我与处理器架构的 “缘”：严明玉 CCF 优博成长之路|处理器|开发板|软硬件

硬件体系结构领域的学子常常陷入两难困境：有人急于追逐轻量化算法热点，轻视底层工程积淀；有人埋头反复调试硬件，却缺少提炼核心科学问题的思维，长期难以形成清晰完整的研究主线。

中科院计算所副研究员、CCF 优博严明玉，自本科结缘芯片研发，深耕处理器、图计算架构多年，完整走过硬件调试、架构原创设计、软硬件协同、产业落地全链路科研历程。他以保研机缘开启芯片研究，复盘自身成长路径，分享体系结构专属科研方法，剖析 AI 与开源带来的机遇挑战，为芯片领域学子提供可落地的成长参考。

✍️文字整理 | 李曼

本期「CCF 优博之路」邀请到的嘉宾是中科院计算所副研究员严明玉——研究方向为处理器芯片设计。以第一或通信作者在领域顶级刊物上发表论文30余篇，出版著作《图智能芯片》入选“北京科普”，其研究成果被发表在领域顶级刊物上的论文广泛引用或作为基础架构使用。作为负责人或核心骨干，主持或参与了多项国家级科研任务，包括国家重点研发计划项目、国家自然科学基金青年项目和中国科学院专项等。入选北京市科技新星计划、中国科学院青促会会员、CCF青年人才发展计划，并曾获得北京市技术发明一等奖等奖项，其博士论文被评为中国计算机学会优秀博士学位论文。曾担任ISCA、HPCA、MICRO等领域顶级会议的程序委员会委员。

本次分享中，严明玉从一场偶然的保研选择讲起，以从调试电路板到自研芯片的完整成长经历，诠释硬件科研的内核：从不是追逐热点的捷径，而是沉心扎根工程、于方寸硅片间坚守热爱、久久深耕的修行。

️ 这是回顾内容。将门编辑部将 7 月 6 日直播提炼成文，保留核心精粹，希望这份深度整理能为每一位读者带来新的启迪。

嘉宾：严明玉｜中科院计算所副研究员

主持：邰颖｜南京大学副教授、博士生导师

01｜缘起：一次保研，与处理器架构结下不解之缘

很多人生关键选择看似偶然，实则层层铺垫，所有机缘最后都会汇聚成一条专属科研道路。

严明玉：我与处理器架构的缘分，始于 2013 年 9 月的保研面试。彼时推免流程已近尾声，在本科导师的推荐下，我来到中科院计算所面试，这也是我人生唯一一场保研面试。非常感谢广东工业大学对我的栽培，本科阶段充足的工程实践基础，让我能在紧迫的面试中展现自身潜力；也感恩计算所各位老师的包容，顺利收下我，从此开启处理器架构的研究之路。

很多人问我为何选择体系结构，处理器架构本质是搭建高效计算系统，和规划一座城市高度相似：数据通路如同城市道路，控制单元、时序规则对应城市管理制度，硬件模块就是各类城市建筑，通过合理组织所有单元，才能实现高效程序运算。当初一次仓促的面试，意外让我扎根芯片架构领域，现在回头看，所有偶然都是长久积累后的必然。

02｜筑基阶段：沉下心调板子，在脏活里建立硬件体感认知

开发板不会说话，仪器与运行结果才是唯一标准答案，调试的苦功会化作刻在脑子里的系统认知。

严明玉：博士四年级之前，我的核心任务是实践筑基，一头扎进开发板调试的各类脏活累活。导师交给我实验室自研芯片开发板时，我满怀期待，却很快体会到理想与现实的落差。那段日子长期面对三大难题：Linux 内核跨平台移植、反复循环调试 Bootloader、异构多核 DDR 时序同步训练。

长期高压调试带给我三样核心收获。第一是具象化系统认知，脑海能清晰对应每一行代码到电路信号，计算机系统不再是抽象理论；第二是沉稳的工程耐心，遇到开发板变砖不会慌乱，按标准化流程排查故障；第三是工程匠心，实验室前辈教会我，注释是写给未来自己的情书，完备的文档注释能大幅缩短后续排错时间。导师也点醒我，复现问题是解决问题的前提，精准描述问题才是研究真正的起点。

03｜创新萌芽：从调试执行者，转型全新架构设计者

扎实的底层工程积累，是从零创造一套全新处理器架构最坚实的底气。

严明玉：在板子调试积累充足硬件体感后，我的科研进入创新萌芽阶段，心态从单纯落地代码，转变为主动设计架构。此前主流冯诺依曼架构存在集中存储、串行控制带来的延迟瓶颈，就像超市只有一个收银台，再多顾客也要排队。受此启发，我们团队决定从零设计通用数据流处理器 GPDPU。

