中國芯片人才儲備嚴重不足，RISC-V有助擺脫 卡脖子困境

新智元報導

編輯：張佳，小芹

【新智元導讀】當前，我國芯片產業“缺芯少魂”的困境依舊存在，想要解決中國芯片領域面臨的 “卡脖子”問題，RISC-V無疑是一道“曙光”。近日，中關村海澱園聯合新智元共同舉辦了以“RISC-V產業應用與生態構建”為主題的閉門論壇，來聽聽專家們的觀點。

當前，我國芯片產業繁榮發展，技術實現多點突破、產業鏈全面提升，但核心產品創新不力、“缺芯少魂”的困境依舊存在。

其實，像NVIDIA、台積電這樣的半導體公司在創業崛起階段均曾受惠於芯片開源項目。

美國在80年代跟日本的半導體之戰中，在DARPA做了一個項目MOSIS項目，把芯片設計的門檻降低，使大學裡面也可以做芯片、做流片，NVIDIA、高通都是在MOSIS上孵化出來。

芯片研發不僅費時，而且費財。從EDA、伺服器、IP的購買到流片，研發支出數以億計，投入大、風險高，一般公司無法承受，特別需要開源項目支持。

在全球產業和中國集成電路市場的需求下，RISC-V像是一道“曙光”，“開放的生態、良好的技術基礎及可擴展性”為自研國產芯片提供了堅實的技術基礎和自主可控的發展契機，RISC-V逐漸成為業界關注的焦點，不僅英特爾等科技巨頭紛紛宣布支持RISC-V，各大高校也將RISC-V用於教學，且與之相關的初創科技公司亦大批湧現，為信息產業的自主可控發展注入新鮮活力，以更好地建立一套基於全新指令集的生態系統。

為協調產學研等各方加速RISC-V產業化應用，助推RISC-V產業生態建設，中關村海澱園聯合新智元於2019年8月13日共同舉辦以“RISC-V產業應用與生態構建”為主題的閉門論壇。

新智元創始人兼CEO楊靜女士（左）

本次論壇由新智元創始人兼CEO楊靜女士主持，參與嘉賓包括：中關村海澱園管委會產業規劃發展處處長舒畢磊，中科院計算所先進計算機系統研究中心主任、中國開放指令生態（RISC-V）聯盟秘書長包雲崗，阿里巴巴資深技術專家、CPU研發總監陳志堅，清微智能CTO歐陽鵬，地平線聯合創始人黃暢，中科創達董事、副總裁楊宇欣，鼎速網絡創始人兼CEO周浩傑。

論壇上，各位嘉賓分享了自己對RISC-V 的見解以及相關開源技術最前沿動態，下面一起來聽聽各位嘉賓怎麽說。

舒畢磊：以閉門論壇為引子，推動RISC-V向前邁進

首先，舒畢磊發表致辭，他表示：北京對於RISC-V很關注，但是要支持區域包括北京整個RISC-V生態打造是否可以做？到底做什麽？會不會受影響？咱們自己的企業能做哪些工作？RISC-V聯盟能不能做一些公共性的事情、把生態建起來？本次論壇就是想聽聽大家的意見，以閉門論壇為引子，希望後續有一些做法來支持這件事。

中關村海澱園管委會產業規劃發展處處長舒畢磊

包雲崗：中國芯片面臨的 “卡脖子”問題根源在於優秀人才儲備嚴重不足

包雲崗圍繞RISC-V背後的兩個關鍵詞“開源”和“敏捷開發”做了精彩分享。

現如今，摩爾定律在逐漸放緩。摩爾定律讓我們芯片上的晶體管數目不斷增加，但我們並沒有把它充分用起來。

摩爾定律逐步放緩

MIT有團隊做過研究，矩陣存法普通的程序員用Python來寫它的性能是1，如果用C語言來寫性能可以提升47倍，再用並行的人來寫性能提升7倍，如果懂一點記憶體結構、記憶體優化又可以提升20倍，加上並行指令等等又可以提升9倍，真正對架構很懂的人來寫這個存法和普通的程序員寫出來的程序會差63000倍，這背後說明，程序員並沒有真正地把整個芯片的性能充分發揮出來。

