研製我國第一顆支持16位/32位兩套指令系統的微處理器及信息家電示範系統。
2001年9月,自主研製成功64位浮點協處理器UniCore-F64、改進最佳化設計的32/16位定點微處理器UniCore32,以及PCI 2.2、Ethernet MAC等多種積體電路IP核。
2002年6月,研製成功支持系統晶片開發的軟硬體協同設計/協同驗證平台、面向移動信息設備的系統晶片“眾志-805”。
2002年12月,研製成功面向網路計算機的北大眾志-863 微處理器系統晶片及配套系統軟體,隨後成功開發基於北大眾志-863 微處理器系統晶片的NetPC整機系統,可獨立運行Linux作業系統、XWindow及大量套用軟體;與此同時,基於北大眾志-863 微處理器系統晶片的網路計算機(NC)進入試用階段。
2003年,與國際知名測試廠商安捷倫聯合公布北大眾志-863 微處理器系統晶片產品成功通過大批量量產測試,採用0.25微米工藝的北大眾志-863 微處理器系統晶片批量生產,集成度超過200萬門,工作頻率為200MHz;採用0.18微米工藝的北大眾志-863 微處理器系統晶片研製成功,工作頻率為300MHz;基於北大眾志-863 微處理器系統晶片的網路計算機(NC)正式進入市場。
2004年,合作完成採用北大眾志微處理器核的家庭網關係統晶片,並研製成功樣機系統;
2004年與北大眾志公司合作,面向教育、辦公、醫療、工廠等領域全面推廣網路計算機,並在江蘇常州完成中規模套用試點工作。
2004年和2005年的科技部兩會報告中,“以自主開發的北大眾志微處理器系統晶片和Linux作業系統為基礎的新一代網路計算機”被列為“中國科技界的原始性創新能力不足問題得到改觀”的標誌性重大高新技術成果之一。
2004-2005年,研製成功PKUnity-2 600MHz微處理器系統晶片,PKUnity-2 晶片集成了大量全新的積體電路IP核,包括DDR-I存儲控制器、66MHz PCI 2.2橋、1000M乙太網卡控制器、ATA7硬碟控制器、USB 2.0控制器等等。
2005年,北大眾志網路計算機實際裝機量達到1萬5千台,並形成年產20萬台的批量生產能力。
2005年1月,“北大眾志-863 CPU系統晶片及套用”參加由科技部、信息產業部、中國半導體行業協會等五家單位共同主辦的“首屆國家積體電路設計產業化基地和香港科技園‘孵化創新產品’競賽”,榮獲唯一特等獎。
2005年10月,“北大眾志-863 CPU系統晶片”和“北大眾志網路計算機”在第七屆中國(深圳)國際高新技術成果交易會上,榮獲兩項優秀產品獎。