倪光南：與*協同創新，推動RISC-V生態建設

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2022-10-18 13:49:30 9

金秋十月，倪光南院士在《數字*專刊》撰寫專文。倪院士指出：一直以來，我國芯片產業在“主流CPU”架構上受制于人，在數字經濟時代，建議我國積極抓住時代機遇，聚焦開源RISC-V架構，以全球視野積極謀劃我國芯片產業發展。

倪光南中國工程院院士

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前言

一直以來，我國芯片產業在“主流CPU”架構上受制于人，整體生態上與國際先進水平還有很大差距。RISC-V精簡指令集采用開源模式、其架構先進、易于定制、生態也尚處于發展初期，這為我國萬物智聯時代掌握芯片產業發展主動權提供了發展機會。建議我國積極抓住時代機遇，以全球視野謀劃我國芯片產業發展，聚焦開源RISC-V架構，統籌規劃、集中力量面向我國“主流CPU”領域，筑牢基礎軟件根基，加速推進其生態建設，推動全*芯片產業新格局的到來。

開源已經成為全球協同創新的新模式，已經成為促進信息技術發展的新動力。開源的核心價值是科學開放精神和人類智慧成果共享的體現。國際上開源技術生態體系已經形成，并從軟件領域擴展到硬件領域。2010年，美國加州大學伯克利分校計算機科學部門發布了一種通用的計算機芯片精簡指令集，它采用開源模式，不僅打破了芯片架構長期被壟斷的格局，也為我國芯片產業發展提供了新的機遇。

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目前國內CPU主流技術路線

CPU(中央處理器)架構是芯片產業鏈和芯片生態的龍頭。CPU架構不僅決定了CPU芯片本身的性能，而且在很大程度上引領了整個芯片產業和產業生態，尤其是對設計人才培養、設計工具（EDA）、芯片IP（Intellectual Property）庫、芯片應用生態等方面有重大影響。此外，芯片的架構也影響到芯片的生產、測試、封裝等環節。近年來包含微處理器的SoC（系統級芯片）產品在芯片產品中的比重已達到70%以上，這表明芯片應用與CPU架構之間的關聯性正在增強。歷史上，在PC和互聯網時期，x86架構芯片占據優勢，而在移動互聯網時期，ARM架構芯片占據優勢，今后將進入萬物智聯時代，CPU技術架構格局也會隨之發生變化。

這幾年國產CPU發展很快，現在國內市場上已經有六七種CPU架構并存，但這并非長久之計。因為CPU架構具有很強的壟斷性，長期以來，占據*芯片主要市場份額的CPU（或稱為“主流CPU”）只有x86和ARM兩種架構，這種情況大概率還會持續下去。由此可見，目前多種國產CPU架構并存，未來可能會造成資源分散，低水平重復。如果不能及時改變這種狀況，若干年后，中國將缺乏能在全球市場上與x86和ARM兩家競爭的CPU架構，從而在“主流CPU”方面仍將受制于人。為此，我國發展芯片產業時，要從全球視野謀劃和思考國產CPU架構發展的技術路線。目前國內CPU技術路線大致有兩種思路，值得商榷：

一種思路是“單打獨斗”。“單打獨斗”即主要依托本國架構進行發展。其好處是較易實現自主可控，并能滿足國內若干應用領域的需求。但要在*市場上與上述“主流CPU”相抗衡，我國CPU在技術方面，特別是在生態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期里所能改變的。作為對比，即使是新興的、挾有眾多后發優勢的RISC-V架構也歷經十多年“折騰”，才取得今天全球范圍的繁榮發展。很難設想，一些有歷史包袱的、較老的CPU，還能有足夠時間和空間，從“主流CPU”激烈競爭的夾縫中脫穎而出。

另一種思路是“從眾跟隨”。即跟著外國的架構走。國內也有企業在基于x86、ARM、Power等外國掌控的架構進行發展，其好處是可以利用已經成熟的生態，但壞處是很難實現自主可控。當前國際環境錯綜復雜，歸根到底隨時可能面臨ISA（指令集架構）知識產權的制約，難以規避各種制裁和限制。

開源RISV-V的出現順應未來新一代信息技術的需求。RISC-V精簡指令集采用開源模式、其架構先進、易于定制、人才培養便捷，研發周期短，大大降低芯片產業門檻，這些都使其后續發展具備強大生命力。鑒于上述情況，建議中國抓住新一代信息技術發展機遇，面向智能時代“主流CPU”市場，聚焦開源RISC-V架構發展中國芯片產業。用好開源模式，發揮中國舉國體制、超大規模市場優勢和人才優勢，集中力量、協同攻關，大力發展壯大RISC-V產業生態，加大對RISC-V開源社區的貢獻以增大社區話語權。最終，使*“主流CPU”市場形成x86、ARM和RISC-V三分天下的格局。

中國工程院院士倪光南

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聚焦開源RISC-V架構的優勢

聚焦開源RISC-V架構發展我國主流CPU具有如下優勢：

1.既符合*科技自立自強發展戰略又推動全球科技創新

中國各界擁抱RISC-V有其反壟斷的需要。一些發達*已經享受了x86和ARM兩種架構壟斷“主流CPU”市場的紅利，掌控這些架構的Intel和ARM公司等巨頭雖然近來也在RISC-V的某些活動中亮相，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打破了長期以來芯片產業壟斷的格局，我們可以與全球開發者協同創新，共同發展芯片產業，這使RISC-V在中國獲得了強大的推動力。