整个研发过程没有现成参考地图，只能自主探索。我日夜梳理架构思路，每周和师兄进行长时间研讨，最终设计出混合执行模式：指令块采用传统控制流保证一致性，块与块之间依靠数据流实现高并行、高数据复用。架构成型后，我还要配套自主开发模拟器与完整编译工具链。

模拟器是硬件的数字孪生，需要严格贴合时序、面积等物理约束，提前在低成本仿真阶段暴露架构权衡缺陷；工具链搭建则要求全栈思维，兼顾上层编程抽象与底层硬件指令映射。这套早年搭建的模拟器、工具链至今仍被课题组师弟师妹持续沿用，每次听见大家讨论优化相关模块，内心都会生出长久的成就感。我也由此明白，创新不是凭空天赋，而是扎实基础之上的大胆构想与反复试错。

04｜聚焦突破：深耕图计算架构，搭建完整闭环研究体系

真正有价值的突破，藏在不规则、难优化的硬核问题之中，深耕窄域才能挖出独有研究主线。

严明玉：博士后阶段我选择聚焦图计算、图神经网络加速器方向，图模型逻辑简单，但缓存不规则、并行提取困难，属于典型 “看似简单、优化极难” 的硬核问题，也是值得长期深耕的赛道。我总结出一套七步标准化研究闭环：负载分析、量化刻画计算特征、定位性能瓶颈、挖掘创新突破口、完整架构设计、软硬件协同优化、系统验证评估。

基于这套方法论，我先后提出图计算专用数据流架构、面向图神经网络的动态调度架构。这段深耕期我也悟出体系结构专业四大独特魅力：硬件设计可物理落地、必须具备全栈系统思维、在面积功耗时序约束下平衡取舍、架构优化能实现数量级的能效提升。

同时我深刻体会到，科研从来不是孤身前行。独处深度推演能看透问题本质，但跨领域交流、导师点拨、同门批注、工程师实操经验，都能打破思维定式。独处深度思考、开放跨界协作，是科研缺一不可的两翼。曾经论文写作是我的短板，在导师、师兄严苛批注打磨下，我学会在极限截止日期下保持专注，完成多篇顶会论文，实现学术表达能力的蜕变。

05｜科研底层心法：支撑长期深耕的四大内在动力

热血只能支撑短期冲刺，稳定、可持续的内在动力，才能走完漫长科研马拉松。

严明玉：回望六年博士生涯，技术、项目只是表层积累，真正支撑我坚持下来的，是长期沉淀的内在动力体系，分为四点。

第一是以终为始的愿景，龙芯、曙光等前辈自主造芯的事迹，让 “做真正有用的硬件” 成为我的长期灯塔；

第二是行动催生的持久热情，兴趣只是起点，微小的实验成功会持续点燃内生动力，抵御长期倦怠；

第三是低谷期的坚守定力，热情消退时，规律坐班、按计划推进是穿越瓶颈的唯一办法；

第四是深度思考的定力，信息爆炸时代，主动脱离碎片化信息，留出整块时间推演问题本质，是稀缺能力。

科研是一场漫长马拉松，不能只靠一时激情，依靠这四种内在力量，才能在反复试错、长期攻坚中稳住节奏。

06｜科研导航系统：四类核心意识，规避无效研究

拥有清晰的自我判断意识，才能不被热点、无效工作量裹挟，找准研究航向。

严明玉：长期科研实践里，我形成四套指引研究的核心意识，如同导航系统，帮我规避弯路。

一是效率意识，告别盲目重复试错，优先设计自动化脚本、精读核心文档，用更少工作量拿到同等实验效果；

二是需求导向的意义意识，每次创新前追问自身：这项设计解决了什么真实产业、学术痛点，拒绝无实际价值的纸面优化；

三是对标顶尖的创新意识，不满足基础功能实现，持续追问架构代价、边界、核心优势，以领域顶级成果为标尺；

四是凝练表达意识，给自己定下铁律：三页 PPT、三句话讲清工作核心贡献，讲不透本质，代表自身理解仍有模糊地带。

这四类意识相辅相成，让我做研究时始终抓准核心，不陷入无意义的重复工作。

07｜专属科研方法论：独处协作与完整验证流程

深度思考负责诞生创新，开放协作负责完善创新，二者结合才能产出经得起检验的成果。

严明玉：经过多年实践，我沉淀出适配体系结构方向的专属研究方法。

第一是深度独处，创造无干扰思考环境，很多数据流架构的核心思路，都是安静推演时诞生，独处不是孤独，是拓宽思维带宽；

第二是开放协作，主动搭建跨领域交流网络，补足个人认知盲区，碰撞全新解题思路；

第三是六步研究法：负载分析→量化瓶颈→挖掘创新→架构设计→软硬件协同→系统验证；

第四是六步验证法：可行性快速测试→收益代价评估→硬件架构落地→系统集成优化→全面性能测试→逻辑化成果输出。

同时我一直坚持传承前辈的科研思维：先定义问题再解决问题、代码注释留存知识、复杂系统先搭建完整图景、讲不清思路等于没想透，这些前人沉淀的思维框架，是比论文更珍贵的财富。

