
【概要介绍】北京大学微处理器研究开发中心(MPRC:Micro Processor Research and Development Center of Peking University )是北京大学重点支持的研究中心之一,成立于2001年2月。MPRC充分利用北京大学在计算机科学技术与微电子学方面的优势,以发展中国自主的微处理器事业为己任,在现代微处理器结构、优化编译、操作系统、计算机模拟和性能评测、软硬件协同设计、系统芯片(System-on-a-Chip)设计等方向开展科研和教学工作。
MPRC的核心理念是“人才培养、科技创新”,在这一理念的影响下,MPRC聚集了一批积极向上、努力拼搏的人才。目前,在程旭教授的领导下,中心成员包含研究人员、访问学者和研究生已经超过100人。MPRC目前由四个研究开发小组和一个办公室构成。
【科学研究】近5年来,MPRC承担了国家863计划、国家自然科学基金(国际合作重点项目、一般项目)、国家重点科技攻关计划、国家教育部博士点专项基金等支持的20余项科研任务。1999年自主创新研制成功我国第一套支持微处理器正向设计的软/硬件协同设计环境,并基于此环境开发成功UniCore16嵌入式微处理器;2000年12月自主研制成功32位/16位混合指令系统的微处理器UniCore32及配套软件系统,包括编译器、汇编器、标准库函数、模拟器和操作系统等,并设计成功针对高端消费类电子产品应用的原型系统;2001年自主研制成功64位浮点协处理器UniCore-F64(支持IEEE 754单精和双精运算)、改进优化设计的32/16位定点微处理器UniCore32以及面向系统芯片(SoC)的PCI 2.2和SDRAM控制器等IP核。
【对外合作】MPRC注重与国内外著名研究机构和企业的合作关系。1999年与Intel公司共同成立了“北京大学——英特尔软硬件协同设计联合实验室(Intel-Peking University Hardware/Software Co-design Joint Lab)”;2000年3月与美国UCLA、UCSB、(新竹)清华大学、(新竹)交通大学、 (北京)清华大学、浙江大学共同成立了“国际系统芯片研究中心(International Research Center on Giga-scale System-on-a-Chip)”;2002年2月与联想(深圳)板卡设计中心共同成立“北京大学——联想系统芯片设计联合实验室”;2003年9月与明导公司(Mentor Graphics)在北京大学深圳研究生院成立“北京大学——明导科技系统设计联合实验室”。
MPRC与Synopsys、Avanti、Mentor Graphics、Cadence, Novas、Synplicity、SpringSoft、Tanner等国际著名EDA公司建立了密切合作关系,与台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC)、创意科技股份有限公司(Global UniChip)等单位合作,努力将国际领先的设计技术引入大陆,以提升大陆地区的集成电路设计水平。MPRC作为美国Artisan公司授权的TSMC工艺库提供单位,将直接为开展面向TSMC制程的集成电路设计单位和研究院所提供MPW服务。
受北方微电子产业基地领导办公室的直接指导和委托,MPRC作为技术和服务中心,通过与东南大学国家集成电路工程研究中心、浙江大学电气工程学院、哈尔滨工业大学微电子研究中心、中国电子科技大学微电子学院的合作,将逐步在全国范围内提供面向TSMC 0.25um-0.13um工艺的MPW (Multiple Project Wafer)服务。目前正式开展0.25um、0.18um的TSMC MPW服务。
【研发环境】MPRC(北京基地)坐落于北京大学理科楼群1号楼8层,实验室面积近千平方米,具有近百个设计工位。在北京大学“211工程”和“985计划”的重点支持下,MPRC具备了国际水准的研究和实验环境:现有1台Sun E5500(8个64位CPU/8G内存)的EDA服务器,1套48 cpu的PC Farm ,10台双CPU的Sun Blade2000高性能工作站,两台IBM 370服务器,4台双至强CPU/4G内存的Dell服务器,60余台DELL Pentium4 工作站,20台DELL Pentium III/600MHz工作站,30余台Pentium III微机,50多套SunRay1网络计算机终端以及100套以上北大众志网络计算机,网络计算机终端和服务器共同构成了和外部完全隔绝的安全设计环境,可以有效保证设计工具、工艺库以及设计代码的安全。MPRC还拥有配套的系统芯片开发和调试工具(VStation 15M 仿真器、Axis Xtreme-I 仿真器、逻辑分析系统、高频示波器等),同时具备开发研制微处理器和系统芯片所需的EDA工具(包括Synopsys、Mentor Graphics、Magma等公司提供的工具和工艺库),具有开展0.25um至0.13um工艺集成电路系统芯片设计的软件和硬件环境。
