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【远见】开源芯片生态 中国力量崛起

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    发表于 2021-12-18 14:15:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

    有人预言,RISC-V或将是继Intel和Arm之后的第三大主流处理器体系。欢迎访问全球首家只专注于RISC-V单片机行业应用的中文网站

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    2021年12月17日消息 数据显示,2025年全球半导体IP市场规模将增长至86亿美元。长久以来,芯片领域形成以英特尔X86、ARM为主的指令集阵营,为打破芯片专利垄断,中国科研院所、科技企业纷纷加入开放式架构芯片RISC-V的阵营。RISC-V在芯片应用领域前景如何?对中国芯片产业意味着什么?国内相关产业有哪些成功的案例?未来,中国又将于此打造怎样的竞争版图?
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    长期以来,围绕芯片架构、安全性和性能改进的IP设计一直是半导体供应链的关键。据Counterpoint最新的报告,到2025年,全球半导体IP市场规模将以年均11%的复合增长率增长至86亿美元。这个市场目前由英特尔、Arm等公司主导。

    一段时间以来,围绕“十四五”规划纲要中“支持数字技术开源社区创新发展”的精神——中国知名科研院所、大型科技企业纷纷投入一种开放式架构芯片RISC-V阵营的研究和实践中。

    RISC-V是基于RISC(精简指令集计算)建立的开放指令集架构,与大多数开放指令集不同,RISC-V可以免费用于设备中,允许任何人设计、制造和销售芯片和软件——尤其是在物联网中,有广泛应用的场景。这条赛道将赋予中国芯片产业,怎样的想象空间呢?
    国内芯片技术交流-【远见】开源芯片生态 中国力量崛起risc-v单片机中文社区(1)
    【远见】栏目制作人 王思远(左);中科院计算技术研究所副所长、中科大教授 包云岗(右)

    一、开源架构RISC-V 另辟蹊径的芯片路

    思远:长期以来,围绕芯片架构安全、性能等问题的IP设计,一直是国际半导体产业供应链竞争的关键。芯片是很抽象、很复杂的产品,眼下为什么大家会在RISC-V架构技术上投入这么多,为什么说它如此重要?

    包云岗:RISC-V是一种CPU指令集标准,实际上世界上有很多种标准——假设造桥的某种结构,如吊桥、铁索桥等,是一种标准化形式,CPU领域里面这些架构标准,之前都是归具体公司所有。比如英特尔从1971年至今的50年,拥有X86芯片的架构(专利)。80年代成立的ARM的架构标准也属于具体公司所有。

    以造桥为例,即使你有造桥的能力,但当你要去造一座斜拉索桥,就要给这种技术的公司交费,这是CPU领域的现状。RISC-V不同,这个标准是开放的、开源的。

    RISC-V 是一种精简指令集架构,最早在1980年提出。后面的V,表示第5代。第5代最大的特点是开放免费,意味着全世界谁都可以用它做自己的芯片,做自己的CPU。

    这是一种标准,就像说螺钉和螺母,大家都是约定了直径是5毫米,这个就是标准、规范——意味着按照这个标准,你可以做自己的螺钉和螺母的产品了,软件也可以基于这个标准来去设计。只要大家都遵循同一标准,软件和硬件就能够在一起工作。

    二、中国产学研扎向芯片“开源”赛道

    思远:当下的中国芯片产业中,科研院所、大型科技企业都扎向这个赛道。中国的RISC-V应用是什么样的情况,在解决芯片设计环节的难题上,能发挥什么作用?

    包云岗:很明显,过去几年中国对RISC-V的关注度越来越高。产业界有很多企业,像阿里平头哥、包括华为,都在积极关注。国际上RISC-V有个国际基金会,中国企业也在积极参与,它是一个共同维护的社区,基金会总部在瑞士,有很多国家的企业参与到基金会,大家一起来管理,其中有重要决策、投票权的是理事会企业,目前有18个理事会成员,中国企业占9个。

    国内的学术界也在积极参与,越来越多的科研工作、教学,都会基于RISC-V开展。当然,政府部门也越来越关注,特别像一些地方政府,都看到了这样一个新机会——它的开放性对一些地方产业的发展也是有帮助的,特别是未来智能物联网的时代,越来越多的物体里都要嵌入芯片,哪怕是杯子、台灯,所以对这类芯片的需求会很大。

    思远:对科技企业而言,踏入设计、制造这种芯片的门槛高吗?RISC-V的芯片与其他两种主流架构的芯片,在产品性能上有差异吗?

