从电器到飞机，微芯片驱动着如此多的基本电子设备，人们很容易将其视为理所当然。但它们并不容易制作。

在过去的两年里，一个独特的项目团队使康奈尔大学的本科生能够使用新兴的开源硬件设计、测试和制造自己的微芯片，这是一个复杂而昂贵的过程，学生们很少能使用这个过程。

大学生并不是唯一受益的人。康奈尔定制硅系统团队(C2S2型)一直在与康奈尔鸟类实验室的一名研究人员合作，开发一种定制的轻量级、低功耗微芯片，可以标记雌鸟（包括乌鸦、乌鸦和松鸦在内的鸟类家族），并记录它们的发声。

团队负责人兼联合创始人艾丹·麦克奈伊（Aidan McNay’24）表示：“很多事情都在迅速发展。”。“我认为大多数公司在两年内都不会有一个最终的芯片设计。在这一点上，我们几乎已经录制了四个芯片，这是对团队成员的证明。他们学到了很多，学到了很多。”

就像芯片本身一样，C2S2的起源有很多层。该团队最初由以下学生组成克里斯托弗·巴顿他是康奈尔工程学院电子和计算机工程教授。但这不是一夜之间发生的。更像是十年。

2010年巴顿来到康奈尔大学时，他曾尝试为学生建立芯片设计项目团队，但最终决定这是不可能的。

巴顿说：“当时，本科生独立从事芯片设计，面临着许多挑战。”。“商业芯片设计工具复杂且难以使用；与半导体铸造厂签订了复杂的法律协议，难以共享和合作；学生们必须从头开始开发所有东西；即使使用较旧的技术制造芯片，成本也可能很高。”

最初，芯片设计和制造的核心是一个被称为“磁带输出”的不合时宜的过程，该过程涉及将详细的指令存储在磁带上，然后运送到商业铸造厂。（现在，这些文件都是在线上传的，但陈旧的命名法仍然存在。）巴顿为大四学生和研究生开设了一门高级课程，该课程具备芯片设计的所有要素——布局、建模、特征化——无需任何磁带输出，因此也无需物理芯片。

“学生们没有获得体验式学习方面的知识，”巴顿说，他是C2S2的一名教师顾问，同时也是一名讲师亨特·亚当斯“他们手里没有硅，也没有实际生产任何东西。他们只是模拟而已。但多年来，这是我们能做的最好的。”

“令人难以置信的复杂和酷”

2022年春天，麦克奈是巴顿研究小组的大二学生，专注于软件分析，但他想转向硬件。当他和巴顿得知沈氏社会影响基金会每年为新的项目团队提供30000美元的资助时，他们决定为学生芯片设计团队撰写一份提案，该团队比过去的工作具有现代优势：开源技术的出现，使用户可以规避繁重的成本，工具和法律问题。该提案规定，学生们将与校园合作伙伴合作，展示定制硅的研究影响。

麦克奈说：“我们注意到这一领域缺乏本科生的准备。”。“大多数学生在研究生阶段或刚进入工业界时都会经历芯片设计和研究。随着半导体行业需求的不断增长，我们可能不想等那么久才让本科生参与这一设计领域。”

作为新生，让本科生尽早登机是至关重要的。

巴顿说：“等到他们年长的时候，已经太晚了，他们都想成为网络应用程序开发人员或编写机器学习软件。”。“但新生可以参与芯片磁带输出的想法违背了传统观念。芯片计算机行业在解释和抱怨芯片设计有多难方面做得很好。显然，新生不可能做那么难的事情——这基本上是多年来每个人都在告诉学生的。”

为了证明事实并非如此，麦克奈和巴顿着眼于“令人难以置信的复杂和酷”的广泛学生项目小组——从2021年至2023年麦克奈参与的康奈尔火箭队，到康奈尔大学自主水下机器人和康奈尔火星漫游队。

25岁的阿比盖尔·瓦尔盖塞（Abigail Varghese）在拜顿（Batten）参观她的ENGRI 1210：《智能手机中的计算技术》（The Computing Technology Inside Your Smartphone）课程时了解到了C2S2，并将学生选入了团队。她还没有决定主修什么，但她对这个概念很感兴趣，尽管她自己并没有做过很多技术设计工作。

她说：“我学到了更多关于计算机工程的知识，我真的很想有机会做一个项目，我可以看看我在课堂上学习的理论是如何应用的，而不仅仅是得到一个普通的问题集，然后不知道如何应用。”。

自去年加入以来，瓦尔盖塞一直很高兴看到团队通过合作发展，高年级学生与新成员分享他们学到的知识。

她说：“看到知识的传播真的很酷，看到任何人，只要他们有兴趣，愿意付出努力，共同努力，就可以通过磁带传播出去。”。

C2S2目前有25名成员，从大一到大四不等，涵盖电气与计算机工程、计算机科学、工程物理、数学和应用经济与管理等多个专业。学生被分为五个子组：数字、模拟、软件、系统架构和项目管理。