MPRC(深圳基地)坐落于深圳大学城内,实验室面积近千平方米。深圳基地将充分发挥MPRC在微处理器、系统软件、系统芯片设计等方面的优势和深圳在系统设计与制造方面的优势,推动中国自主知识产权的IT核心技术发展和产业化[1]。
【研究方向】指令级并行处理 线程级并行处理
现代微处理器结构
微处理器设计方法学
编译优化技术
软硬件协同设计
计算机模拟和性能评测
并行计算机系统结构[2]
【研究小组】中心研究队伍现在基本划分为软件组、结构组、IC设计组和系统组,各组研究方向如下:
软件组:
★软件组担任与微处理器相关的系统软件的研究与设计,现在的主要研究方向包括:
★编译优化
★可重定向编译器的设计
★可重定向汇编器的设计
★基于自主芯片的内存回收机制分析(和日本理光公司合作)
★基于自主芯片的嵌入式操作系统设计
★微处理器模拟器设计
★基于自主芯片的源级调试集成环境的设计
结构组:
★现代微处理器体系结构的研究与设计
★系统芯片软硬件协同设计
★系统芯片软硬件协同验证
★集成电路IP复用技术
★系统芯片开发平台
IC设计组:
★集成电路设计逻辑综合和物理综合
★集成电路时钟树综合
★布局布线和参数提取
★静态时序分析
★低功耗电路分析与设计
★集成电路可测试性设计
系统组:
★系统芯片开发验证平台
★基于自主芯片的应用方案设计
★面向自主芯片的辅助开发工具设计
★高速PCB布局布线研究
★PCB可重用设计、并行设计研究
★PCB EDA设计工具二次开发
★IBIS模型与SPICE模型研究
★系统方案工程化设计
★电信号测试与分析
★FPGA开发平台设计
★BIOS开发[3]
【以往成果】近年来,北大微处理器中心和北大众志公司承担了国家863计划、国家自然科学基金(国际合作重点项目、一般项目)、国家重点科技攻关计划、国家教育部博士点专项基金等支持的30余项科研任务。中心在微处理器及配套系统软件方面的研究开发项目连续三年得到863计划重大项目的支持。主要标志性成果如下:
1999年12月开发成功UniCore16嵌入式微处理器及国内第一套支持微处理器正向设计的软硬件协同开发环境。该成果被评为“1999年中国高校十大科技进展”之一。
2000年12月,成功研制我国第一颗支持16位/32位两套指令系统的微处理器及信息家电示范系统。
2001年9月,自主研制成功64位浮点协处理器UniCore-F64、改进优化设计的32/16位定点微处理器UniCore32,以及PCI 2.2、Ethernet MAC等多种集成电路IP核。
2002年6月,研制成功支持系统芯片开发的软硬件协同设计/协同验证平台、面向移动信息设备的系统芯片“众志-805”。
2002年12月,研制成功面向网络计算机的北大众志-863 微处理器系统芯片及配套系统软件,随后成功开发基于北大众志-863 微处理器系统芯片的NetPC整机系统,可独立运行Linux操作系统、XWindow及大量应用软件;与此同时,基于北大众志-863 微处理器系统芯片的网络计算机(NC)进入试用阶段。
2003年,与国际知名测试厂商安捷伦联合公布北大众志-863 微处理器系统芯片产品成功通过大批量量产测试,采用0.25微米工艺的北大众志-863 微处理器系统芯片批量生产,集成度超过200万门,工作频率为200MHz;采用0.18微米工艺的北大众志-863 微处理器系统芯片研制成功,工作频率为300MHz;基于北大众志-863 微处理器系统芯片的网络计算机(NC)正式进入市场。
2004年,合作完成采用北大众志微处理器核的家庭网关系统芯片,并研制成功样机系统;
2004年与北大众志公司合作,面向教育、办公、医疗、工厂等领域全面推广网络计算机,并在江苏常州完成中规模应用试点工作。
2004年和2005年的科技部两会报告中,“以自主开发的北大众志微处理器系统芯片和Linux操作系统为基础的新一代网络计算机”被列为“中国科技界的原始性创新能力不足问题得到改观”的标志性重大高新技术成果之一。
2004-2005年,研制成功PKUnity-2 600MHz微处理器系统芯片,PKUnity-2 芯片集成了大量全新的集成电路IP核,包括DDR-I存储控制器、66MHz PCI 2.2桥、1000M以太网卡控制器、ATA7硬盘控制器、USB 2.0控制器等等。
2005年,北大众志网络计算机实际装机量达到1万5千台,并形成年产20万台的批量生产能力。
2005年1月,“北大众志-863 CPU系统芯片及应用”参加由科技部、信息产业部、中国半导体行业协会等五家单位共同主办的“首届国家集成电路设计产业化基地和香港科技园‘孵化创新产品’竞赛”,荣获唯一特等奖。
2005年10月,“北大众志-863 CPU系统芯片”和“北大众志网络计算机”在第七届中国(深圳)国际高新技术成果交易会上,荣获两项优秀产品奖[4]。