破解「缺芯少魂」 開源晶片大有可為

晶片是信息技術的引擎，推動著人類社會的數字化、信息化與智能化。

隨著摩爾定律頻臨終結，維持晶片技術創新面臨挑戰。

開源晶片設計將是應對挑戰的新思路。

「過去，晶片設計動輒需要投入上億元的研發費用，還需動用上百人以上的研發團隊，中小型企業不易承擔，而且也不一定能夠掌握髮展的主動權。

反觀網際網路領域通過開源軟體降低了開發門檻，創造了網際網路產業的繁榮。

如果開源晶片設計能將晶片設計門檻降低幾個數量級——以至於３－５人的小團隊就能在３－４個月內，只需幾萬元便能研製出一款有市場競爭力的晶片，將促進晶片產業的繁榮，能更好地支持人工智慧等新一代信息技術和數字經濟的發展。

我們相信，ＲＩＳＣ－Ｖ將在硬體界得到如開源軟體Ｌｉｎｕｘ在軟體界同等的成功。

」近日，在２０１８億歐創新者年會上，中國工程院院士倪光南在《中國開源晶片（ＲＩＳＣ－Ｖ）的前景》的演講時表示，「未來ＲＩＳＣ－Ｖ很可能發展成為世界主流ＣＰＵ之一，從而在ＣＰＵ領域形成Ｉｎｔｅｌ（ｘ８６）、ＡＲＭ、ＲＩＳＣ－Ｖ三分天下的格局。

」

開源晶片設計生態正在形成

據了解，「開源」（開放原始碼）是一新的模式（既是開發模式，又是商業模式），開源軟體以（以Ｌｉｎｕｘ為代表）在當前已成為軟體業的主流。

因此人們期望，依託這種模式的開源晶片在晶片業也會取得在軟體業領域同樣的成功。

「從市場的反映來看，絕大多數的軟體服務商，比如中國的ＢＡＴ，或者亞馬遜、谷歌、ｆａｃｅｂｏｏｋ等基本上都基於開源。

這樣的好處就是它能夠讓我們的服務商按照市場的需求做升級。

」倪光南說。

目前在數字領域最複雜的往往就是ＣＰＵ。

ＣＰＵ的世界形勢怎麼樣？目前從世界範圍來看，能夠站穩腳跟的ＣＰＵ只有兩種，第一種是英特爾架構（Ｘ８６架構），第二種是ＡＲＭ架構。

英特爾架構（Ｘ８６架構）ＣＰＵ歷史很長、生態成熟，在桌面和伺服器領域占據壟斷地位，Ｘ８６指令集自誕生以來指令數繁多，且不同分支不兼容。

不支持模塊化和擴展性，硬體實現複雜度高，被美國Ｉｎｔｅｌ和ＡＭＤ兩家公司所擁有；ＡＲＭ架構ＣＰＵ歷史較長、生態成熟，在移動和嵌入式等領域占據壟斷地位，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，拿到架構授權，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，即使幾百萬元對於中小型團隊來講還是不小的負擔。

「ＣＰＵ晶片和作業系統是網信領域最基礎的核心技術，中國在這方面還受制於人，常被比擬為『缺芯少魂』。

鑒於此，我們希望有新的ＣＰＵ晶片出現，這種晶片要更適合於中國市場大多數的中小企業，或者創新團隊。

」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於其生態系統。

１０月１７日，中國ＲＩＳＣ－Ｖ產業聯盟和上海市集成電路行業協會ＲＩＳＣ－Ｖ專業委員會成立。

中國ＲＩＳＣ－Ｖ產業聯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：「只有自行設計微架構，並且在指令集標準的授權和發展上不受制於人，才能實現真正的自主可控；全新、開放、免費的ＲＩＳＣ－Ｖ符合這一標準。

縱觀ＣＰＵ發展歷史，未來中國ＣＰＵ必然會走向自主、可控、繁榮，但是目前、Ｘ８６、ＡＲＭ ＩＰ授權模式雖然繁榮但是不自主、不可控，Ｘ８６、ＡＲＭ 架構授權繁榮、可控但不自主，基於Ｍ－ｃｏｒｅ、ＭＩＰＳ架構的ＣＰＵ雖然自主可控但不繁榮。

