倪光南：與*協(xié)同創(chuàng)新，推動(dòng)RISC-V生態(tài)建設(shè)

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2022-10-18 13:49:30 12

金秋十月，倪光南院士在《數(shù)字*專刊》撰寫專文。倪院士指出：一直以來，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)在“主流CPU”架構(gòu)上受制于人，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，建議我國(guó)積極抓住時(shí)代機(jī)遇，聚焦開源RISC-V架構(gòu)，以全球視野積極謀劃我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

倪光南中國(guó)工程院院士

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前言

一直以來，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)在“主流CPU”架構(gòu)上受制于人，整體生態(tài)上與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大差距。RISC-V精簡(jiǎn)指令集采用開源模式、其架構(gòu)先進(jìn)、易于定制、生態(tài)也尚處于發(fā)展初期，這為我國(guó)萬物智聯(lián)時(shí)代掌握芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。建議我國(guó)積極抓住時(shí)代機(jī)遇，以全球視野謀劃我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展，聚焦開源RISC-V架構(gòu)，統(tǒng)籌規(guī)劃、集中力量面向我國(guó)“主流CPU”領(lǐng)域，筑牢基礎(chǔ)軟件根基，加速推進(jìn)其生態(tài)建設(shè)，推動(dòng)全*芯片產(chǎn)業(yè)新格局的到來。

開源已經(jīng)成為全球協(xié)同創(chuàng)新的新模式，已經(jīng)成為促進(jìn)信息技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)力。開源的核心價(jià)值是科學(xué)開放精神和人類智慧成果共享的體現(xiàn)。國(guó)際上開源技術(shù)生態(tài)體系已經(jīng)形成，并從軟件領(lǐng)域擴(kuò)展到硬件領(lǐng)域。2010年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)部門發(fā)布了一種通用的計(jì)算機(jī)芯片精簡(jiǎn)指令集，它采用開源模式，不僅打破了芯片架構(gòu)長(zhǎng)期被壟斷的格局，也為我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。

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目前國(guó)內(nèi)CPU主流技術(shù)路線

CPU(中央處理器)架構(gòu)是芯片產(chǎn)業(yè)鏈和芯片生態(tài)的龍頭。CPU架構(gòu)不僅決定了CPU芯片本身的性能，而且在很大程度上引領(lǐng)了整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，尤其是對(duì)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)、設(shè)計(jì)工具（EDA）、芯片IP（Intellectual Property）庫(kù)、芯片應(yīng)用生態(tài)等方面有重大影響。此外，芯片的架構(gòu)也影響到芯片的生產(chǎn)、測(cè)試、封裝等環(huán)節(jié)。近年來包含微處理器的SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）產(chǎn)品在芯片產(chǎn)品中的比重已達(dá)到70%以上，這表明芯片應(yīng)用與CPU架構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性正在增強(qiáng)。歷史上，在PC和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期，x86架構(gòu)芯片占據(jù)優(yōu)勢(shì)，而在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期，ARM架構(gòu)芯片占據(jù)優(yōu)勢(shì)，今后將進(jìn)入萬物智聯(lián)時(shí)代，CPU技術(shù)架構(gòu)格局也會(huì)隨之發(fā)生變化。

這幾年國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展很快，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)有六七種CPU架構(gòu)并存，但這并非長(zhǎng)久之計(jì)。因?yàn)镃PU架構(gòu)具有很強(qiáng)的壟斷性，長(zhǎng)期以來，占據(jù)*芯片主要市場(chǎng)份額的CPU（或稱為“主流CPU”）只有x86和ARM兩種架構(gòu)，這種情況大概率還會(huì)持續(xù)下去。由此可見，目前多種國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)并存，未來可能會(huì)造成資源分散，低水平重復(fù)。如果不能及時(shí)改變這種狀況，若干年后，中國(guó)將缺乏能在全球市場(chǎng)上與x86和ARM兩家競(jìng)爭(zhēng)的CPU架構(gòu)，從而在“主流CPU”方面仍將受制于人。為此，我國(guó)發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)時(shí)，要從全球視野謀劃和思考國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)發(fā)展的技術(shù)路線。目前國(guó)內(nèi)CPU技術(shù)路線大致有兩種思路，值得商榷：

