破解“缺芯少魂”開源芯片大有可為

　　芯片是信息技術(shù)的引擎，推動著人類社會的數(shù)字化、信息化與智能化。隨著摩爾定律頻臨終結(jié)，維持芯片技術(shù)創(chuàng)新面臨挑戰(zhàn)。開源芯片設(shè)計將是應(yīng)對挑戰(zhàn)的新思路。

　　“過去，芯片設(shè)計動輒需要投入上億元的研發(fā)費用，還需動用上百人以上的研發(fā)團隊，中小型企業(yè)不易承擔(dān)，而且也不一定能夠掌握發(fā)展的主動權(quán)。反觀互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域通過開源軟件降低了開發(fā)門檻，創(chuàng)造了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的繁榮。如果開源芯片設(shè)計能將芯片設(shè)計門檻降低幾個數(shù)量級——以至于３－５人的小團隊就能在３－４個月內(nèi)，只需幾萬元便能研制出一款有市場競爭力的芯片，將促進芯片產(chǎn)業(yè)的繁榮，能更好地支持人工智能等新一代信息技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展。我們相信，ＲＩＳＣ－Ｖ將在硬件界得到如開源軟件Ｌｉｎｕｘ在軟件界同等的成功。”近日，在２０１８億歐創(chuàng)新者年會上，中國工程院院士倪光南在《中國開源芯片（ＲＩＳＣ－Ｖ）的前景》的演講時表示，“未來ＲＩＳＣ－Ｖ很可能發(fā)展成為世界主流ＣＰＵ之一，從而在ＣＰＵ領(lǐng)域形成Ｉｎｔｅｌ（ｘ８６）、ＡＲＭ、ＲＩＳＣ－Ｖ三分天下的格局。”

　　開源芯片設(shè)計生態(tài)正在形成

　　據(jù)了解，“開源”（開放源代碼）是一新的模式（既是開發(fā)模式，又是商業(yè)模式），開源軟件以（以Ｌｉｎｕｘ為代表）在當(dāng)前已成為軟件業(yè)的主流。因此人們期望，依托這種模式的開源芯片在芯片業(yè)也會取得在軟件業(yè)領(lǐng)域同樣的成功。

　　“從市場的反映來看，絕大多數(shù)的軟件服務(wù)商，比如中國的ＢＡＴ，或者亞馬遜、谷歌、ｆａｃｅｂｏｏｋ等基本上都基于開源。這樣的好處就是它能夠讓我們的服務(wù)商按照市場的需求做升級。”倪光南說。

　　目前在數(shù)字領(lǐng)域最復(fù)雜的往往就是ＣＰＵ。ＣＰＵ的世界形勢怎么樣？目前從世界范圍來看，能夠站穩(wěn)腳跟的ＣＰＵ只有兩種，第一種是英特爾架構(gòu)（Ｘ８６架構(gòu)），第二種是ＡＲＭ架構(gòu)。

　　英特爾架構(gòu)（Ｘ８６架構(gòu)）ＣＰＵ歷史很長、生態(tài)成熟，在桌面和服務(wù)器領(lǐng)域占據(jù)壟斷地位，Ｘ８６指令集自誕生以來指令數(shù)繁多，且不同分支不兼容。不支持模塊化和擴展性，硬件實現(xiàn)復(fù)雜度高，被美國Ｉｎｔｅｌ和ＡＭＤ兩家公司所擁有；ＡＲＭ架構(gòu)ＣＰＵ歷史較長、生態(tài)成熟，在移動和嵌入式等領(lǐng)域占據(jù)壟斷地位，其他公司可向ＡＲＭ公司購買許可，世界上有很多公司包括許多中國的手機廠商都在做ＡＭＲ ＣＰＵ。

　　一般來講，拿到架構(gòu)授權(quán)，要想任意修改，需要付出幾億元的費用；幾百萬元僅可購買一個黑盒子來使用，但不能修改，也不能自己改進。事實上，即使幾百萬元對于中小型團隊來講還是不小的負(fù)擔(dān)。

