造芯新计划：像开源软件一样造开源芯片

如果说开源软件成就了今天互联网的繁荣，中国芯片行业希望借开源芯片开启一个万物互联、人工智能的新时代。

2019年10月21日，浙江乌镇，第六届世界互联网大会“开源芯片”分会场举行。 （IC photo/图）

2019年10月21日下午，第6届世界互联网大会“开源芯片”分会场，来自大学、企业的专家、企业家，聚在一起讨论中国开源芯片的制造话题。

2018年初的中兴事件，引发了全民对中国芯片制造的关注。当年召开的第5届世界互联网大会上，中国科学院、阿里巴巴等60余家企业、高校及科研机构宣布成立中国开放指令生态（RISC-V）联盟，加入这一开源芯片阵营，希望用10年左右的时间，逐步完成开源芯片生态的建立。

中国芯片行业迫切希望借鉴开源软件的经验，发展开源芯片，让小团队也能在短时间内、以很小的投入开发出芯片来。

如果说开源软件成就了今天互联网的繁荣，他们希望借开源芯片开启一个万物互联、人工智能的新时代。

加入RISC-V

RISC-V基金会董事会成员、Microchip公司产品架构和规划主管泰德·斯贝尔斯（Ted Speers），从2017年开始在中国推广RISC-V，为了方便和中国技术人员交流，他特意注册了微信帐号，也不忘记在演讲PPT中附上自己的微信二维码。

RISC-V，是一种免费开源的指令集架构(ISA)，可用于设计各类CPU。它最早发端于加州大学伯克利分校，2015年成立了一个开放、非营利性质的基金会来运营。

1970年代，英特尔将运算器和控制器集成在一个芯片上做出最早的CPU，它的X86指令集架构，从此成为行业主流。目前，全球指令集架构分为两大阵营：在服务器、PC领域，英特尔的X86指令集占据主要市场；在移动通讯领域则是ARM指令集。ARM是英国一家芯片架构公司，2016年为软银所收购。

X86指令集对外完全封闭，ARM指令集则需要高昂的专利授权费用，一些公司开始将目光投向了RISC-V。目前RISC-V基金会有三百多家成员，涵盖半导体设计制造公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构、高校等各类组织，包括谷歌、美光、英伟达、恩智浦、高通、三星、西部数据、台积电、英飞凌、意法半导体、联发科等等。

RISC-V基金会近年在中国十分活跃。2019年5月，他们一口气在中国5个城市进行了巡回路演。北京大学高能效计算与应用中心主任罗国杰对南方周末记者表示，RISC-V基金会在全世界做推广，中国发展这么快，即使它不主动过来，中国也会找它。

从理论上说，开源芯片可以降低IP门槛、设计门槛和工艺门槛，可以让大量的中小企业跨过芯片设计、芯片制造的门槛，通过一些IP的积累，能够积累一些独特的芯片，形成一个大的生态系统。

在中科院计算所研究员包云岗看来，今天的开源芯片存在一个死结，投入很大、使得大家不愿意做开源，而没有好的开源可以用，大家就只能花高价钱去购买IP。同时为了降低风险，又需要更长的时间去验证，陷入一个死循环。只有各界力量投入进来，芯片行业才有机会去解开这样的死结。

中国工程院院士倪光南表示，尽管包括海思在内的很多中国公司获得了ARM架构授权，但是中美贸易摩擦带来变数，它有可能受到美国的出口管制的限制，而RISC-V是有希望不受影响。

郭尊华是云基础架构和移动商务解决方案厂商VMware的全球副总裁。此前对RISC-V并没有太大的兴趣，直到有一天，一位计算机架构科学家找他讨论一个项目，想用RISC-V的开源技术来制作一个兼容X86指令集的CPU。这让他看到了RISC-V开源生态的潜力，并为此兴奋不已。

“我们所处的技术世界走到一个路口，孤立主义正在试图把技术世界引向分裂。但开源是一股清流，正形成一股日益壮大的力量，让技术世界重新融合为一体，在未来成就更多。”他说。

应用驱动芯片更容易实践

中国在芯片研发领域一路坎坷，一直未能出现能够跻身国际市场的产品。2003年甚至还出现过“汉芯”用砂纸打磨进口芯片标识、造假骗取科研经费的丑闻。

罗国杰对南方周末记者表示，不同于其他制造业，可以用质量差一点、价格便宜一点的产品，把一些大公司看不起、低端的市场吃掉，赚到钱以后再把高端产品做起来。芯片是一个“赢者通吃”的市场，一定是质量又好又便宜，因为质量提高、规模化生产后成本也能迅速降下来。

现任RISC-V基金会中国咨询委员会主席方之熙，在半导体行业有三十多年经验，曾担任英特尔副总裁。在他看来，没有天时地利人和，要做一个新的系统架构去和原有的系统架构竞争，很难成功。而今，世界正处在两大历史潮流交汇点上，微处理器面临功耗、安全、可靠性和隐私等问题，需要新的技术来解决，而随着物联网、IOT、人工智能等新兴市场应用出现，必定会带来新的产品、产业链、商业模式，这正是RISC-V的机会。

这一点，浙江大学教授严晓浪很有共鸣。严晓浪是杭州中天微系统有限公司（以下简称“中天微”）的创始人，2012年，打印机与耗材企业纳思达（002180）与中天微合作，研发了一款硒鼓耗材芯片，2013年开始量产，目前出货超过5亿颗。严晓浪认为，“应用驱动芯片，往往是容易实践的”。