一種思路是“單打獨(dú)斗”。“單打獨(dú)斗”即主要依托本國(guó)架構(gòu)進(jìn)行發(fā)展。其好處是較易實(shí)現(xiàn)自主可控，并能滿足國(guó)內(nèi)若干應(yīng)用領(lǐng)域的需求。但要在*市場(chǎng)上與上述“主流CPU”相抗衡，我國(guó)CPU在技術(shù)方面，特別是在生態(tài)方面還存在著很大的差距，而這種狀況不是憑主觀愿望在短時(shí)期里所能改變的。作為對(duì)比，即使是新興的、挾有眾多后發(fā)優(yōu)勢(shì)的RISC-V架構(gòu)也歷經(jīng)十多年“折騰”，才取得今天全球范圍的繁榮發(fā)展。很難設(shè)想，一些有歷史包袱的、較老的CPU，還能有足夠時(shí)間和空間，從“主流CPU”激烈競(jìng)爭(zhēng)的夾縫中脫穎而出。

另一種思路是“從眾跟隨”。即跟著外國(guó)的架構(gòu)走。國(guó)內(nèi)也有企業(yè)在基于x86、ARM、Power等外國(guó)掌控的架構(gòu)進(jìn)行發(fā)展，其好處是可以利用已經(jīng)成熟的生態(tài)，但壞處是很難實(shí)現(xiàn)自主可控。當(dāng)前國(guó)際環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，歸根到底隨時(shí)可能面臨ISA（指令集架構(gòu)）知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制約，難以規(guī)避各種制裁和限制。

開源RISV-V的出現(xiàn)順應(yīng)未來新一代信息技術(shù)的需求。RISC-V精簡(jiǎn)指令集采用開源模式、其架構(gòu)先進(jìn)、易于定制、人才培養(yǎng)便捷，研發(fā)周期短，大大降低芯片產(chǎn)業(yè)門檻，這些都使其后續(xù)發(fā)展具備強(qiáng)大生命力。鑒于上述情況，建議中國(guó)抓住新一代信息技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，面向智能時(shí)代“主流CPU”市場(chǎng)，聚焦開源RISC-V架構(gòu)發(fā)展中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)。用好開源模式，發(fā)揮中國(guó)舉國(guó)體制、超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，集中力量、協(xié)同攻關(guān)，大力發(fā)展壯大RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)，加大對(duì)RISC-V開源社區(qū)的貢獻(xiàn)以增大社區(qū)話語(yǔ)權(quán)。最終，使*“主流CPU”市場(chǎng)形成x86、ARM和RISC-V三分天下的格局。

中國(guó)工程院院士倪光南

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聚焦開源RISC-V架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

聚焦開源RISC-V架構(gòu)發(fā)展我國(guó)主流CPU具有如下優(yōu)勢(shì)：

1.既符合*科技自立自強(qiáng)發(fā)展戰(zhàn)略又推動(dòng)全球科技創(chuàng)新

中國(guó)各界擁抱RISC-V有其反壟斷的需要。一些發(fā)達(dá)*已經(jīng)享受了x86和ARM兩種架構(gòu)壟斷“主流CPU”市場(chǎng)的紅利，掌控這些架構(gòu)的Intel和ARM公司等巨頭雖然近來也在RISC-V的某些活動(dòng)中亮相，但由于根本利益沖突，不可能全力支持RISC-V。相比之下，開源RISC-V打破了長(zhǎng)期以來芯片產(chǎn)業(yè)壟斷的格局，我們可以與全球開發(fā)者協(xié)同創(chuàng)新，共同發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)，這使RISC-V在中國(guó)獲得了強(qiáng)大的推動(dòng)力。