　　“ＣＰＵ芯片和操作系統(tǒng)是網(wǎng)信領(lǐng)域最基礎(chǔ)的核心技術(shù)，中國在這方面還受制于人，常被比擬為‘缺芯少魂’。鑒于此，我們希望有新的ＣＰＵ芯片出現(xiàn)，這種芯片要更適合于中國市場大多數(shù)的中小企業(yè)，或者創(chuàng)新團隊。”倪光南表示，實踐表明，每一種ＣＰＵ在市場競爭中要取得成功在很大程度上取決于其生態(tài)系統(tǒng)。

　　１０月１７日，中國ＲＩＳＣ－Ｖ產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和上海市集成電路行業(yè)協(xié)會ＲＩＳＣ－Ｖ專業(yè)委員會成立。中國ＲＩＳＣ－Ｖ產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首任理事長芯原微電子董事長兼總裁戴偉民在成立大會上表示：“只有自行設(shè)計微架構(gòu)，并且在指令集標(biāo)準(zhǔn)的授權(quán)和發(fā)展上不受制于人，才能實現(xiàn)真正的自主可控；全新、開放、免費的ＲＩＳＣ－Ｖ符合這一標(biāo)準(zhǔn)。縱觀ＣＰＵ發(fā)展歷史，未來中國ＣＰＵ必然會走向自主、可控、繁榮，但是目前、Ｘ８６、ＡＲＭ ＩＰ授權(quán)模式雖然繁榮但是不自主、不可控，Ｘ８６、ＡＲＭ 架構(gòu)授權(quán)繁榮、可控但不自主，基于Ｍ－ｃｏｒｅ、ＭＩＰＳ架構(gòu)的ＣＰＵ雖然自主可控但不繁榮。只有ＲＩＳＣ－Ｖ可以實現(xiàn)真正自主、可控和繁榮。”

　　在１１月８日浙江烏鎮(zhèn)舉行的第五屆互聯(lián)網(wǎng)大會上，經(jīng)過９個月的籌備，中國開放指令生態(tài)（ＲＩＳＣ－Ｖ）聯(lián)盟（中國開源芯片聯(lián)盟）宣告成立。

　　據(jù)介紹，中國開放指令生態(tài)聯(lián)盟（ＲＩＳＣ－Ｖ）發(fā)起單位包括中科院計算所、北京大學(xué)、清華大學(xué)、阿里－中天微、百度、中芯國際等近２０家研究機構(gòu)和企業(yè)，目前已有一批企業(yè)構(gòu)建了開源芯片關(guān)鍵技術(shù)。

　　ＲＩＳＣ－Ｖ中國聯(lián)盟秘書長包云崗稱，“ＲＩＳＣ－Ｖ指令集有望像開源軟件生態(tài)中的Ｌｉｎｕｘ那樣，成為計算機芯片與系統(tǒng)創(chuàng)新的基石。”但只有ＲＩＳＣ－Ｖ指令集還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要開發(fā)基于ＲＩＳＣ－Ｖ的開源工具鏈、開源ＩＰ、開源ＳｏＣ等才能形成開源芯片生態(tài)，這需要更多支持開源芯片的力量參與和貢獻。

　　為此，該聯(lián)盟制定了一個“三步走”計劃，希望用１０年左右的時間，到２０３０年逐步完成開源芯片生態(tài)的建立。

　　開源芯片有望成為“第三駕馬車”

　　公開資料顯示，ＲＩＳＣ－Ｖ是基于精簡指令集計算（ＲＩＳＣ）原理建立的開放指令集架構(gòu)（ＩＳＡ），Ｖ表示為第五代ＲＩＳＣ（精簡指令集計算機）。完全開源是其特色，企業(yè)可以完全自由免費使用，同時也容許企業(yè)添加自有指令集拓展而不必開放共享以實現(xiàn)差異化發(fā)展。

