我們先來看兩款由大學生設計的CPU，左邊是河海大學的“河海智慧水利1號芯”BX100E-HHU，右邊是江蘇信息職業技術學院的“蘇信一號”JSIT-M3201：
“河海智慧水利1號芯”BX100E-HHU于2023年8月19日發布，“蘇信一號”JSIT-M3201則于近日流片成功。這兩顆CPU的相繼誕生，標志著CPU設計技術已經從科研機構和芯片企業下沉到了211大學乃至職業學院。
這兩款CPU都屬于SoC，它們都基于龍芯開源的OpenLA1000處理器核，LoongArch32 Reduced指令集架構，使用SMIC 180nm工藝流片。都集成了SDRAM、SDIO、MAC、SPI、I2C、UART、PWM、GPIO等一系列豐富的外設接口。它們都擁有出色的運算能力和低功耗特性，平均功耗≤0.5W。
BX100E-HHU計劃應用于水利、交通及能源等重點行業的嵌入式、物聯網以及智能控制等領域的實際工作中。JSIT-M3201則針對車載應用進行了優化，預計將用于車載中控電腦并提供影音播放功能。
兩顆CPU都已經成功點亮并啟動系統。下面分別是兩款CPU和配套的工程板，看起來江蘇信息職業技術學院的主板和軟件設計得更加完善，不但搭配了彩色屏幕，還啟動了圖形化的操作系統。
兩顆CPU有很多相似的地方，不只是外觀上的相似，它們內部的功能模塊也都是來自同一個提供者。簡單地說，這兩款CPU不是從零開始設計，而是用現成的IP核“組裝”出的產物。
看到“組裝”兩個字，是不是感覺一下子變Low了？但是，這不是組裝電腦，而是組裝芯片耶！組裝芯片的學名叫SoC（System on Chip），稱為系統級芯片或片上系統，就是把各種功能模塊整合在一顆芯片中，提高芯片的集成度，減少獨立芯片的數量。
雖然IP核是現成的，但是師生們仍然需要完成RTL coding、系統仿真、FPGA驗證、后端布局布線、流片、封測等一系列的集成電路設計、制造、測試任務，難度和工程量不是組裝電腦可以比擬的。
以往，整合SoC的技術被一些廠商宣傳得天花亂墜，國內很多芯片企業購買國外的IP核組裝成芯片，然后就宣稱“自主設計”。現在這兩顆由大學生組裝的CPU中，所有IP核都來自國內企業，自然是更加純粹的自主設計。
這兩顆CPU的IP核、設計工具、教學資源等都來自于龍芯中科的“百芯計劃”。
百芯計劃的主要內容是：計劃在5至10年內，在全國范圍選擇百所高校，以校企合作的模式，共建百個“芯片聯合實驗室”。聯合實驗室將基于龍芯高校計劃免費提供的IP，可聯合第三方共同研發實用型的自主芯片，并形成產業化應用。通過百芯計劃，將百個實驗室聯網形成基于龍芯自主芯片IP的生態圈，打造兼具自主創新、科研創新、服務地方經濟和人才培養功能的產學研合作平臺。
百芯計劃開源了兩款升級版的CPU核心，分別是OpenLA500和OpenLA1000。這兩款CPU核心都源自龍芯產品級的成熟設計，并允許學校聯合其他企業用于產品研發。除了兩款CPU核，龍芯還提供了其它各種IP核，可以用這些IP核整合出商業級的產品。
百芯計劃配套的資源如下：
OpenLA500 處理器核：單發射、5 級流水、TLB、Cache、AXI I/F，可讀 VerilogHDL代碼；
OpenLA1000 處理器核：雙發射、7 級流水、TLB、Cache、AXI I/F，可讀 VerilogHDL代碼；
其它 SoC IP：AMBA 總線互聯、SDRAM Ctrl、SDIO Ctrl、MAC Ctrl、SPI Ctrl、I2C Ctrl、UART Ctrl、PWM、GPIO；
軟件資源：GCC 工具鏈，QEMU 模擬器，指令集功能測試程序集，裸機執行環境、U-boot、Linux kernel，處理器核功能仿真驗證環境，SoC 參考設計的軟件仿真和 FPGA綜合實現環境等。
讓學生學會整合SoC只是教學目標之一，更高層次的目標是讓學生掌握從零開始設計CPU的能力。因此龍芯還開源了LoongArch32 Reduced指令集，并開放了被稱為chiplab的硬件開發平臺。
LoongArch32 Reduced是LoongArch指令集的32位精簡版本，規模與RISC-V指令集相當，適合用于嵌入式CPU以及教學和實驗。而chiplab則是一整套的芯片設計和驗證工具，還包括了一個教學風格的單發射五級流水CPU參考設計。
chiplab還包含了基于境內工藝的物理設計環境及參考流程，面向180nm、130nm、110nm的工藝節點，提供了開源的EDA工具包。
可以說所有的CPU都是SoC，區別只是整合的IP核不同。學會了整合SoC，就能“自主設計”CPU。畢竟除了龍芯、申威等少數企業的產品，國內大多數的“自主CPU”都是用國外授權的IP核整合而成。
在整合SoC的過程中，需要完成RTL coding、系統仿真、FPGA驗證、后端布局布線、流片、封測等一系列的集成電路設計、制造、測試任務。掌握了這些能力，就掌握了自主設計SoC的完整能力，也掌握了完全自主設計芯片的基礎能力。
那么，龍芯提供的IP核畢竟有限，基于這些IP核完成SoC設計之后，是否有能力設計其它類型的SoC呢？當然是沒有問題的。現代的IP核為了便于相互連接，在設計時就會遵循一定的規范，類似于電腦上各種板卡和外設的標準接口。例如ARM推出的AXI、AHB、AMBA等總線和接口規范已經成為業界主流，龍芯提供的IP核也同樣符合這些規范。
就像學生在學校的機房里學會了組裝電腦之后，離開機房后用其它的硬件一樣能組裝電腦。不太可能有學生只會組裝Intel的電腦，面對AMD的電腦就無從下手，包括組裝龍芯的電腦也是一樣的方法，都是標準接口，局部大同小異而已。我們在學會組裝電腦之前，也會覺得電腦內部的結構無比神秘，但在學會之后，就會覺得只要有手就能組裝電腦。整合SoC也是這樣，會者不難，難者不會罷了。
總之，河海大學和江蘇信息職業技術學院在“百芯計劃”的支持下，完成了把SoC技術拉下神壇的創舉。國內某些“自主設計”的CPU，再也沒有了自我標榜的本錢。兩所學校，一所是211，一所是職業技術學院，它們共同覆蓋了國內高校的全部層次。現在組裝電腦的技術已經下沉到了中小學生階段，大學生就該通過組裝CPU獲得成就感。
