【集成电路】华为杯第五届中国研究生创芯大赛极海半导体企业命题
赛题一：基于多串动力锂电池SOX（SOC、SOH、SOP）动态高精度估算的算法
选题背景
发展新能源是我国应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。国家关于“四个革命、一个合作”能源安全新战略，实现碳达峰、碳中和战略目标，支撑构建新型电力系统，加快推动新型储能高质量规模化发展要求，催生了新能源大发展的机会。
锂离子电池作为储能单元在新能源领域得到广泛应用。然而，锂离子电池系统具备容量大、串并联节数多，系统复杂的特点，加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大，因此成为影响新能源推广普及的瓶颈。
电池管理系统（BMS）的重要任务是保证电池系统的设计性能，主要可分解成安全性、耐久性、动力性三大方面。BMS由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成，为满足相关的标准或规范，BMS功能需求包括电池电压、电流、温度等模拟量测量、采样频率同步性、SOC、SOH、SOP估算等等。
本命题重点考察BMS的设计性能优化方案，旨在以较低的资源开销，实现或提高相关SOX的精度，保证电池系统的安全性和使用寿命，同时提高功率的识别度，优化功率的输入输出平滑性，提高系统工作的稳定性。
输出要求：
1、算法设计文档（包含流程图，输入、输出）
2、MATLAB算法代码以及仿真报告
3、针对配套的算法，对芯片关键指标定义输出结论报告
描述及要求：
1、多串锂电池范围：2-100串（可选，可选用MATLAB SIMULINK内置锂电池模型）
2、电池全寿命过程中
（1）SOC估算精度4%；
（2）SOH估算精度8%；
（3）SOP估算精度4%；
3、 针对影响算法的芯片关键指标（ADC采样精度、采样频率、算法复杂度）），做出优化
（1）提出假设
（2）找出瓶颈
（3）提出思路
（4）验证思路
评审得分点：
基础分：
附加分：
参考文档：
[1]陈翼星.锂电池SOC估计算法研究[D].西南交通大学,2018
[2]刘熹,李琳,刘海龙.动力型锂电池SOC与SOH协同估计[J].太赫兹科学与电子信息学报,2020,18(04):750-755
赛题二：高响应性信号处理SoC架构设计优化
选题背景
高性能数模混合控制芯片是工业4.0落地的一个重要基础，大量的工业闭环控制，比如机械臂、滑轨、AGV等应用，都需要芯片来实现高速精准控制。
高性能数模混合控制芯片的其中一个难点，是如何对采集到的模拟信号进行高效预处理。这里涉及到高响应性信号处理SoC架构的创新。下图描述了工业级常见的处理架构，以及存在的痛点。
这个竞赛题目，希望同学们可以发挥创造力，解决这个痛点。
输出要求：
1、完成架构起草
2、输出RTL代码仿真报告
3、输出FPGA原型机
4、输出性能、资源评估报告
描述及要求：
1、基于Arm Cortex M0+、8051或者性能相当的RISC-V处理器内核实现数模混合信号处理芯片
2、TMU运算模块建模，实现CORDIC算法加速，支持各类三角函数运算
（1）硬件CORDIC加速（atan函数）的实现（性能/功耗/面积的考虑）
（2）TMU和ADC之间的数据通信（降低CPU的吞吐）
（3）TMU需要包含APB控制接口
3、 12bit 12MHz SAR ADC模块建模，只要实现最简单的寻址、握手、数据交互功能
ADC模块包括（参考下图）：
（1）ADC功能建模（模拟输入（real变量）à数字输出（寄存器变量）
（2）ADC时序建模（启动数据转换—>转换完成数据写入寄存器—>输出标记或中断）
（3）根据所选用的ADC架构正确描述ADC的数据转换时间
（4）ADC模块属于APB总线上的IP，需要包含APB控制接口
4、拼接后的系统，要求能实现上图“数据处理流程图”的功能，抽象的计算通路如下：
