《IEEE Solid-State Circuits Magazine》：Open Source Ecosystem in Japan, New OSS Design Activities [Society News]
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为解决全球开放源码（OSS）芯片设计社区对可替代性制造工艺技术的迫切需求，并应对半导体设计人才短缺的挑战，日本的研究机构与企业（如OpenSUSI、九州大学）联合开展了基于开源1-μm CMOS工艺设计套件（PDK）的设计研讨会与教育活动。他们成功利用TR-1μm PDK进行了从“L-chika”（LED闪烁电路）到运算放大器、1位CPU的芯片设计实践，并通过TinyTapeout完成了首次在日本的教育性流片。此举标志着日本在开源半导体设计与人才培养方面迈出了开创性步伐，为全球OSS生态注入了新动力，并推动了半导体创新的平民化与普及化。
长久以来，外界对日本在商业和政策决策上行动迟缓的印象似乎根深蒂固。然而，近年来在半导体领域的表现却彻底颠覆了这一认知。从政府雄心勃勃的半导体战略，到产业界迅捷的响应（如Rapidus项目），日本正展现出前所未有的活力与决心。这股变革之风同样席卷了开源软件（OSS）领域，其发展势头日益强劲。在这一背景下，一个核心问题凸显出来：全球开源芯片设计社区极度缺乏多样化、可自由获取的半导体制造工艺技术，同时，传统的集成电路（IC）设计教育门槛高、成本昂贵，严重制约了创新人才的培养。为了打破这一僵局，日本的研究机构、企业和开源社区携手，进行了一系列开创性的探索与实践。
2024年4月，非营利组织“开源利用硅倡议”（Open Source Utilized Silicon Initiatives, OpenSUSI）宣告成立，并迅速在GitHub仓库发布了开源的1-微米（1-μm）CMOS（互补金属氧化物半导体）技术文档及相应的工艺设计套件（Process Design Kit, PDK）——TR-1um。这套关键技术由TOKAI RIKA公司提供。它的出现，与SkyWater、GlobalFoundries、iHP等平台一同，为全球开源设计者提供了至关重要的替代性工艺选择，是构建健康、多元的OSS生态的基石。
紧随其后，一场旨在将开源技术付诸教育实践的盛会于2025年9月24日至25日举行。九州大学、TOKAI RIKA、OpenSUSI以及日本本土的开源设计社区ISHI-Kai联合主办了一场基于TR-1-μm开源PDK的动手设计研讨会。九州大学半导体与价值创造教育中心是此次活动的先锋，而来自九州地区的ISHI-Kai成员则担任讲师。这场研讨会吸引了来自电子工程乃至其他学科领域学生的浓厚兴趣，附近大学的学生也踊跃参与。更引人注目的是，甚至有日本经济新闻（NIKKEI）的记者以学员身份亲身体验芯片设计的过程。这一切都生动地表明，日本对半导体领域的关注正不断深化并走向多元化。
九州大学半导体与价值创造教育中心的代表金屋教授对此评论道：“这次利用开源PDK和设计工具进行布局和芯片原型教育的研讨会，标志着日本大学的一项开创性举措。如果集成电路设计能够变得随时随地可进行，这将能够培养出通过半导体驱动创新的、具有价值创造能力的人才。” 这番话精准地概括了此次活动的核心目标与深远意义。
研讨会的内容聚焦于入门级的定制化布局和电路设计，起点是被称为“L-chika”的经典项目——这是“LED闪烁”的日文简写，常被视为硬件设计教育的第一步。许多ISHI-Kai成员也借此机会实现了多种半导体设计，包括运算放大器（op amps）和1位CPU。这些设计最终形成了可用于制造的版图文件（GDSII）。
实际上，在此次研讨会之前，作为日本顶尖的、旨在培养高级底层软件工程师的人才发展项目“安全营2025”（Security Camp 2025）的一部分，一场为期一周的半导体设计研讨会已于2025年8月11日至15日先行举办。
该项目得到了政府相关组织——信息技术促进机构（Information-technology Promotion Agency, IPA）的支持。OpenSUSI主导了这项倡议，并通过TinyTapeout SKY25a提交了两款数字布局设计，这标志着TinyTapeout在日本首次正式用于教育目的。TinyTapeout是一个使小规模芯片设计能够以极低成本进行多项目晶圆（MPW）流片的服务平台，它的引入极大地降低了芯片原型制作的门槛。