放眼全球，谷歌、亚马逊等越来越多的企业正在进入芯片领域。

在中国，华为最早在2012年就将自研海思芯片搭载在华为手机；百度在2018年7月发布了面向智能汽车、智能设备，语音图像等场景的自研AI芯片“昆仑”；阿里巴巴则投资了数家芯片公司，并在2018年4月全资收购中天微、成立了平头哥半导体公司。

在阿里巴巴，芯片技术被定义为阿里云底座中的底座。自研芯片将首先用在阿里巴巴自己的服务器上，降低阿里云的成本，服务于阿里云计算，然后是阿里的整个生态。

在严晓浪看来，整机企业希望通过自己制造芯片以提升整机的竞争力，互联网企业、AI企业则想把自己的算法技术通过芯片固化下来，越来越多的企业参与进来，使得新的CPU构架极有可能产生。

ARM也看到了开放的必要性。在2019年10月9日，Arm TechCon 2019大会中宣布，推出针对Armv8-M架构新增的功能Arm Custom Instructions（客制化指令），允许客户在CPU内核中免费加入自定义指令功能，从而来加速特定的用例、嵌入式和物联网应用程序，以增强芯片合作伙伴的灵活性和差异化，支持机器学习、人工智能、自驾车、5G 与物联网等全新边缘运算的机会。

“三年肯定看不到”

硬件开源或者芯片开源并非新概念。早在1999年，芬兰的一个孵化器中就有一个叫做OpenCores的组织，通过免费IP核交流，开源IP核代码，通过一个叫做OLiScience的专业团队运营，引导大家把东西放到平台上，做一个比较完整的IP核供大家使用。

直到最近几年，芯片开源才真正热闹起来。中科院微电子所研究员、所长助理陈岚认为，这背后是芯片行业正在发生的两大变化。

过去，通用芯片可以适用多数应用场景，而随着物联网时代的到来，芯片市场碎片化，车联网、可穿戴设备、工业互联网等不同应用场景对芯片的要求千变万化，芯片研发不仅要求快，还要满足功能多样性。

与此同时，芯片研发成本越来越高。一个14纳米的芯片要一千万美元、7纳米的需要两千万美元，不是一般的设计企业和芯片公司可以承受。

致象尔微电子科技（上海）有限公司（以下简称“致象尔微”）CTO戴东来对南方周末记者表示，如果是一个新公司，“我可以保证，三年你肯定看不到（产品）”。

致象尔微是方之熙于2014年创办的一家芯片设计公司，2016年推出中国第一个基于ARM Cortex M4F内核开发的MCU产品，可应用于智能家居、无人机、可穿戴设备等物联网领域。

得益于此前中天微的技术积累，阿里巴巴在2019年7月发布了第一款基于RISC-V的CPU玄铁910，此时距离平头哥半导体公司成立才10个月。

一家美国芯片设计公司的中国区负责人对南方周末记者表示，这一速度的确超出了一般芯片公司的进度，但放在中国互联网公司身上倒也不算特别意外。

即便如此，阿里巴巴平头哥半导体副总裁孟建熠感叹，相比于软件开源，“硬件开源实在是太重了，做硬件的时候要涉及的东西太多。芯片开源，应该说是这个世界上最难走的一条路”。

美国加州大学圣芭芭拉分校教授谢源，把芯片的整个制作流程类比为出书，芯片设计是写书的过程，芯片制造是印书的过程，芯片的封装就像是把书装订好并大量分发出去的过程。开源芯片只是对写书的过程有帮助，另外的环节目前都还没有办法降低门槛。

在谢源看来，芯片的制造现在还掌握在少数几家手里，芯片的EDA工具也只有三家，开源的EDA还没有办法能做，开源芯片最后要达到像开源软件那样对整个半导体行业影响还有很长的路要走。

人才、资金和知识产权

WAVE Computing公司CEO桑杰·科利（Sanjai Kohli]）不客气地敲了警钟，认为RISC-V在知识产权方面还有很多问题需要解决。

Wave Computing是一家位于美国硅谷、致力于推动人工智能深度学习从边缘到数据中心的计算加速方案的公司。

但现在中国更担心的是人才和资金的问题。中科院计算所研究员包云岗坦言，中国的体系结构人才和芯片设计人才紧缺，芯片设计的门槛非常高。

一般互联网企业从种子轮到A轮、B轮有非常好的融资节奏，从几十万美元到几百万美元。但是芯片领域的A轮就需要千万美元，使得整个产业的活跃度很低。

美国加州大学圣芭芭拉分校教授谢源对南方周末记者表示，开发一款软件或者共享单车，和开发一款芯片所要花的资金和时间相比，远不是一个数量级。

芯片业界一天到晚在喊人才缺口，但是不愿意开出高工资。浙江大学微电子学院教授储涛感叹，一个芯片专业的博士去到一个很大的集成电路工厂，年薪只能开出20万人民币，而相邻专业很多能开出50万人民币。于是很多学生再学些软件、图像处理，然后去互联网公司编程序了。

与芯片直接相关的微电子专业，是很多学生在信息领域学科里的最后选择。储涛表示，学生来了之后，一开始对芯片的设计可能还会比较感兴趣，但是到了工艺和材料，就唯恐避之不及了。

北京大学高能效计算与应用中心主任罗国杰比较理解这种以就业为导向的选择，他对南方周末记者表示，芯片行业就业规模不大，学生更喜欢就业基数大的行业，可以有更多选择。

2019年7月，中国科学院大学在给每个大学新生的录取通知书里嵌入了一枚芯片、中国自己研制和量产的“龙芯3”。

包云岗透露，中科院正在推出“一生一芯”的计划，学生可以利用学校搭建的SERVE平台，用全开源的工具链设计一个全开源的芯片，校方将帮助他们实现流片，希望每个人都能带着一枚自己设计的芯片毕业。

南方周末记者 黄金萍

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