　　倪光南表示，ＲＩＳＣ－Ｖ指令集追求簡約、支持模塊化，性能優(yōu)越，能夠滿足從微控制器到超級計算機等各種復(fù)雜程度的處理器需求。同時能夠高效地實現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)，支持大量定制和加速功能。他認(rèn)為，開源軟件以其開源的優(yōu)越性在互聯(lián)網(wǎng)時代成為了軟件業(yè)的主流，因此，依托這種模式的開源芯片在芯片領(lǐng)域也能取得成功。

　　根據(jù)倪光南介紹，ＲＩＳＣ－Ｖ的優(yōu)勢主要集中表現(xiàn)在：一是簡單?？梢园押芏鄸|西簡化，比如要看一個芯片的介紹手冊，ＲＳＩＣ－Ｖ少于３００頁，基本指令集４０余條。同樣功能的芯片，ＲＩＳＣ－Ｖ的面積最小，意味著價格最低，而且成品率較高。

　　此外，從技術(shù)上也可以看到ＲＩＳＣ－Ｖ的很多好處：模塊化、可擴展、成本低，硬件設(shè)計與編譯實現(xiàn)非常簡單；商業(yè)運作開源、免費；應(yīng)用市場從物聯(lián)網(wǎng)切入，可覆蓋從微控制器到超級計算機的全計算領(lǐng)域；具有高性能（面積、功耗和性能）、普適（可自由擴展和剪裁）、可控（滿足差異化和定制化等優(yōu)勢特點。

　　“除了具備成本低、開放等優(yōu)勢外，開源軟件還有一個很重要的特點是注重原始創(chuàng)新。初創(chuàng)企業(yè)使用開源學(xué)習(xí)，企業(yè)可以通過引進、消化、吸收實現(xiàn)再創(chuàng)新，參與到開源組織里面，可以做更多的貢獻和創(chuàng)新。”倪光南舉例說，中國科學(xué)院大學(xué)楊立祥教授團隊提出人工智能芯片也會受到安全方面的攻擊。為防止這類攻擊，需要硬件、軟件方面的支持。正好結(jié)合ＲＩＳＣ－Ｖ就可能按照他們的理論構(gòu)建一個安全的芯片，配上安全的操作系統(tǒng)。這種芯片在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、ＡＩ中間應(yīng)用就可能提供最好的防御，比其他系統(tǒng)能更好地防御黑客的網(wǎng)絡(luò)攻擊，提供更安全的應(yīng)用，這將作為中國方面對于ＲＩＳＣ－Ｖ的貢獻，將來也會開放給全世界。

　　“現(xiàn)在開源用的許可證是非常寬松的ＢＳＤ許可證，誰都可以把開源ＣＰＵ的代碼拿下來，自己學(xué)了以后加以定制、改造、剪裁變成自己所用的芯片，你可以自己創(chuàng)新，推出自己的芯片，沒有任何限制，不用交任何的費用，惟一需要做的就是聲明一下企業(yè)用了ＲＩＳＣ－Ｖ。這種許可證方式非常適合于中小企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，也非常適合我國提出的‘大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新’的要求。”倪光南說。

　　“當(dāng)然，ＲＩＳＣ－Ｖ面臨的最大難題就是沒有生態(tài)，畢竟英特爾經(jīng)過４０年的發(fā)展，已經(jīng)積累了那么多生態(tài)。所以，ＲＩＳＣ－Ｖ應(yīng)該揚長避短，不應(yīng)該把目光放在與Ｉｎｔｅｌ架構(gòu)（Ｘ８６）和ＡＲＭ傳統(tǒng)領(lǐng)域的競爭上，而是果斷地占領(lǐng)新的市場，比如人工智能等。”倪光南說，相信多年以后，將會有三駕馬車、三足鼎立在ＣＰＵ領(lǐng)域形成，除了英特爾架構(gòu)、ＡＲＭ以外，第三個就是新興的ＲＩＳＣ－Ｖ。（記者 李洋）

　　轉(zhuǎn)自：中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報

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