2.RISC-V已得到中國(guó)各界的支持

從*對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)的政策支持和各地方政府發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)的布局上看，中國(guó)當(dāng)前發(fā)展基于新型RISC-V架構(gòu)的芯片產(chǎn)業(yè)已具備一系列政策優(yōu)勢(shì)。十九屆五中全會(huì)以來，中國(guó)已將支持開源寫入“十四五”規(guī)劃，各界對(duì)開源RISC-V的支持力度迅速提升。近幾年來，中國(guó)各地、各界紛紛投入RISC-V的生態(tài)建設(shè)。例如：上海市支持成立“中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”；中共中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會(huì)辦公室、中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合支持成立“中國(guó)開放指令RISC-V生態(tài)聯(lián)盟”；深圳市成立Patterson教授與清華合作的“國(guó)際開源實(shí)驗(yàn)室RIOS”；中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研各界推進(jìn)RISC-V基礎(chǔ)軟件研發(fā)；中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)在“科創(chuàng)中國(guó)”框架下，成立涵蓋開源RISC-V的“開源創(chuàng)新聯(lián)合體”；北京市支持成立“北京開源芯片研究院”……。凡此種種，說明在*政策支持下，在各界的積極參與下，中國(guó)的開源RISC-V的整體生態(tài)環(huán)境正在迅速發(fā)展完善。

3.中國(guó)超大規(guī)模市場(chǎng)是培育未來新一代信息技術(shù)的沃土

構(gòu)建新發(fā)展格局是把握未來發(fā)展主動(dòng)權(quán)的戰(zhàn)略布局和先手棋，是貫徹落實(shí)新發(fā)展理念的重大舉措。我國(guó)超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)、豐富的數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢(shì)都是培育新一代信息技術(shù)發(fā)展的肥沃土壤，可以為新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)品提供規(guī)模的市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)條件，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造足夠的利潤(rùn)回報(bào)，可以吸引、整合國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)資源等優(yōu)勢(shì)，從而加快中國(guó)技術(shù)創(chuàng)新的速度。為此我們要充分利用和發(fā)揮這個(gè)優(yōu)勢(shì)。在新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，只要我們科學(xué)謀劃，集中力量，注重RISC-V生態(tài)建設(shè)，那么中國(guó)的超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)將成為構(gòu)建全球芯片產(chǎn)業(yè)新發(fā)展格局的雄厚支撐。

4.中國(guó)是*最大工程師培育搖籃

人才是*發(fā)展的*資源，*動(dòng)力。人才是直接影響未來民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵要素。美國(guó)甲骨文公司創(chuàng)始人Larry Ellison評(píng)論說：“我們面臨的最大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是中國(guó)。中國(guó)有很多非常有天賦的工程師，他們貢獻(xiàn)了很多知識(shí)產(chǎn)權(quán)，我們可不想屈居第二”。

中國(guó)是全*大學(xué)生畢業(yè)人數(shù)最多的*，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年中國(guó)高等院校畢業(yè)生數(shù)量已達(dá)到909*。中國(guó)科技研發(fā)的人才結(jié)構(gòu)為金字塔結(jié)構(gòu)。以龐大的技術(shù)本科、碩士、博士畢業(yè)生為基礎(chǔ)，具有國(guó)內(nèi)外高學(xué)歷教育背景和成熟的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)人員為塔尖。中國(guó)正在成為全球高科技研發(fā)體系中的重要部分，這一龐大的技術(shù)隊(duì)伍為推動(dòng)中國(guó)科技創(chuàng)新提供了必要條件。