08｜时代新思考：当下科研的四大挑战与全新机遇

技术迭代速度持续加快，但底层第一性原理、系统性思维永远不会过时。

严明玉：对比十年前，现在研究生科研起点完全改变，信息更快、资源更开放、问题更跨界，随之而来四大核心挑战：一是创新高原效应，基础优化空间基本被挖掘，想要原创突破必须深挖底层原理；二是知识迭代过快，技术热点快速轮换，需要建立信息筛选能力；三是跨界问题增多，单一领域优化走到极限，必须软硬件算法全栈思考；四是深度思考稀缺，热点、会议周期裹挟节奏，很难沉下心深挖本质。

但当下也存在三大全新机遇：第一是开源生态革新，RISC-V、一生一芯等开放项目大幅降低硬件创新门槛；第二是AI 全流程赋能，EDA 工具、文献调研、方案探索都能依靠大模型提速，解放重复性劳动；第三是政策与基金托举，青年科研者拥有更多自主探索、试错的资源支持。

想要应对时代变化，研究者必须兼顾技术敏捷度、全局系统思维与长期战略定力。

09｜本科培养与计算所平台带来的改变

本科给予自由探索的土壤，顶尖平台重塑我的眼界、思维与做事方式。

邰颖：广东工业大学本科培养有哪些优势？中科院计算所平台对你的科研道路产生了什么影响？

严明玉：广工大计算机本科培养有三大优势：第一课余时间充裕，课程压力适中，能自由参与各类科研项目；第二极度重视工程实践，本科阶段就能跟随导师进入课题组，八成以上计算机本科生拥有项目实操经历；第三包容度极高，接纳偏科学生，给每个人发挥特长的出口，让动手能力强的学生找到成长路径。

而计算所是国内少有的覆盖架构设计、芯片流片、产业落地全链条平台，对我的重塑分为两方面。一是环境熏陶，几代科研人沉淀的求实风气、严谨思维，在组会、项目交流中耳濡目染，潜移默化改变我的思考模式；二是完整落地平台，不止停留在模拟器仿真，我们有机会完成硬件制板、真实流片，亲手触摸自己设计的芯片，这种可落地的研究体验，让我始终坚持 “研究要服务真实需求”。

10｜学术创新与产业落地、新人入门建议

学术创新与产业落地本是一体，解决真实痛点的创新，天然具备落地价值；科研不必急于求成，保持好奇心与探索的玩乐心态。

邰颖：学术创新和产业落地目标常常冲突，如何平衡？本科生什么时候适合开展科研，怎样快速提升科研能力？如果对刚入门的自己说一句话会是什么？

严明玉：体系结构学科本身偏工程，研究所项目大多对接国家真实需求，创新和落地并不矛盾。想要实现能效十倍级提升，必须挖掘底层核心瓶颈，这套创新方案经过完善 Demo 验证后，天然具备产业化潜力。流片周期长达两年以上，而算法类创新落地更快，二者只是周期差异，不存在本质冲突，只要创新直击真实痛点，就能兼顾学术价值与产业价值。

科研入门不必限定固定时间，兴趣是核心驱动力，初高中有编程基础也能提前摸索。当下新人可以借助大模型加速实践：复现顶会开源项目、用 AI 辅助搭建测试 Demo，依托一生一芯等开源硬件项目建立全栈认知。

如果回到刚入门的阶段，我想告诉自己，也送给所有同学：在前辈与开源项目的指引下，带着玩乐的心态做科研。科研不是苦修，是解谜游戏，守住初心与好奇心，享受从零搭建完整系统的创造快乐。

结语

工具、热点年年迭代，但脚踏实地的工程匠心、深挖本质的思考能力，是穿越技术周期不变的底气。

严明玉：回顾我与处理器架构十余年缘分，从一次偶然的保研面试，到日夜调试开发板，再到从零设计全新数据流芯片，深耕图计算专用架构，一路上所有成长，都离不开前辈传承、平台托举与长久沉心实践。

如今 AI、开源硬件重塑芯片科研的模式，机遇与挑战并存。对所有刚踏入体系结构、硬件科研的年轻学子，我有两点期许：一是打好底层工程基础，保持第一性原理的深度思考，不被短期热点裹挟；二是拥抱开源、善用 AI 工具，但永远记住机器只是放大器，独立判断与原创思考才是核心。

科研路上既要仰望自主芯片的远大理想，也要脚踏实地打磨每一行代码、每一块电路板。愿所有同行者坚守初心，在硬件架构这片沃土，享受创造、稳步前行。

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