为开展本研究用到的主要关键技术方法：
本研究（系列实践活动）的核心技术方法包括：1) 利用开源的1-μm CMOS工艺设计套件（TR-1μm PDK）进行芯片设计与仿真，该PDK由TOKAI RIKA公司提供并托管于GitHub。2) 采用开源或行业标准的电子设计自动化（EDA）工具完成从电路设计、仿真到物理版图（Layout）实现的完整流程。3) 通过TinyTapeout多项目晶圆（MPW）服务平台，将设计好的GDSII版图文件提交并制造，实现从设计到硅芯片的闭环。4) 组织面向多学科学生和工程师的动手实践研讨会（Hands-on Seminar），采用从“L-chika”（LED闪烁电路）到复杂模块（如运算放大器、1位CPU）的渐进式教学体系。
研究结果：
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开源PDK的发布与生态构建：OpenSUSI组织成功发布了一套完整的1-μm CMOS开源PDK（TR-1um）。这一动作为全球OSS设计社区提供了除SkyWater、GlobalFoundries等之外的又一关键工艺选项，丰富了开源制造生态的多样性。
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教育研讨会成功举办与广泛吸引：基于TR-1μm PDK的动手设计研讨会吸引了跨学科的学生（包括非电子工程专业）及外部媒体（NIKKEI报纸）的参与。这表明利用开源工具进行芯片设计教育具有低门槛、高吸引力特点，能够激发广泛兴趣。
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多元化设计实践的实现：参与者在研讨会中成功完成了从入门级的“L-chika”电路到较为复杂的运算放大器（op amp）和1位CPU的设计与版图实现，生成了对应的GDSII文件。这证明了该开源PDK和教学方法能够支持不同复杂度的设计需求。
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TinyTapeout在教育领域的首次应用：OpenSUSI主导的设计通过TinyTapeout SKY25a平台成功提交流片，这是TinyTapeout在日本首次正式用于教育目的。该方法极大地降低了芯片原型制作的成本和门槛，为普及性芯片教育提供了可行路径。
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产学研与开源社区的高效协作：此次活动成功融合了大学（九州大学）、企业（TOKAI RIKA）、非营利组织（OpenSUSI）和开源社区（ISHI-Kai）的力量，形成了推动开源半导体设计与教育的有效合作模式。
研究结论与讨论：
本文报道了日本在开源半导体生态系统构建和教育创新方面的一系列最新活动。结论表明，日本正在迅速摆脱过往的迟缓印象，通过政府、产业界和学术界的协同努力，积极拥抱开源模式以振兴其半导体产业。核心结论包括：首先，发布像TR-1μm这样的开源PDK是构建健康、多元化全球OSS设计生态的关键基础设施，它能降低入门门槛并促进创新。其次，将开源PDK与TinyTapeout等低成本制造平台相结合，应用于大学和培训项目（如九州大学的研讨会和安全营2025），是一种行之有效的半导体人才培养新模式，能够培养“随时随地”进行芯片设计、创造价值的人才。
讨论部分强调了这些举措的深远影响。金屋教授指出，这标志着日本大学在利用开源工具进行芯片设计教育方面迈出了开创性一步。更重要的是，这种模式使得集成电路设计变得更为普及，有望培育出大量能通过半导体驱动创新的人才。此外，文章还提及日本正积极推动另一家8英寸传统晶圆厂加入OSS制造生态，这显示了日本扩大其开源半导体基础设施的决心。这些活动共同描绘出一幅图景：日本正通过开源协作、教育普及和生态扩展，多管齐下地深化其在半导体领域的能力建设，并为全球开源硬件运动贡献独特力量。最终，这些努力不仅旨在解决当下的人才和技术获取难题，更是为了在未来的半导体创新竞争中占据有利位置。
