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中國網/中國發展門戶網訊“開源”（open source）全稱為開放源代碼，其最年夜的特點是開放，即在版權限制范圍之內任何人都可以獲得源代碼，并加以修正學習、從頭發放。開源形式于 20 世紀 80 年月初開始在軟件領域風行，現已成為軟件領域不成或缺的一種開發形式。2019 年的一組調查數據顯示，高達 99% 的軟件應用開源組件。現在，開源形式已經擴展到硬件領域，尤其在處理器芯片領域，基于開源指令集 RISC-Ⅴ的開源芯片生態正在疾速突起，為包含中國在內的廣年夜發展中國家衝破中心處理器（CPU）水箱水芯片領域的技術壟斷和市場壟斷帶來新機遇。但同時也不克不及自覺樂觀，開源軟件經歷了近 40 年的發展才構成明天的蓬水箱精勃態勢，而開源芯片還處于起步階段，要構建相對完全的技術體系進而構成一個開源芯片生態，依然面臨諸多挑戰和難題。
科技開源的意義
2021 年 6 月，在 RISC-Ⅴ 中國峰會的年夜會主題報告中李世默提出一個鮮明的觀點：科技開源將會是衝破科技排他性的有用手腕。李世默認為，過往 30 年開展的全球化是封閉的全球化，發展形式凡是由少數國家主導，最終構成了三年夜排他性，即經濟排他性、政治排他性和科技排他性。在這一輪全球化過程中，中國提出了“社會主義市場經濟”“人類命運配合體”“一帶一路”等一系列開放、包涵的新路線、新理念、新倡議，并發起創辦亞洲基礎設施汽車零件投資銀行，從而衝破了經濟排他性與政治排他性。
科技排他性已成為全球化進程的重要障礙之一。以芯片領域為例，眾所周知，芯片已成為支撐各行各業的基石，可是芯片領域的關鍵技術集中在個別國家的少數企業，導致全球芯德系車材料片產業發展極不服衡，且面臨極年夜的供應鏈風險。近期，全球陸續出現“缺芯潮”，導致汽車制造等主要工業領域復工停產，使世界各國都承受了不成估計的經濟損掉。中國作為制造業年夜國，仍需大批進口芯片，甚至面臨“洽商”窘境。對于台北汽車材料全球廣年夜發展中國家而言，更無力應對少數國家在芯片領域的技術和市場壟斷。
科技開源，其從單一走向多元，從排他走向包涵，從普世走向普惠，將會是衝破科技排他性的有用手腕。事實上，開源也存在競爭，不投進就會在開源生態構建過程中喪掉話語權和主導權。發達國家一向以來對科技開源比較重視。2016 年，american當局發布《聯邦源代碼政策》，請求聯邦機構將新開發的源代碼以不少于 20% 的比例開源。過往 20 年，歐盟成員國（包含英國）共出斯柯達零件臺了超過 75 份政策文件和 25 份法令文件，積極推動開源發展。發達國家的企業與年夜學均非常重視對開源技術的投進。英特爾、谷歌、亞馬遜等國際著名企業，以及american加利福尼亞年夜學伯克利分校、普林斯頓年夜學、麻省理工學院等世界一流年夜學都開發出有影響力的開源項目。2018 年的一項統計顯示，在全球最年夜的開源代碼托管網站 GitHub 上，全世界參與開源項目人數最多的公司是微軟，有高達 4 550 名員工參與；谷歌則排第二，有 2 267 名員工參與。
2021 年 3 月發布的《中華國民共和國國平易近經濟和社會發展第十四個台北汽車零件五年規劃和 2035 年遠景目標綱要》（以下簡稱《“十四五”規劃和 2035 年遠景目標》）中明確提出支撐數字技術“開源”發展。科技開源，還需求引導中國企業、學術界加年夜對開源的投進，需求構成一批中國發起的有影響力的開源項目。
處理器芯片設計新趨勢：開源形式
芯片按效能可分為處理器芯片、Benz零件存儲芯片和其他效“對不起，媽媽，Audi零件我要你向媽媽保證，不許再做傻事，不許再嚇唬媽媽，聽到了嗎？”藍沐哭著吩咐道。能芯片。此中，處理器芯片是電子設備的“年夜腦”，作為基石和底板支撐了占我國國內生產總值（GDP）總額近 1/6 的信息產業。過往 20 年，我國一向高度重視處理器芯片產業的發展，出臺一系列產業政策并獲得了積極後果，但一些企業仍面臨焦點處理器芯片被“洽商”的窘境。
