RISC-V与开源芯片发展态势与趋势

8月19日，中国科学院计算技术研究所副所长包云岗谈到了RISC-V与开源芯片发展态势与趋势。   

新趋势:开源芯片

国家对开源十分重视。十四五规划开始对开源布局，支持数字技术开源社区等创新联合体发展，完善开源知识产权和法律体系，鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。    

在芯片领域， 2019年10月《经济学人》发布观点：开源将会成为处理器芯片发展的一个新趋势。  

AloT是一个新兴的发展趋势，开源也会对它产生很大的影响。未来处理器芯片有可能规模要到上千亿，随之而来的问题是AloT的需求碎片化。  

传统的 CPU设计的方法，比如说intel和 arm，他们基本的思路都是通过通用的架构加上指令的扩展，这种方式的成本是很高的，而且周期很长，所以要应对新的AIoT的时代，需要有新的一些方法来去来应对，那就是开源。   

如何降低芯片设计门槛

借鉴互联网开源软件的成功经验。互联网需求也是碎片化，开源软件降低了APP开发门槛，吸引和培养大批互联网人才，使中国互联网产业更具有国际竞争力。那么在芯片领域里面要去达到这样的一个目标的话，也是要去降低芯片设计的门槛，像互联网一样通过开源软件降低门槛。如果能够做到降低芯片设计门槛，它也能够带来非常多的新机会，甚至会推动产业的变革。  

今天的芯片设计门槛还是很高。互联网的融资的节奏是种子轮一般50万美元到A轮，200 300万美元到B轮，大概2000万美元就可以做出一个非常好的产品或者是APP。但是在芯片领域里面往往到A轮就需要千万美元这样一个量级，才能够去设计一出一款好的芯片。   

怎么降低门槛？   

去构建像开源软件一样的开源芯片的生态。通过底层一些开源的组件，像开源的IP开源的这些异地的工具以及一些验证软件等等，使得在芯片设计领域里面90%的一些模块功能可以复用。那么做一个芯片的时候，只需要专注于一些加速器或者是集成一些传感器，这部分的代码也许可以小于10%。通过这种方式，可以实现降低芯片设计的人力成本，从而释放创造力。  

然而这样的愿景其实在过去几十年并没有变成现实。因为指令级是属于公司私有的，就是说即使具备了后面的设计的能力，还是要得到这个公司的授权才能够去做芯片的设计以及后续的开发。  

2010年，伯克利分校提出口号：指令集应该免费。如果在指令集可以被看作是免费共享以后，就可以以这种模式去发展，构建一个处理器芯片生态。  

那RISC-V 就有基金会的方式，让全世界共同来制定指令集的标准，标准设定之后世界各国企业可以做自己的RISC-V芯片，比如我国的阿里平头哥的芯片、中科院等机构联合开发的香山开源处理器芯片，这种模式下，投入大贡献大就会有更大的主导权。   

RISC-V 发展态势 

在RISC-V的国际基金会中，中美欧三个区域是并驾齐驱的，中国和美国之间的企业参与度更高，欧洲学术界参与度高。在基金会当中，中国的力量也是在快速发展，比如说20个高级会员当中有11个是来自中国。  

新态势1：高性能RISC-V处理器进入国际竞赛阶段。  

RISC-V处理器核与X86 ARM在性能上存在差距但是在快速缩小，香山处理器核就进展十分迅速。  

新态势2：RISC-V软件生态正在加速发展。  

国际开源社区积极投入RISC-V软件生态发展，例如Debian操作系统软件包对RISC-V的支持已超过95%。  

中国也在集合各方力量支持RISC-V的生态发展。2018年在中科院的支持下，计算所牵头成立了中国开放指令生态联盟，到现在已经有130多个单位。2018年以后在全国有很多的企业，很多的大学，很多的机构都在积极的投入到生态建设中去。    

开源芯片实践

2018年中国开放指令生态（RISC-V）联盟。并且制定了“三步走”规划。   

香山：开源高性能RISC-V 处理器  

目标是建立一个像Linux一样的开源RISC-V核主线，既能被工业界广泛应用，又可以支持学术界去做创新。在这个过程中建立了具有国际先进性的芯片敏捷设计方法。  

基于这种芯片设计方法，过去两年的时间里面也做了两代香山架构的设计，第一代叫燕西湖。第二代叫南湖架构。  

目前在开发第三代香山（昆明湖）规划，它的性能要比第二代香山再进一步提升50%以上，同时频率要争取能到3G赫兹左右，为企业提供处理器核敏捷开发基础设施。香山的开发现在在全世界也是受到了广泛的关注。已经成为国际上最受关注和最活跃的开源项目之一了。  

香山模式可以带来一些新的机会，因为可以看到过去芯片发展历程当中，它是一个不断解耦的过程，也是不断的在提升芯片敏捷设计的一个过程。  

另外香山模式可以孕育新的领军企业。因为每一次这种变革都会孕育出一些新的世界级的创新企业。就像IDM模式崛起了英特尔，fabless模式成功了AMD和英伟达，IP和模式又成就了ARM、高通。香山这种根本上是一种越来越开放的模式，英特尔的X86只卖芯片，它的内部的源代码是不会开放，包括ARM。香山的模式不仅仅是源代码开放，底层的整个一套工具链和流程也都是开放的，所以现在也是有一批企业已经在基于香山来去做相应的一些开发，这就是香山模式的重要优势。

未来展望

开源PC设计，催生新产业  

1981年8月IBM推出了他们的个人PC，随后他们也公开了他们所有的设计文档，包括源代码电路图等等，其实这就是一种开源。它孕育了很多的或者说是支撑了很多其他一些企业，包括像戴尔，以及国内的长城、联想等等。  

开源芯片，赋能loT新产业  

今天有着更大的市场，像IoT，也就人、机、物融合的这样一个新兴的市场，我们怎么去利用起来这样的市场？开源可能发挥了很大的作用。  

在PC产业,英特尔是通过IDM模式加卖芯片的方式去推动了芯片产业的发展，但这种模式需要很多的资源、上百亿美元的收入才能支撑这样的一个产业。而且一旦利润下降就会被不看好，这也是为什么英特尔股票下跌的原因。这时，英伟达用fabless的方式去卖芯片，它所需要的资源体量就比英特尔小一些。  

智能手机产业，ARM也用更轻的方式，不卖芯片，只卖IP，让其他的企业去做芯片，这样也能够撬动一个更大的智能手机的产业。  

今天如果用开源芯片的方式，IP是开源的，流程也是开放的，通过非盈利机构的方式来去推动技术发展，持续让技术演进，那就有可能撬动更大的AloT产业。

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