只有ＲＩＳＣ－Ｖ可以實現真正自主、可控和繁榮。

」

在１１月８日浙江烏鎮舉行的第五屆網際網路大會上，經過９個月的籌備，中國開放指令生態（ＲＩＳＣ－Ｖ）聯盟（中國開源晶片聯盟）宣告成立。

據介紹，中國開放指令生態聯盟（ＲＩＳＣ－Ｖ）發起單位包括中科院計算所、北京大學、清華大學、阿里－中天微、百度、中芯國際等近２０家研究機構和企業，目前已有一批企業構建了開源晶片關鍵技術。

ＲＩＳＣ－Ｖ中國聯盟秘書長包雲崗稱，「ＲＩＳＣ－Ｖ指令集有望像開源軟體生態中的Ｌｉｎｕｘ那樣，成為計算機晶片與系統創新的基石。

」但只有ＲＩＳＣ－Ｖ指令集還遠遠不夠，還需要開發基於ＲＩＳＣ－Ｖ的開源工具鏈、開源ＩＰ、開源ＳｏＣ等才能形成開源晶片生態，這需要更多支持開源晶片的力量參與和貢獻。

為此，該聯盟制定了一個「三步走」計劃，希望用１０年左右的時間，到２０３０年逐步完成開源晶片生態的建立。

開源晶片有望成為「第三駕馬車」

公開資料顯示，ＲＩＳＣ－Ｖ是基於精簡指令集計算（ＲＩＳＣ）原理建立的開放指令集架構（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，企業可以完全自由免費使用，同時也容許企業添加自有指令集拓展而不必開放共享以實現差異化發展。

倪光南表示，ＲＩＳＣ－Ｖ指令集追求簡約、支持模塊化，性能優越，能夠滿足從微控制器到超級計算機等各種複雜程度的處理器需求。

同時能夠高效地實現各種微結構，支持大量定製和加速功能。

他認為，開源軟體以其開源的優越性在網際網路時代成為了軟體業的主流，因此，依託這種模式的開源晶片在晶片領域也能取得成功。

根據倪光南介紹，ＲＩＳＣ－Ｖ的優勢主要集中表現在：一是簡單。

可以把很多東西簡化，比如要看一個晶片的介紹手冊，ＲＳＩＣ－Ｖ少於３００頁，基本指令集４０余條。

同樣功能的晶片，ＲＩＳＣ－Ｖ的面積最小，意味著價格最低，而且成品率較高。

此外，從技術上也可以看到ＲＩＳＣ－Ｖ的很多好處：模塊化、可擴展、成本低，硬體設計與編譯實現非常簡單；商業運作開源、免費；應用市場從物聯網切入，可覆蓋從微控制器到超級計算機的全計算領域；具有高性能（面積、功耗和性能）、普適（可自由擴展和剪裁）、可控（滿足差異化和定製化等優勢特點。

「除了具備成本低、開放等優勢外，開源軟體還有一個很重要的特點是注重原始創新。

初創企業使用開源學習，企業可以通過引進、消化、吸收實現再創新，參與到開源組織裡面，可以做更多的貢獻和創新。

」倪光南舉例說，中國科學院大學楊立祥教授團隊提出人工智慧晶片也會受到安全方面的攻擊。

為防止這類攻擊，需要硬體、軟體方面的支持。

正好結合ＲＩＳＣ－Ｖ就可能按照他們的理論構建一個安全的晶片，配上安全的作業系統。

這種晶片在物聯網、智能家居、ＡＩ中間應用就可能提供最好的防禦，比其他系統能更好地防禦黑客的網絡攻擊，提供更安全的應用，這將作為中國方面對於ＲＩＳＣ－Ｖ的貢獻，將來也會開放給全世界。

「現在開源用的許可證是非常寬鬆的ＢＳＤ許可證，誰都可以把開源ＣＰＵ的代碼拿下來，自己學了以後加以定製、改造、剪裁變成自己所用的晶片，你可以自己創新，推出自己的晶片，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用了ＲＩＳＣ－Ｖ。

這種許可證方式非常適合於中小企業的創新發展，也非常適合我國提出的『大眾創業、萬眾創新』的要求。

」倪光南說。

「當然，ＲＩＳＣ－Ｖ面臨的最大難題就是沒有生態，畢竟英特爾經過４０年的發展，已經積累了那麼多生態。

所以，ＲＩＳＣ－Ｖ應該揚長避短，不應該把目光放在與Ｉｎｔｅｌ架構（Ｘ８６）和ＡＲＭ傳統領域的競爭上，而是果斷地占領新的市場，比如人工智慧等。

」倪光南說，相信多年以後，將會有三駕馬車、三足鼎立在ＣＰＵ領域形成，除了英特爾架構、ＡＲＭ以外，第三個就是新興的ＲＩＳＣ－Ｖ。