为了鼓励同学们探索更大的优化空间，可参考如下典型算法流程图A/B对架构进行优化。鼓励同学们实现完整的PID算法。
5、针对延时、处理器效率、面积、可迁移性4点做优化创新
（1）提出假设
（2）找出瓶颈
（3）提出思路
（4）验证思路
评审得分点
附：
【1】CORDIC. CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法即坐标旋转数字计算方法，是J.D.Volder1于1959年首次提出，主要用于三角函数、双曲线、指数、对数的计算。. 该算法通过基本的加和移位运算代替乘法运算，使得矢量的旋转和定向的计算不再需要三角函数、乘法、开方、反三角、指数等函数。
【2】LPF算法，可以参考公式Y(k) = Y(k-1) + LPF_Coefficient*(X(k) – Y(k-1))
参考文档：
【1】CORDIC VLSI-IP for deep learning activation functions, github
https://github.com/srohit0/CORDIC
【2】Hesheng Wang, Digital PID control algorithm，Department of Automation, SJTU,2016
https://robotics.sjtu.edu.cn/upload/course/1/files/Chapter51.pdf
奖项设置：
一等奖2队，奖金10,000元/队；
二等奖4队，奖金5,000元/队
赛题咨询邮箱：
qa@geehy.com
极海半导体企业介绍
极海半导体是一家致力于开发工业级/车规级微控制器、高性能模拟芯片及系统级芯片的集成电路设计型企业，总部为纳思达股份有限公司（“纳思达”，002180.SZ）。下设多个研究中心，分别位于珠海、上海、郑州、成都、郑州、美国北卡罗来纳等地。
极海团队拥有20年集成电路设计经验和嵌入式系统开发能力，为客户提供核心的、可靠的芯片产品，实现准确感应、安全传输和实时控制，助力客户在汽车、工业、新能源和消费电子等领域拓展。2021年极海芯片销量约5亿颗。
中国研究生创"芯"大赛简介
中国研究生创“芯”大赛由教育部学位管理与研究生教育司指导，中国学位与研究生教育学会、中国科协青少年科技中心主办，清华海峡研究院作为秘书处。赛事作为中国研究生创新实践系列赛事之一，服务于国家集成电路产业发展战略，旨在切实提高研究生的创新能力和实践能力，促进集成电路领域优秀人才的培养，至今已成功举办四届。第五届大赛参赛作品共有集成电路设计、半导体器件与工艺、EDA算法与工具设计三大方向，另外还设有十余家企业命题并设立专项奖。大赛作为集成电路领域的专业赛事，汇聚了全国顶尖高校师生团队以及学业界各方资深嘉宾、评委，为参赛队员们提供了一个绝佳的实践机会与能力交流平台，获奖队伍除了丰厚奖品外，更有MPW流片支持与企业人才应聘机会！
承办单位简介
浙江大学杭州国际科创中心坐落于美丽的钱塘江畔，分成建设区块和启动区块进行建设。
建设区块位于杭州市萧山科技城板块，项目西接亚运村，东连萧山机场，整体规划1200亩（含配套用地200亩），分三期建设。其中，一期项目亚运会之前完工，规划布局1个微纳设计与制造公共技术平台和若干个领域型产业创新平台，新建微纳超净间实验室、超算中心、公共实验平台、学科研究平台、产业孵化中心等教学科研设施。
启动区块总面积10万平方米，规划建设卓越中心、研发中心、孵化中心、产业中心四大中心，谋划建设三个研究院（先进半导体研究院、生物与分子智造研究院、未来科学研究院）、若干创新工坊，同步搬迁建设浙江大学微纳电子学院、网络空间安全学院。
目前，微纳电子学院已聘请国内著名集成电路专家、中国工程院院士吴汉明担任学院院长，并于2020年9月迎来第一批师生入驻。园区配套有食堂、公寓、健身房等各类设施，为高水平科学研究、高质量成果转化提供重要支撑。