2.RISC-V已得到中國各界的支持

從*對芯片產業的政策支持和各地方政府發展芯片產業的布局上看，中國當前發展基于新型RISC-V架構的芯片產業已具備一系列政策優勢。十九屆五中全會以來，中國已將支持開源寫入“十四五”規劃，各界對開源RISC-V的支持力度迅速提升。近幾年來，中國各地、各界紛紛投入RISC-V的生態建設。例如：上海市支持成立“中國RISC-V產業聯盟”；中共中央網絡安全和信息化委員會辦公室、中華人民共和國工業和信息化部和中國科學院聯合支持成立“中國開放指令RISC-V生態聯盟”；深圳市成立Patterson教授與清華合作的“國際開源實驗室RIOS”；中國科學院聯合產學研各界推進RISC-V基礎軟件研發；中國科學技術協會在“科創中國”框架下，成立涵蓋開源RISC-V的“開源創新聯合體”；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，中國的開源RISC-V的整體生態環境正在迅速發展完善。

3.中國超大規模市場是培育未來新一代信息技術的沃土

構建新發展格局是把握未來發展主動權的戰略布局和先手棋，是貫徹落實新發展理念的重大舉措。我國超大規模市場優勢、豐富的數據資源優勢都是培育新一代信息技術發展的肥沃土壤，可以為新技術、新業態、新模式、新產品提供規模的市場實現條件，為經濟發展創造足夠的利潤回報，可以吸引、整合國內外優質資源等優勢，從而加快中國技術創新的速度。為此我們要充分利用和發揮這個優勢。在新一代信息技術產業發展中，只要我們科學謀劃，集中力量，注重RISC-V生態建設，那么中國的超大規模市場優勢將成為構建全球芯片產業新發展格局的雄厚支撐。

4.中國是*最大工程師培育搖籃

人才是*發展的*資源，*動力。人才是直接影響未來民族偉大復興的關鍵要素。美國甲骨文公司創始人Larry Ellison評論說：“我們面臨的最大競爭對手是中國。中國有很多非常有天賦的工程師，他們貢獻了很多知識產權，我們可不想屈居第二”。

中國是全*大學生畢業人數最多的*，據統計，2021年中國高等院校畢業生數量已達到909*。中國科技研發的人才結構為金字塔結構。以龐大的技術本科、碩士、博士畢業生為基礎，具有國內外高學歷教育背景和成熟的專業經驗的研發人員為塔尖。中國正在成為全球高科技研發體系中的重要部分，這一龐大的技術隊伍為推動中國科技創新提供了必要條件。

RISC-V采用開源模式，十分有利于知識產權的傳播和人才的培養，使中國人才優勢能得到充分的發揮。據估計，中國已經有數百家企業加入到RISC-V生態建設中，在RISC-V國際聯盟成員單位中，中國方面已經占比50%左右；中國許多大學已為研究生和本科學生開設了RISC-V課程，針對RISC-V基礎軟件的聯合研發以及面向RISC-V架構優化的EDA項目等正在開展，形勢發展喜人。

為此，建議我國聚焦開源RISC-V發展我國主流CPU，筑牢RISC-V基礎軟件根基，完善生態建設。實踐表明，一種CPU架構的生存和發展，在很大程度上依賴其生態系統，其中特別是依賴于需要大投入和長研發周期的基礎軟件。現有x86和ARM經過二三十年時間的積累，已經形成了完善的生態，尤其是在基礎軟件方面，包括操作系統、基礎庫、編程語言與編譯器、開發環境和運行環境等等，構成了對CPU架構的強大支撐，在這方面，RISC-V現在還遠遠落后于x86和ARM，這也為我國發展提供了機遇。

中國工程院院士倪光南

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總結與展望

如果說指令集架構是計算機系統中硬件與軟件之間分界線和交互規范標準，也是基礎軟件生態的起始原點，那么基礎軟件就是IT生態的“粘合劑”和“催化劑”。換句話說，基礎軟件是整合RISC-V多樣化生態的核心要素，是基于RISC-V架構產業的核心競爭力。有專家認為，從2020年之后，RISC-V發展的優先級從體系結構驅動切換為軟件驅動。現在，在*范圍RISC-V基礎軟件的競爭已經到來。發展RISC-V軟件需要跨學科方向的*布局，這是一個挑戰，又是一個機遇。參考x86和ARM的歷史，RISC-V孕育著萬億級基礎軟件產業機會。歷史上x86生態成就了微軟和紅帽，ARM生態成就了蘋果和谷歌，RISC-V也將為未來的軟件巨頭提供新的舞臺，為此我們需要及早、*布局RISC-V基礎軟件。

綜上所述，中國要在全球開源領域中發揮自己應有的作用。今天中國面臨百年未有之大變局，在發展CPU產業時要以全球視野謀劃，抓住未來“主流CPU”發展趨勢。正如總書記在《健全關鍵核心技術攻關新型舉國體制》中強調：“應發揮我國社會主義制度能夠集中力量辦大事的顯著優勢”, “要把政府、市場、社會有機結合起來，科學統籌、集中力量、優化機制、協同攻關”。我們要從戰略上用好開源模式，聚焦開源RISC-V架構，充分發揮我國超大規模市場優勢和人才優勢，統籌推進RISC-V生態建設，與*開源同行協同努力，最終使RISC-V架構能在*CPU市場與x86和ARM三足鼎立，通過增加對開源社區貢獻的方式逐步將“主流CPU”發展自主權牢牢掌握在自己手中，同時為*科技創新貢獻中國智慧和中國方案。

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