Varghese领导项目管理子团队，她已经在康奈尔大学以外的地方实践了这些技能，并在今年夏天在波音公司实习。

她说：“这是一个全新的领域，航空领域，对我来说是陌生的。”。“但我得到的最大的评论之一是，‘哇，你真的很擅长快速收集信息。’这是我从与团队的交谈中学习到的东西，我听说了他们一直在做的项目，并充分理解了他们的项目，以便与可能没有芯片设计经验的其他人分享gn.“

每个子团队专注于同一总体项目的不同方面，他们在多年的迭代中开发这些项目，每一轮都增加了越来越多的复杂性。制作微芯片不仅需要子团队之间的紧密规划和协调，还需要大量的审查、测试、故障排除，也许比任何事情都需要更多的时间。

该团队每年春天都会用胶带封住一块芯片，然后将其送到铸造厂进行制造。C2S2与一家名为Efabless的公司合作，该公司是国内大型铸造厂SkyWater的中间商。Efabless订购有限的芯片，并为C2S2切下大约40块。每盘磁带的成本约为10000美元，在芯片制造领域是微薄的一笔。

C2S2在秋季中后期收到完成的芯片，然后进行测试。然而，仅仅因为芯片已经制造出来，并不一定意味着它是功能性的。

去年春天，C2S2为他们的第一次磁带输出设计了两种不同的芯片，两种芯片都获得了成功。巴顿说，很难夸大这是多么令人印象深刻。把芯片打出来很难。开发出一个有效的芯片真的很难。有太多可能出错的地方。

“这不像软件，”巴顿说。“你构建了一些软件，但它不起作用，你修复了软件。硬件，你把芯片带出来，它就不起作用了，好吧，祝你好运，你只是浪费了1万美元。让我们再试一次，再花一年的时间。这就是为什么在带出来之前进行测试，要非常仔细和勤奋，有方法调试和理解后硅非常重要。”

'这是黄金'

微芯片的成功取决于它的应用。C2S2找到了一个校园合作伙伴，他的研究可以从小型嵌入式系统中受益。他们与生态与进化生物学系的博士生克里斯托弗·塔兰戈（Christopher Tarango）建立了联系，他专门研究雌鸟的发声——这项研究通常在远处进行，并且已经需要技术援助。

塔兰戈说：“尝试传统的方法，即走出去，站着，用手持麦克风盯着鸟，并试图观察它们以自然的方式发出叫声，这意味着不使用任何刺激或回放，来促使它们发出更多的声音，这是非常耗时的。”。

此前，塔兰戈一直在捕捉鸟类，安装临时的小型背包设备，并释放鸟类，记录它们间歇性的叫声，而不会妨碍它们的自然行为，但这些设备对于所有丛林松鸦来说都太笨重了。理想的标签重量不应超过动物体重的3-5%，Tarango希望优先考虑鸟的安全。

C2S2团队自愿创建了一种更通用、更轻、更节能的微芯片，可以记录和分类叫声，同时还可以用运动传感器跟踪鸟类的运动，这样塔兰戈就可以确定鸟类在鸣叫时在做什么。这项技术还可以用于研究其他小动物的行为，例如蝙蝠和啮齿动物。

塔兰戈向团队提供了他的规范和要求，并定期检查项目进展情况。他的所见所闻给他留下了深刻印象。

他说：“体验式学习是我强烈支持的一种学习方式，因此能够看到他们这样做，能够提出建议并成为其中的一部分，并且能够看着他们作为科学家和传播者的成长，这真是太棒了。”。

每个磁带输出都增加了一些功能，例如捕捉麦克风输入和分类噪音，但这些功能尚未集成在同一芯片上。还有一个集成模拟和数字组件的计划，即使对于经验丰富的芯片制造商来说，这也是一项艰巨的任务。

塔兰戈并不是唯一一个对球队的努力印象深刻的人。

“我不得不说，这是黄金，”巴顿说。“你可以让学生与客户或客户接触，以了解规范或要求，然后定制系统以满足这些规范要求，这种想法非常吸引人，并且以课堂无法重现的方式应用。”

巴顿强调，尽管这支球队很独特，但也需要做很多工作。

他说：“这是一种合法的学生亲身体验式学习体验，很难。”。“但如果你投入工作，你就会得到真正的硅。很少有本科生能这么说。”

C2S2已经获得了包括AMD和Cadence在内的行业赞助商，其中一些赞助商得到了一直保持联系的团队校友的帮助，他们经常分享关于他们开发的工具的提示并提供建议。

麦克奈将于今年春天毕业，但他计划留在康奈尔大学攻读工程硕士学位。像其他成员一样，他为C2S2赢得了课程学分。但这只是一个不错的奖金。

麦克奈说：“很多会员选择C2S2，只是因为它很酷，而且他们觉得它很有趣。”。“当你下班回家时，你还在想什么？我知道我还在想C2S2。我想知道，我能做到吗？也许吧。”