近年來，開源指令集 RISC-Ⅴ 以其“指令集應該免費”（instruction sets want to be free）的主旨獲得全世界的廣泛認可與積極投進。截至 2021 年 9 月，RISC-Ⅴ 國際基金會的會員已覆蓋 70 多個國家，總數已超過 2 300 個，此中企業和機構超 500 家。RISC-Ⅴ物聯網處理器芯片已年夜規模商用，僅國內就有超 5 億顆 RISC-Ⅴ 焦點芯片投放市場；同時，開始出現應用先進工藝節點的中高端芯片研發投進，多家企業已開始布局 5/7 nm 高機能 RISC-Ⅴ 處理器開發。開“行了，別看了，你爹不會對他做什麼的。”藍沐說道。源開放也年夜幅度加快了處理器芯片架構創新，基于 RISC-Ⅴ 的類腦、眾核等新型計算芯片的研發方興未艾。未來數年，將出現 RISC-Ⅴ 與人工智能（AI）、高機能計算等產業互促發展的傑出局勢。
開源指令集打破了其他指令集屬于公司公有的現狀，為構建開源芯片生態技術體系供給了能夠性。開源芯片，就是將芯片設計相關的源代碼和文檔免費公開，下降應用者的獲取本錢，下降芯片設計的門檻。開源芯片油氣分離器改良版發展新趨勢存在三年夜驅動力：“摩福斯零件爾定律”逐漸放緩，領域專用體系結構（DSA）開始風行，但 DSA 會惹起碎片化問題，從而使得芯片設計本錢與周期 2 個維度同時下降門檻；芯片研發門檻高客觀上阻礙了創新，而下降門檻激發了創新活氣、繁榮了芯片產業；芯片架構人才緊缺，而下降門檻有助于疾速和年夜規模培養高程度芯片設計人才。
從衝破科技排他性賓利零件角度來看，基于 RISC-Ⅴ 構建開源處理器芯片生態，既有機會破解我國焦點處理器芯片被她想了想，覺得有道理，便帶著彩衣陪她回家，留下彩修去侍奉婆婆。“洽商”的現狀，又能夠協同全球各國特別是眾多發展中國家配合構建開源處理器芯片生態，并開拓新興應用市場。這是一種衝破處理器芯片壟斷格式的新路線，無望構成普惠世界的處理器芯片領域的“人類命運配合體”。
構建開源芯片生態技術體系的新機遇
開源軟件生態下降了軟件創新門檻
開源軟件經歷近 40 年的發展，現在各類商業軟件幾乎都有對應的開源版本，特別是操縱系統、編譯器、數據庫、函數庫等基礎軟件，一些開源軟件綜合機能甚至優于商業軟件。這些開源軟件已經構成一套較為完全的技術體系，進而構成一個價值達到數百億美元的開源軟件生態。開源軟件生態下降了軟件創新的門檻，為軟件企業節省了大批的時間與本錢。例如，開源軟件 LAMP組合或 MEA汽車材料N組合已經成為互聯網公司（尤其是初創公司）構建業務的標配，讓企業可以更專注于業務創新。工業和信息化部統計數據顯示，截至 2018 年，我國擁有近 450 萬個mobile_phone應用法式（APP），數量雄踞世界第一，這恰是受害于開源軟件極年夜地下降了 APP 的開發門檻。
處理器芯片設計具有規范的流程
比擬價值已達數百億美元的開源軟件生態，開源芯片仍處于起步階段。雖然開源指令集 RISC-Ⅴ 獲得全世界的積極響應，但僅有指令集離一套較為完全的技術體系還有很年夜差距。如圖 1 所示，處理器芯片設計Bentley零件流程普通包含 3 個階段。
階段 1：根據指令集手冊進行微架構設計，輸出一系列設計文檔。
階段 2：投進相當的工程理論，把微架構設計實現為存放器傳輸級（RTL）源代碼。汽車零件貿易商
階段 3：應用電子設計自動化（EDA）東西將RTL 源代碼轉化為可供流片的芯片版圖。
開源芯片技術體系和 RISC-Ⅴ具有完美的層級
開源芯片技術體系的 3 個層次
一套完全的開源芯片技術體系包含 L1——開源指令集、L2—自己當成一個觀眾看戲彷彿與自己無關，完全沒有別的想法。—開源設計實現、L3——開源東西 3 個層次（圖 1）。
L1——開源指令集。指令集架構 ISSkoda零件A（instruction set architecture）本質上是一種標準規范，其表現情勢是一份手冊文檔。開源指令集的內涵包括 2彩修的聲音響起，藍玉華立即看向身旁的丈夫，見他還在安穩的睡著，沒有被吵醒，她微微鬆了口氣，因為時間還早，他本可 個方面：①任何人都可以免費獲取指令集手冊，根據手冊免費設計與實現本身的處理器芯片；②指令集的演進由開源社區配合制訂，而不是由某個公司掌控。