領域專用體系結構興起

換個角度來講，如果懂芯片的架構、如果能夠把晶體管的效能充分發揮，那麽今天的芯片還是有很大的空間可以挖掘。芯片賦予的那麽多能力，普通程序員並沒有把它充分發揮好。怎麽解決這一問題？

包雲崗分享了兩種方法：第一種是雇非常資深的程序員，或者把專家的知識固化到硬體裡面去；第二種方法是降低芯片設計門檻。

中國開放指令生態（RISC-V）聯盟秘書長包雲崗

眾所周知，芯片一直是中國半導體產業的軟肋，從長遠來看，中國芯片領域面臨的 “卡脖子”問題根源在於優秀人才儲備嚴重不足。

統計顯示，2008到2017年間體系結構頂會ISCA論文的一作（可認為是芯片架構研究優秀人才）85%選擇在美國就業，僅有4%在中國就業，差距巨大。這與當前芯片設計門檻過高，導致中國大學無法開展芯片相關教學與研究密切相關。

類似的人才危機美國也曾經歷過，1982年全美上千所大學中只有不到100 位教授和學生從事半導體相關的研究。為了應對人才危機，美國DARPA在1981年啟動MOSIS項目，為大學提供流片服務，通過MPW模式大幅降低芯片設計門檻。三十餘年來MOSIS為大學和研究機構流了60000多款芯片，培養了數萬名學生。因此，降低芯片設計門檻也可大幅提高人才培養效率。

那麽，如何降低芯片設計門檻呢？開源芯片與敏捷開發就是一種途徑。 指令集RISC-V本身是降低成本的新模式。

2015年成立的RISC-V基金會已有200家成員，以美國企業為主，而中國僅有25家。但是，截至2018年年底，與RISC-V芯片、硬體、軟體、投資、知識產權及生態相關的中國公司數量已接近一百家，需要有更多的中國企業參與進去。

目前，開源芯片生態仍處於起步階段，如果中國能積極參與並主導開源芯片生態中若乾核心模塊，那麽就有可能吸引更多開發人員、民間資本參與芯片開發，提高芯片領域的創新活力，同時也能為中國芯片企業提供基於開源的芯片關鍵技術與優秀人才、擺脫“卡脖子”困境。

此外，如果想把開源芯片生態構建起來，軟體至少要在三個層次給予支持：

第一，面向芯片集成起來，需要像編譯器支持，適應新的擴展指令、新的系統。

第二，要把芯片的功能充分發揮出來，還要有相應的其它功能套裝軟體集成起來。

第三，面向用戶、程序員集成起來，典型的例子是安卓，給用戶提供操作的界面，給程序員提供開發編程的接口。

這三個層次，目前各國都很欠缺，中國有機會在軟體、工具鏈發力爭取主導權，這也成立中國開放指令生態(RISC-V)聯盟想去做的事情。

包雲崗還分享了2030“三步走”規劃：

第一步：開源SoC——用3-5年為社區提供經過流片驗證的高質量RISC-V開源核、開源SoC設計。

第二步：用開源工具鏈構建開源SoC——用5-7年逐步構建一套基於開源EDA工具鏈、開源IP、開源工藝庫的開源SoC芯片設計流程。

第三步：用開源工具鏈自動化構建開源硬體——用10-15年開發更智能、更自動化的開源工具，提高設計驗證效率。

近日，包雲崗團隊研發的SERVE平台（System Emulation and prototyping for RISC-V Environment）對外發布。這是團隊歷經多年實踐、自行研發的一套基於RISC-V的面向開源芯片設計的系統級驗證和原型平台。

SERVE.v已在鵬城實驗室iHUB託管平台上全面開源，感興趣的朋友可以去試試。（https://code.ihub.org.cn/projects/159）

陳志堅：平頭哥以商業的手法來降低整個芯片開發的成本

與互聯網時代的PC、移動互聯網時代的智能手機不同，AIoT時代的芯片是典型的碎片化非標品，只有與應用深度融合的芯片才是AIoT時代有競爭力的好芯片。同時AIoT應用對芯片的價格非常敏感，只有普惠的AIoT才能廣泛應用在生活的方方面面，推進現有設備的數字化和智能化。平頭哥定位為AIoT時代普惠芯片的基礎設施提供者，陳志堅分享了平頭哥在做的事。