    包云岗:这个标准规范跟性能是没有大关系的。还是用前面“螺钉和螺母”的例子,大家都约定好是5毫米直径,但至于这个螺钉螺母的重量、硬度,与标准本身无关。RISC-V是指令集标准,可以基于此做高性能处理器,也可以做低功耗处理器,这些都没有问题。
    国内芯片技术交流-【远见】开源芯片生态 中国力量崛起risc-v单片机中文社区(2)
    包云岗接受总台央广经济之声采访(央广网发 受访者供图)

    三、多元赛道开花 产业联盟需“定主线、促合力”

    思远:中国产学研界,怎样在这条赛道上形成合力?就是让各家机构、企业避免单打独斗,在开源基础上,中国科技力量拧成一股绳?
    包云岗:2018年时,中国就有这样的联盟,比如综合开放的指令集生态联盟,这是在中科院支持下,下属指导单位成立的。在地方上,比如上海也成立了产业联盟,通过联盟汇聚一些企业的力量,大家在未来,就一些趋势和具体技术上,都是有共识的。这些共识也可以在国际基金会里有体现。

    下一步,要推进更紧密合作,把这些企业联合起来、在技术层面上形成一些合作。这个是以前,用传统像ARM这种指令就不太可能实现的。开放指令集,理论上可以实现有多个企业一起来做一个CPU芯片,知识产权共享。

    中科院在几年前有一些这种战略级部署,希望能形成一些主线。现在技术“分散化、碎片化”的原因是没有主线、各自为战,一旦形成主线以后,可以让各方力量都汇聚。目前,我们已经形成这样的态势了,比如中科院计算所这边,有“香山”这样的高性能开源主线,最近大家看到像阿里平头哥推出来的玄铁开源处理器,在终端低功耗这方面,做得非常好,所以这些形成非常好的互补。未来,要形成一个“全谱系”的RISC-V的主线,为不同企业选择自己所需要的芯片,提供了很好的基础。

    思远:这种应用芯片,未来具体怎么改变产业和百姓生活,有没有例子?

    包云岗:产业中有很多。比如,刚才提到的阿里平头哥,玄铁系列的RISC-V处理器的IP,被珠海全志科技公司研制出板卡,而且是全球出货量最大的板卡之一。在AIoT物联网里的硬件和场景中,比如智能音箱等,都有很大机会。

    像中科院计算所这边做的“香山”,是在高性能这块的标杆,因为以前还没有人去用RISC-V去做高性能的处理器,并且是开源的。“香山”从2021年6月开源,短短三个月,在全球最大的开源软件托管网站上就有2000多个星标了,几百位开发者在基于香山去做自己的设计。

    在通讯领域,也有人在做RISC-V的芯片,比如广东那边也有研究院,做RISC-V的5G芯片。这样的例子还有很多。

    四、产业机遇与挑战:多元需求和打造生态

    思远:不同的物理空间、不同领域,RISC-V架构在遍地开花。最后请总结一下,现在中国RISC-V阵营,对打造芯片设计竞争的优势版图,意味着什么?将面对怎样的机会和风险?

    包云岗:首先,RISC-V对中国来讲,是一个很重要的机会,中国的最大优势可以概括为两方面:

    一方面是市场大、场景多,需求多元化、碎片化,适合用开放、开源定制,开放架构会满足更多元的需求。

    二是中国的人口红利,用户多、工程师多,以前把芯片设计门槛开得特别高,很多技术人员没办法“走进去”。但用开源、开放的方式,就可以培养出更多的芯片相关人才,所以对产业人才培养,相信也是一个机会。

    思远:就像中国的互联网产业,之所以跑得快,很多核心技术都是基于开源做的。参与的人越多、大数据越多,经验就越多——好产品,都是用数据“喂”出来的。

    包云岗:也可以这样认为。至于RISC-V的挑战,在于生态构建,相对来说它还是比较新的处理器,所以构建生态还需要时间。以前的芯片生态,英特尔花了50年,ARM花了将近40年的时间。这是个长远、长久的过程。

    思远:您觉得,这个生态在国内就可以建成和闭环了,还是指要在世界范围内,打造生态?

    包云岗:这个生态最终可能是全世界的,但就中国的两个优势而言,可能在国内就能够形成生态基地,然后以它为基础,辐射到比如“一带一路”国家,特别是对发展中国家、第三世界国家,它们对RISC-V的需求会更强烈一些。






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    RISCV作者优文
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