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实验室参加2017年计算所第十三届公众科学日活动
时间:2017-06-26 18:21:28      点击 :次      来源:      收藏

      2017年5月20日,计算机体系结构国家重点实验室(下简称“实验室”)参加了中国科学院计算技术研究所举办的第十三届公众科学日活动,本次公众科学日的主题为“探索塑造未来”,主要目的是提高公众科学素养,对公众进行科普宣传,全面的展示实验室最新的科技创新成果。超过一千名社会各界人士、大中小学生和小朋友们来到实验室参与活动,反响热烈。本次实验室展示的项目有:编程如此简单,芯片的诞生,计算机的历史,3D可记忆处理器和抗辐射小车。

      说起编程,人们的第一反应就是:枯燥和复杂。针对这个问题,来自国重先进编译技术实验室的科研人员们,开发了一系列简单易用的可视化编程软件,和专门为青少年量身定制的硬件设备。采用模块化组件设计,使得小朋友们可以自由地发挥创意,通过在手机或者平板电脑上简单的拖拽操作就能完成程序的编写,编译器智能的生成单片机应用程序和对云服务的调用处理程序,最大化降低编程的难度的同时也保证了丰富的功能。这种编程工具可以有效的锻炼孩子的逻辑思维能力,不仅有利于儿童编程的教学,也能够激发小朋友们的创作兴趣。简单有趣的编程不仅黏住了众多小朋友和家长的脚步,也吸引了中央电视台记者的关注,新闻联播中记录了刘雷博士向公众展示物联网编程的画面。


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新闻联播中刘雷博士在向公众展示如何编程的画面

      在芯片的诞生展台,通过体验展品和讲解视频的方式向公众科普了从沙子到芯片的制作过程。沙子在经过工业高温提纯之后,可以得到硅纯度高达99.9999%的硅碇,通过对硅锭进行横向切片就可以得到抛光晶圆。紫外线透过掩膜就可以在抛光晶圆上刻蚀出电路,从而得到硅晶圆,再对硅晶圆进行切片,就可得到数百个晶片。最后对晶片进行测试、封装,就得到了我们的手机、笔记本、台式机等等所使用的芯片。这一制作过程中的抛光晶圆、光掩膜、硅晶圆、封装前的芯片等等在展台上都有展示,展台上所有的展品参观者都可以拿在手里近距离体验,让公众能够更直观地了解芯片的制作流程。

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公众参观实验室展区

      计算机的历史展台,通过视频和展品的形式展示了人类计算工具发展的过程。展台上展示了在电子计算机诞生之前的计算工具—计算尺,它发明于1621年,它不仅能进行加、减、乘、除、乘方、开方运算,甚至可以计算三角函数、指数函数和对数函数等等,它一直使用到袖珍电子计算器面世。展台上1930年产手摇计算机,它的发明时间大致是中国清朝的时候,除了能够进行四则运算,还能进行平方数,立方数等运算,我国二弹一星大部分的数据计算任务就是靠这种手摇计算机完成的。展台上还展示了第一代计算机ENIAC上所使用的真空电子管、英特尔1979年的第一代处理器8088等等,参观者通过观看视频讲解和动手体验计算尺、手摇计算机,进一步了解了计算机从大到小,从慢到快,从简单到复杂的发展过程。

      3D可记忆处理器是实验室最新的科研成果,不同于普通的处理器,3D可记忆处理器在从故障中恢复之后,它依然能够继续正常地运行故障发生前的任务。实验室使用3D芯片的设计思路,将中央处理器和快速非易失的铁电存储器集成到一个芯片之中,并设计了一个独立的硬件结构来周期性地提取处理器状态,并将压缩后的状态信息快速地存储到铁电存储器上。芯片是电子系统的大脑,芯片发生致命故障时,处理器系统无法工作,但它断电前的瞬间状态会被保存到非易失性存储器中。恢复后,该处理器能从上一次断电时的场景恢复。由于采用了3D设计和压缩技术,可将恢复间隔缩短至微秒级别。这一科研成果能为航天、国防等重要领域所使用的处理器提供一个可靠、稳定的技术保障。

      抗辐射小车展示于计算所“计算的脚步”展厅。由于航天器在太空中飞行时,持续受到高能粒子的辐射,可能发生功能异常。如果高能粒子使卫星飞行制导系统的姿态控制发生了异常,导致卫星偏离既定轨道,就有可能发生非常严重的事故。抗辐射小车模拟了在工作中遇到故障的航天器,展示故障恢复的方法。它使用了动态重构结合多模冗余、层次化硬件检查点等抗辐射加固设计技术。FPGA芯片内实现的小车电机控制电路,在受到单粒子效应而使得其中某个或多个驱动控制电路发生故障时,自测试和自诊断机制能够迅速报告故障,并迅速重构恢复该模块,从而在极短的时间内发现故障并恢复系统功能,避免故障积累效应。


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观众在展区进行体验

      在本次公众科学日活动中,随着公众亲自动手体验,专业而复杂的知识在公众眼中变得简单有趣,让公众学习到了很多有关芯片制造、计算机历史和编程的知识,开拓了视野,了解到了国家重点实验室的最新科研成果。感受到了科研的乐趣,有效地拉近了公众和实验室的距离,让科学研究变得不再神秘,通过孩子们充满成就感的笑脸,也让我们坚定了普及科学知识的决心和信心。