阿里巴巴資深技術專家、CPU研發總監陳志堅

目前的芯片設計依然是一個重資產投入的燒錢行業，如何從芯片設計方法學上降低芯片開發周期和研究成本是推進芯片普惠戰略的解題之道。陳志堅認為當前的芯片設計處於IP 2.0的時代，人們開發一款SoC芯片需要經歷IP選型和採購、SoC集成、仿真驗證，FPGA驗證，後端設計等步驟，芯片研發周期依然很長，研發力量投入也很大。平頭哥希望面向不同的應用領域做軟硬體深度融合的芯片平台，解決不同的芯片公司“重複造輪子”的問題。平頭哥通過把芯片上很多共性的東西抽出來做成平台，使得客戶可以專注於做芯片差異化技術與核心技術的，同時提高芯片的量產成功能力。舉個例子說，做AI機器視覺的芯片，平頭哥會面向不同的算力場景開發系列化的芯片平台，包括人臉識別、考勤、指紋識別這種算力要求不是太高的芯片平台以及視頻監控等算力較高的芯片架構。

同時，平頭哥會從IP合作共享、EDA上雲等其多個方面來降低芯片開發中重資產環節的研發成本，讓AIoT時代的芯片更普惠。

上個月，平頭哥發布玄鐵910，號稱目前業界最強的RISC-V處理器。它可以用於設計製造高性能端上芯片，應用於5G、人工智能以及自動駕駛等領域。

玄鐵910發布

那為什麽要做“玄鐵”？陳志堅表示：對比ARM的產品線和RISC-V現有的產品線就會發現，在中高端領域，RISC-V其實是缺失的。RISC-V容易給給外界一個印象——只能做低端，這對RISC-V的商業化應用不利。因此，平頭哥希望做RISC-V降低用戶獲取高性能CPU核的門檻，希望通過這個舉動拓展整個RISC-V架構的應用邊界，彌補RISC-V在高端應用的空白。

歐陽鵬：人工智能芯片需要具備靈活性和高能效

歐陽鵬和大家分享了可重構計算機芯片及其應用。

人工智能計算正在從雲端逐漸下沉到邊緣設備和物聯網節點, 形成雲、端一體的智能。

根據預測，深度學習芯片組出貨量從2018年1.649億增長到2025年的29億以上。深度學習芯片組的全球市場2025年將達到726億美元。

清微智能CTO歐陽鵬

那麽，人工智能芯片的需求到底是什麽？歐陽鵬認為有三點：

第一，靈活性和可編程性。CPU很靈活，可以支持算法的演進。從產品角度來講，降低成本，靈活性、可編程性要考慮。

第二，神經網絡和非神經網絡高效處理。現在很多AI芯片公司做的時候說神經網絡這部分，但完整應用還有非神經網絡部分，如何對神經網絡和非神經網絡進行高效計算也是值得思考的。

第三，高能效( ~TOPs/W)。隨著應用多樣性的增加，對計算能效的要求越來越高。

美國電子複興計劃（ERI）和國際半導體發展路線圖將可重構計算技術列為核心關鍵技術。可重構計算系統主要包括控制單元，可重構計算陣列，存儲和輸入輸出設備。

傳統計算架構採用“指令驅動”的時域計算模式，而可重構計算架構採用“數據驅動、動態重構”的空間計算模式。

可重構計算的技術難點主要有三方面：如何提高陣列利用率、如何提高非規則應用的處理效率、以及如何優化映射效率。清微在這方面做了很多的工作。

對於RISC-V，歐陽鵬表示他們很支持，認為RISC-V接下來的生態會越來越好，同時對整個行業來說，無論成本還是各方面都會有幫助。

全球只有中國芯片公司越來越多，未來一定在中國

會議下半場，由楊靜女士主持，與會嘉賓針對RISC-V在中國的生態和布局、中國的自研芯片生態、開源的作用等問題進行了熱烈的討論。

新智元創始人兼CEO楊靜女士

楊靜：先拋出一個問題，剛才講了半天RISC-V，包主任創立了RISC-V聯盟，目前在中國的生態現狀和布局是怎樣的？主力有哪些？向各位請教一下。

楊宇欣：創達做作業系統，我們也加入了RISC-V聯盟。作業系統是離芯片最近的一層軟體，我們很多客戶合作夥伴都是芯片公司；RISC-V最大的挑戰就在於軟體的生態，對於一個新的架構來講還需要積累。如果很多公司用RISC-V芯片，軟體應用上能自己做垂直整合，盡量都能自己搞定的話，RISC-V的機會就比較大。RISC-V都是從物聯網的小芯片開始做，所以現在對RISC-V來講可能是最好的機會。

