■本報記者 陸琦
2017年度電腦體系結構國家重點實驗室評估現場， 李曉維向專家介紹情況。
大到占地上萬平米的資料中心， 小到一枚助聽器，
中科院計算所電腦體系結構國家重點實驗室李曉維團隊通過多年潛心研究， 在驗證、測試、容錯等方面取得了一系列國際領先的科研成果， 從設計、製造到服役， 為晶片全生命週期的可靠性“保駕護航”。
要求苛刻的晶片可靠性
處理器晶片是現代資訊技術的引擎， 是資料處理的核心。 然而， 設計過程中可能由於考慮不周導致製造出的晶片功能故障， 製造過程中會遭受晶片缺陷而導致邏輯正確的晶片不能成為合格產品，
我國高性能處理器晶片長期依賴進口， 2000年以來， 隨著我國積極推動國產高性能處理器的研製及其產業化， 對高性能處理器設計正確性的驗證和製造缺陷的檢測提出了迫切的需求。
“設計過程中的問題需要通過驗證的方法來解決， 製造過程中遭受的一些隨機雜質等因素造成的缺陷可以通過晶片測試來篩除， 而服役期的可靠性則必須通過設置一定的容錯機制來保障。 ”李曉維說。
這在很多特殊的應用領域具有非常重要的意義， 例如飛行在深空的航太裝備中的晶片如果出了問題很難及時更換， 所以對可靠性的要求尤其苛刻。 2005年起， 李曉維團隊開啟了晶片全生命週期的可靠性構建研究。
打破封鎖實現有效測試驗證
測試驗證， 是晶片服役前要過的第一關。
如同媽媽們通過孕檢來確認即將出生的小寶寶是否健康， 科研人員則通過測試驗證來保證設計和製造出來的晶片符合設計要求， 解除系統失效的隱患。
測試驗證使用的最主要的方法是模擬。 該方法主要的難點在於輸入的資料量巨大， 想要完全地測試驗證處理器， 需要的時間非常長。 為了加速測試驗證的過程， 需要把輸入進行分類， 僅挑選每一類中的代表對處理器進行測試驗證。
但處理器的設計非常複雜， 輸入的組合和分類情況同樣是極其複雜的。 於是， 李曉維團隊對測試驗證的方法進行探索，
在生產環節， 西方國家對我國測試設備出口時關鍵性能指標——時鐘頻率的限制， 使我們甚至無法利用測試設備的時鐘直接支援高性能處理器晶片的實速測試， 妨礙了我國高性能處理器的順利發展。
李曉維團隊通過在晶片電路裡的一個特殊設計， 實現了高性能處理器晶片的實速測試， 打破了國外的技術封鎖。
為應對服役期的晶片健康問題， 他們發展了傳統的基於多模冗余的容錯技術， 給晶片裝上“急救包”。 這些“急救包”部署在晶片內部一些容易出現問題的位置， 例如關鍵的運算單元、重要的資料連結等。
“遇到一些容易處理的傷病， 晶片自己就可以解決，
如今， 晶片在設計、製造、服役這三個環節的可靠性問題都解決了， 但這還遠遠不夠。 李曉維的理想是， 未來能夠在可靠部件的基礎上構建可靠系統。
揪出隱藏的不安全因素
自2010年以來， 李曉維團隊的成果已經應用于包括安全認證晶片、星載微處理器晶片、多媒體處理核心晶片、高端通用處理器晶片等10餘款高性能處理器的設計驗證、可測試性設計與片上容錯設計。 其中， 使用他們成果的安全認證晶片在指紋考勤門禁領域的市場佔有率超過50%， 國產星載微處理器晶片已成功應用于10余個國產衛星的控制電腦。
“不斷創新， 推動技術進步， 造福人類。 ”李曉維做研究並不是為了自己獲利， 讓夢想成真才是他不懈的追求。
從最初的產品品質測試，到全生命週期的可靠性構建，深耕細作近20年，李曉維始終沒有停下探索的腳步。他的下一個目標，是安全。
“可靠不等於安全。”他說，“目前我國無處不在的處理器絕大多數都是進口的，有沒有把重要資訊洩露出去，有沒有惡意植入的木馬甚至邏輯炸彈……我們要想辦法去除這些不安全因素，把隱藏的‘間諜’揪出來。”
《中國科學報》 (2018-04-26 第8版 雙創)
讓夢想成真才是他不懈的追求。從最初的產品品質測試，到全生命週期的可靠性構建，深耕細作近20年，李曉維始終沒有停下探索的腳步。他的下一個目標，是安全。
“可靠不等於安全。”他說，“目前我國無處不在的處理器絕大多數都是進口的，有沒有把重要資訊洩露出去，有沒有惡意植入的木馬甚至邏輯炸彈……我們要想辦法去除這些不安全因素，把隱藏的‘間諜’揪出來。”
《中國科學報》 (2018-04-26 第8版 雙創)