RISC-V采用開源模式，十分有利于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳播和人才的培養(yǎng)，使中國(guó)人才優(yōu)勢(shì)能得到充分的發(fā)揮。據(jù)估計(jì)，中國(guó)已經(jīng)有數(shù)百家企業(yè)加入到RISC-V生態(tài)建設(shè)中，在RISC-V國(guó)際聯(lián)盟成員單位中，中國(guó)方面已經(jīng)占比50%左右；中國(guó)許多大學(xué)已為研究生和本科學(xué)生開設(shè)了RISC-V課程，針對(duì)RISC-V基礎(chǔ)軟件的聯(lián)合研發(fā)以及面向RISC-V架構(gòu)優(yōu)化的EDA項(xiàng)目等正在開展，形勢(shì)發(fā)展喜人。

為此，建議我國(guó)聚焦開源RISC-V發(fā)展我國(guó)主流CPU，筑牢RISC-V基礎(chǔ)軟件根基，完善生態(tài)建設(shè)。實(shí)踐表明，一種CPU架構(gòu)的生存和發(fā)展，在很大程度上依賴其生態(tài)系統(tǒng)，其中特別是依賴于需要大投入和長(zhǎng)研發(fā)周期的基礎(chǔ)軟件。現(xiàn)有x86和ARM經(jīng)過二三十年時(shí)間的積累，已經(jīng)形成了完善的生態(tài)，尤其是在基礎(chǔ)軟件方面，包括操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)庫(kù)、編程語(yǔ)言與編譯器、開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境等等，構(gòu)成了對(duì)CPU架構(gòu)的強(qiáng)大支撐，在這方面，RISC-V現(xiàn)在還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于x86和ARM，這也為我國(guó)發(fā)展提供了機(jī)遇。

中國(guó)工程院院士倪光南

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總結(jié)與展望

如果說指令集架構(gòu)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件與軟件之間分界線和交互規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，也是基礎(chǔ)軟件生態(tài)的起始原點(diǎn)，那么基礎(chǔ)軟件就是IT生態(tài)的“粘合劑”和“催化劑”。換句話說，基礎(chǔ)軟件是整合RISC-V多樣化生態(tài)的核心要素，是基于RISC-V架構(gòu)產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。有專家認(rèn)為，從2020年之后，RISC-V發(fā)展的優(yōu)先級(jí)從體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)切換為軟件驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)在，在*范圍RISC-V基礎(chǔ)軟件的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)到來。發(fā)展RISC-V軟件需要跨學(xué)科方向的*布局，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，又是一個(gè)機(jī)遇。參考x86和ARM的歷史，RISC-V孕育著萬億級(jí)基礎(chǔ)軟件產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。歷史上x86生態(tài)成就了微軟和紅帽，ARM生態(tài)成就了蘋果和谷歌，RISC-V也將為未來的軟件巨頭提供新的舞臺(tái)，為此我們需要及早、*布局RISC-V基礎(chǔ)軟件。

綜上所述，中國(guó)要在全球開源領(lǐng)域中發(fā)揮自己應(yīng)有的作用。今天中國(guó)面臨百年未有之大變局，在發(fā)展CPU產(chǎn)業(yè)時(shí)要以全球視野謀劃，抓住未來“主流CPU”發(fā)展趨勢(shì)。正如總書記在《健全關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)新型舉國(guó)體制》中強(qiáng)調(diào)：“應(yīng)發(fā)揮我國(guó)社會(huì)主義制度能夠集中力量辦大事的顯著優(yōu)勢(shì)”, “要把政府、市場(chǎng)、社會(huì)有機(jī)結(jié)合起來，科學(xué)統(tǒng)籌、集中力量、優(yōu)化機(jī)制、協(xié)同攻關(guān)”。我們要從戰(zhàn)略上用好開源模式，聚焦開源RISC-V架構(gòu)，充分發(fā)揮我國(guó)超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)籌推進(jìn)RISC-V生態(tài)建設(shè)，與*開源同行協(xié)同努力，最終使RISC-V架構(gòu)能在*CPU市場(chǎng)與x86和ARM三足鼎立，通過增加對(duì)開源社區(qū)貢獻(xiàn)的方式逐步將“主流CPU”發(fā)展自主權(quán)牢牢掌握在自己手中，同時(shí)為*科技創(chuàng)新貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)方案。

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