中科創達董事、副總裁楊宇欣

中國又是一個全球最獨特的市場，只有中國還有上千家芯片設計公司，1600家，而且這個趨勢在未來五年不會有太大變化，特別是中美關係進一步延長了這個局面。現在全球所有其它的國家的芯片公司都是越來越少，只有中國芯片設計公司越來越多。這對RISC-V來說是一個巨大的機會。這裡面80%都是中小芯片廠商，而這些廠商需要低的進入門檻做自己的第一個產品，RISC-V和配套的工具如果在準入門檻上有優勢的話，這些中小廠商哪怕有1%變成獨角獸就夠了。

第二，RISC-V的推廣不能只限於芯片公司，要拓展到應用公司。推廣IP的時候更多從芯片公司的下遊，早期在終端廠商、應用廠商做產品規劃、性能規劃、功能規劃的時候，把RISC-V的東西考慮進去，才能拉動芯片廠商選擇RISC-V的需求。

楊靜：RISC-V能不能對自研芯片，或者芯片的自主生態起到一定的作用？

周浩傑：我們是國內幾家做自主芯片的，龍芯相對比較早，是真的拿出芯片交付使用，同時還能直接做到大型機世界第一的；後面平頭哥也起來了，華為也有海思系列。但是我們做芯片就是軍事化工程，三年一代裝機，跟很多公司不一樣。

鼎速網絡創始人兼CEO周浩傑

到RISC-V這個時代，有這樣一個大的指令集生態，對國內的芯片生態有非常大的促進作用。麻煩的事情也在這兒，國內好幾家做自主可控處理器，中芯、龍芯的指令集比較受限，沒有做指令升級，ARM有商業支撐做指令升級。不同的用戶雖然大家統稱叫RISC-V體系，但是不同的用戶對功能、性能、功耗差異是非常大的。

楊靜：剛才包老師提到RISC-V裡面有一個開源的EDA，從算法的角度來看，開源的EDA能解決問題嗎？

包雲崗：短期內開源EDA直接替代當然不太可能。但大家意識到EDA可以做開源。史丹佛有一個教授說開源芯片最終的形式不是芯片，開源芯片出來的東西就是一堆軟體，最後還是體現在一系列工具鏈上面，它們幫助芯片設計，更多是相當於造房子的腳手架一樣的工具。怎麽讓這些工具更容易獲取，這是一個方面。質量的問題通過時間可以解決，並沒有純技術上的挑戰。

第二，開源EDA的另外一個問題，未來有像RedHat這樣的公司出現，融入開源的東西進來。比如Linux，大家都說你在企業裡面用或者自己去做各種開發都可以，但是500強企業把那麽多數據放到一個開源軟體上，整個業務全部構建在開源的軟體上面，也有一點不放心。但RedHat可以讓你直接從它這邊購買服務，RedHat的增長速度也很快。開源的商業模式，也有保障質量的方式。

楊靜：現在有一種擔憂，不僅中國要形成不同的技術系統，RISC-V又允許用戶加自己的指令，會不會碎片化？有沒有軟體的標準？

包雲崗：中國一定要有跟SiFive抗衡的公司出來，這是兩個維度上的戰爭。它那邊有商業公司，我們這邊也應該有相應的跟它去抗衡的。這是正面戰場，它一直想進入國內。在美國做芯片的工程師都是五六十歲的，到中國一看都是二三十歲的，未來一定是在中國的。

結束“七國八製”，共建RISC-V生態

在論壇的最後，楊靜女士做了總結：RISC-V需要建立生態，而且開發者需要看到商業潛力，而市場化生態最具決定性的還是應用場景和用戶需求，這是剛性的，倒推到AI軟硬體產業鏈，並帶動周邊開發者。這點從Linux商業上唯一成功的是紅帽，Arm也花了30年才建立起軟體生態來證明。RISC-V在中國剛剛起步，不同利益主體“七國八製”的生態有待收斂。整個生態系統的活力與競爭力也需要市場驗證。

萬裡長征剛起步，期待更多企業和開發者共同關注RISC-V，一起構建中國AI芯開源生態。