随着全球经济迅速走向数字化，需求猛增的芯片成为大国竞争焦点。手机、电脑等智能设备广泛应用的CPU(中央处理器)芯片如何突破 x86、ARM两大主流架构的“围城”?开放、免费的RISC-V架构被寄予厚望。业界认为，RISC-V架构快速崛起，孕育着全新的芯片产业生态，“中国芯”也将迎来掌握主动权的重大机遇。
芯片世界迎开源“新潮流”
近日，在京举行的第二届RISC-V中国峰会“首届北京开源芯片生态产业论坛”上，中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等研究院所及企业宣布形成联合研发团队，开展第三代“香山” RISC-V开源处理器核的联合开发。
“香山联合团队的形成，标志着香山及其开源模式得到了产业界的初步认可，为跨越‘从原型到产品’这个死亡之谷迈出了关键一步。这也是香山发展历程中的一个重要里程碑。”中科院计算所副所长、研究员包云岗表示。
我国RISC-V开源芯片领域近两年进展迅猛。2021年6月，中国科学院计算技术研究所公开了开源的“香山”高性能RISC-V处理器核;2021年10月，阿里平头哥开源了四款RISC-V量产处理器，并开放系列工具及系统软件;2022年6月，睿思芯科发布高性能RISC-V向量处理器;希姆计算发布面向神经网络领域的专用计算核心，也是基于RISC-V指令集架构自主研发。
芯片指令集，是由软件程序发出，指挥芯片内部电路协同工作的各种命令集合。一位国产芯片总工程师比喻道，如果把设计芯片比作写文章，指令集就好比语言和语法规则。
在RISC-V出现之前，CPU芯片架构领域一直是x86、ARM的天下，前者主要用于电脑及服务器芯片，后者成为手机芯片的主流。这两大架构分别由美国英特尔公司和英国ARM公司掌控，前者基本不对外授权，后者IP授权动辄几百万元起步。
2010年，加州大学伯克利分校推出的RISC-V指令集，首次提出“指令集应免费”的理念，任何公司、研究机构都可以在RISC-V架构上进行研发，这促进了开源芯片的蓬勃发展。与专利壁垒森严的x86、ARM架构相比，RISC-V开放、免费的商业模式大大降低了芯片开发门槛，吸引大批初创企业、大公司、科研机构等争相布局。
本届峰会上披露的数据显示，RISC-V已累计实现了100亿颗内核的出货量，其中近一半都来自中国。另据华泰证券研报，RISC-V在AIoT(智能物联网)时代应用场景及市场空间将快速增长，预计2025年全球RISC-V出货量将超过800亿颗。
“未来RISC-V很可能发展成为世界主流CPU(中央处理器)架构之一，从而在CPU领域形成英特尔、ARM、RISC-V三分天下的格局。”中国工程院院士倪光南此前公开表示。
站在前人肩膀上做芯片
开源技术，究竟缘何受到芯片产学研各界的追捧?
“一个企业、一名工程师的力量是有限的，而开源可以汇聚很多企业、机构、工程师的力量，共同推进芯片研发。”包云岗说。
开源即开放源代码，且软件的使用、修改和发行不受许可证的限制。开源技术不仅可以将更多开发者吸引到开发过程中来，还可以免去对一些基础程序的重复开发，降低了科研人员“平地起高楼”的难度，成为推动开放创新、技术进步的重要力量。
实际上，人们日常使用的笔记本电脑、互联网应用，全都与开源技术息息相关。1981年8月12日，IBM推出个人电脑(PC)，并公开了设计文档，包括源代码、电路图，此举成就了繁荣的PC市场，戴尔、联想等巨头都受益于此。
“过去，银行交易业务必须要用IBM小型机、甲骨文的数据库、EMC的存储才能保障。而如今，基于开源技术构建起来的微信支付、支付宝等线上金融应用已经为超过十亿人提供稳定服务。”包云岗举例解释道，在互联网行业，开源的技术体系已反复经过市场检验。
“RISC-V生态快速崛起，为包括中国在内的广大发展中国家突破CPU芯片领域的技术垄断和市场垄断带来新机遇。”包云岗说。
不过他也提醒，对于尚在起步阶段的开源芯片生态不可盲目乐观。
包云岗介绍，一套完整的开源芯片技术体系包括L1(开源指令集)、L2(开源设计实现)、L3(开源工具)这3个层次。目前，国际上已有超过100个开源RISC-V处理器处于L2级，它们虽然开源了处理器源代码，但相应的设计工具并未开源。中科院计算技术研究所开发的开源高性能RISC-V处理器“香山”，已经将一系列底层工具开源，向L3级靠近，但开发过程中仍需大量使用商业EDA工具软件，“香山”也还未完全达到L3级。
如同平面设计师对Photoshop软件的深度依赖，EDA也是芯片设计全流程的计算机辅助工具，被称为“芯片之母”。目前，全球EDA市场同样被少数巨头把控，因此芯片设计软件的国产化对于芯片领域的突破意义与光刻机制造同等重要。
“只有开源EDA取得突破性进展，L3级开源芯片才能真正得以实现。”包云岗说。
北京发力补齐生态“拼图”
尽管被寄予形成普惠生态的厚望，当前开源芯片领域仍存在生态碎片化严重、公共服务平台缺位、尚未在国际上形成有利于我国的技术生态标准等问题。
“缺少技术主线和主导力量，尚不能真正有效汇聚全球研发力量，这不利于技术的持续迭代和应用拓展。”北京市经济和信息化局党组成员、副局长顾瑾栩说。
2021年12月，由北京市和中科院联合一批行业龙头企业共同发起成立的创新联合体北京开源芯片研究院成立。作为北京市和中科院促进开源芯片产业发展的主体平台，该研究院采用产学研融合的新模式，即N个企业共同攻克1个生态，研究院与企业通过“共同投入、成果共享、收益共享”，形成竞争前合作机制。
顾瑾栩表示，北京将打造开源项目、开源社区、代码托管平台等高水平开源生态，建设RISC-V创新中心，营造RISC-V产业创新发展环境，努力建设成为具有全球影响力的开源芯片产业高地。(本报记者 孙奇茹)
