迎接開源芯片新潮流

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)，但我國在這方面還面臨不少的挑戰(zhàn)，CPU芯片技術(shù)仍受制于人。當(dāng)今世界，兩款主流的CPU分別是英特爾公司的X86指令集架構(gòu)CPU和AMD公司的ARM指令集架構(gòu)CPU，包括中國公司在內(nèi)的全世界很多公司，需要通過購買授權(quán)許可才能使用。

雖然這兩種芯片在世界上特別流行，但是很多人還是覺得有問題。芯片設(shè)計(jì)的門檻極高，以14nm工藝為例，需要上億元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)、上百人年的時(shí)間投入。只有少數(shù)企業(yè)能承受中高端芯片的研發(fā)成本，這一現(xiàn)實(shí)情況制約了芯片領(lǐng)域的創(chuàng)新。

鑒于開源軟件快速發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，我們希望把這種經(jīng)驗(yàn)推廣到芯片領(lǐng)域，推動(dòng)芯片的創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但開源芯片的開發(fā)投入太大，難以形成良性循環(huán)，這一點(diǎn)我們要明確。

下面，我們談?wù)凴ISC-V指令集架構(gòu)CPU。RISC-V指令集架構(gòu)CPU是一種可以降低處理器芯片IP成本的新模式，由美國加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)部門于2010年發(fā)明，基于廣泛使用且標(biāo)準(zhǔn)十分寬松的BSD許可證（Berkeley Software Distribution license)，用戶可自由免費(fèi)地使用RISC-V進(jìn)行CPU設(shè)計(jì)、開發(fā)并添加自有指令集進(jìn)行拓展，自主選擇是否公開發(fā)行、商業(yè)銷售、更換其他許可協(xié)議或完全閉源使用。

個(gè)人認(rèn)為，大家對(duì)RISC-V感興趣的原因，主要有以下四點(diǎn)。

第一，設(shè)計(jì)優(yōu)勢。免除授權(quán)費(fèi)用和知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)的完全開源免費(fèi)，這是RISC-V存在的主要意義。傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)有時(shí)需要上億元研發(fā)費(fèi)用、投入上百人的團(tuán)隊(duì)并花費(fèi)大量時(shí)間，這使得中小型科技企業(yè)不可能承擔(dān)芯片研發(fā)，被迫只能使用市場上的已有產(chǎn)品。這種市場態(tài)勢，既造成了芯片市場的壟斷，又喪失了發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。而開源芯片設(shè)計(jì)可以將芯片設(shè)計(jì)門檻大大降低，甚至僅3～5人的小團(tuán)隊(duì)在3～4個(gè)月內(nèi)，只需幾萬元便能研制出一款有市場競爭力的芯片，十分適合中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)，并且市場前景廣闊，這能夠有效促進(jìn)芯片產(chǎn)業(yè)的繁榮。

第二，技術(shù)優(yōu)勢。RISC-V指令集在最初設(shè)計(jì)時(shí)其研發(fā)團(tuán)隊(duì)就明確表示要追求簡約，丟棄歷史包袱。目前成型的技術(shù)代碼集小，支持模塊化，性能十分優(yōu)越，能夠滿足從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)等各種復(fù)雜程度的處理器需求，支持從FPGA、ASIC到未來器件等多種實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)，能夠高效地實(shí)現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)，支持大量定制與加速功能，并與現(xiàn)有軟件及編程語言良好適配。

第三，市場優(yōu)勢。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，各種場景下對(duì)于CPU的需求日益碎片化，嵌入式應(yīng)用前景廣闊，低功耗、低成本和訂制化需求越來越大，這使得RISC-V的精簡、低功耗、模塊化和可擴(kuò)展的優(yōu)勢與數(shù)字經(jīng)濟(jì)未來發(fā)展方向十分契合。

第四，管理優(yōu)勢。最初的RISC-V指令集發(fā)起于20世紀(jì)50年代，因而大多數(shù)專利早已過期，在商業(yè)化和開源使用方面不會(huì)存在明顯的專利壁壘和成本問題；另外，RISC-V由2005年成立的基金會(huì)管理，這是一個(gè)非盈利的中立機(jī)構(gòu)和開放社區(qū)，主要負(fù)責(zé)日常維護(hù)RSIC-V指令集標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)與架構(gòu)文檔，參與RISC-V相關(guān)規(guī)范的制定和軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。基金會(huì)采取會(huì)員制管理，目前共有上百家會(huì)員單位，其中，中科院計(jì)算所是發(fā)起和審計(jì)會(huì)員，阿里巴巴、華為是白金會(huì)員，這種開放式的管理模式能夠有效地促進(jìn)RISC-V社區(qū)的交流和創(chuàng)新，形成生態(tài)系統(tǒng)，從而降低研發(fā)成本，打破芯片市場的壟斷。

RISC-V的技術(shù)優(yōu)勢是追求簡約、無歷史包袱。X86指令集架構(gòu)CPU，自1978年誕生時(shí)有80條指令，到2015年增長了16倍，達(dá)1338條指令，且目前仍在增長，歷史包袱沉重。RISC-V是新一代信息技術(shù)領(lǐng)域的潛在市場，是全球應(yīng)用于IoT終端的嵌入式CPU市場。并且，RISC-V的性能、輻射性、可擴(kuò)展性都不錯(cuò)，其主要的風(fēng)險(xiǎn)是碎片化和專利問題。

RISC-V由RISC-V國際基金會(huì)管理。RISC-V國際基金會(huì)成立于2015年，其成員包括中科院計(jì)算所、清華大學(xué)、華為、阿里巴巴等，共235家會(huì)員單位，其中白金會(huì)員19家、普通會(huì)員216家。目前，RISC-V國際基金會(huì)的規(guī)模在迅速壯大，進(jìn)入了加速發(fā)展期。

關(guān)于RISC-V的生態(tài)現(xiàn)狀：在國際上，已經(jīng)有很多公司在做RISC-V的生態(tài)，比如谷歌、三星、IBM等；在國內(nèi)，也有很多公司在做RISC-V的生態(tài)，比如華為、阿里巴巴等公司，還有中科院計(jì)算所等科研機(jī)構(gòu)。

截至2018年年底，與RISC-V芯片、硬件、軟件、投資、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及生態(tài)相關(guān)的中國公司數(shù)量已接近100家。我們希望RISC-V指令集架構(gòu)CPU對(duì)國產(chǎn)CPU的發(fā)展能夠起到很好的支撐作用。ARM架構(gòu)能夠滿足國產(chǎn)CPU的基本要求，比如華為的CPU，就是基于ARM架構(gòu)。這類國產(chǎn)CPU的授權(quán)費(fèi)用投入大，總體而言可以自主發(fā)展。

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、ARM、RISC-V三分天下的格局。