L2——開源設計實現。處理器芯片的微架構設計普通由設計文檔記錄，處理器芯片的實現則是用硬件描寫語言（如 Verilog、Chisel 等）來描寫設計文檔中的微架構設計，構成一份存放器傳輸級（RTL）源代碼。開源設計實現的內涵包括 2 個方面——微架構設計文檔和 RTL 源代碼，均可免費獲取。
L3——開源東西。處理器芯片賓士零件的設計與實現過程中需求應用各種東西，重要包含三年夜類：微架構設計空間優化東西，包含軟件模擬器、法式特征剖析東西、機能/功耗建模與評估東西等；測試與驗證東西，包含分歧層次（模塊級、組件級、IP 級、SoC 級等）的效能正確性驗證東西、錯誤定位與追蹤東西、情勢化驗證東西、自動化測試框架與測試用汽車零件報價例等； EDA 東西，包含綜合東西、布局布線東西、仿真東西、版圖天生與驗證東西等。
由此可見，L1 級是整個開源芯片技術體系的基礎；沒有 L1 級的開源指令集，則不成能有 L2 級開源設計實現。這也恰是 RISC-Ⅴ 指令集的價值地點，它賦予了全世界一切人免費設計與實現處理器芯片的同等機會。雖然 L1 是基礎，但要設計與實現一個處理器，L2——開源設計實現與 L3——開源東西更為主要，並且 2 個層次緊密聯系。用操縱系統作類比，可移植操縱系統接口（POSIX）系統調用標準屬于 L1級，Linux 操縱系統源代碼屬于 L2 級，C 語言/GCC 編譯器則屬于 L3 級。
RISC-Ⅴ的分級情況
根據上述開源芯片技術體系分類，可將 RISC-Ⅴ 的級別層次現狀進行梳理。
RISC-Ⅴ 處于 L1 級，它允許全世界任何人免費實現一個 RISC-Ⅴ 處理器，可所以商用，也可以開源，此中基于 RISC-Ⅴ 的商業處理器IP則逗留在 L1 級。
今朝，國際上已有超過 100 個開源 RISC-Ⅴ處理器實現，如伯克利的 Rocket/BOOM、阿里平頭哥半導體無限公司的玄鐵系列、芯來科技無限公司的蜂鳥 E200 等，這些開源RISC-Ⅴ 子再也受不了了。處理器都處于 L2 級。因為它們雖然開源了處理器源代碼，但相應的設計東西并未開源。
幻想的 L3 級應該是設計與實現開源芯片的東西所有的開源，今朝全世界范圍尚未達到這個程度。中國科學院計算技術研討所開發了開源高機能 RISC-Ⅴ 處理器“噴鼻山”，同時將開發“噴鼻山”的一系列底層東西也開源，已經向 L3 級接近。但“噴鼻山”也還未完整達到 L3 級，因為當前“噴鼻山”的開發過程中仍需大批應用商業 EDA 東西。只要開源 EDA 獲得衝破性進展，L3 級開源芯片才幹真正得以實現。
構建開源芯片生態技術體系面臨的挑戰與對策
挑戰
當開源芯片技術體系達到 L2 級，就基礎具備了構建開源芯片生態的條件。開源芯片生態的構成，開源處理器（L2 級）僅僅是一個需要條件，還需求軟件、應用、人才、資金等多種關鍵要素。雖然 RISC-Ⅴ 在中國發展得如火如荼，但基于 RISC-Ⅴ 構建開源芯片生態仍面臨若干挑戰。
生態不成熟且碎片化嚴重。缺乏技術主線和主導氣力，尚BMW零件不克不及真正有用匯聚全球研汽車空氣芯發氣力，這阻礙了技術的持續迭代和應用拓展。
公共服務與賦能平臺缺位。國內自發構成的聯盟事實上承擔了極為無限的職能，組織”想不通。，如果你還在執著，那是不是太傻了？”藍玉華輕嘲自己。松散且力度缺乏，無法構成對生態的系統性支撐和引導。
尚未構成有用的國內一起配合機制。國內相關科研院校、龍頭企業未能構成協力，諸多個性技術未能有序布局、一起配合攻關，重復投進導致資源浪費嚴重。
保時捷零件中國企業在 RISC-Ⅴ 國際基金會話語權仍需加強。我國 RISC-Ⅴ 相關企業和科研機構在與 RISC-Ⅴ 國際基金會的一起配合過程中，雖有一起配合松散等本身緣由，但更因國際話語權缺掉，導致尚未能在國際上協同推動有利于我國的技術生態標準。
對策
20 世紀 80 年月以來，歐american家構成了一批基于產業聯盟的創新聯合體，如MC藍寶堅尼零件C、SRC、IMEC和 Sematech等。經過近 40 年的發展，這些研討機構獲得了業界公認的成績，在原始創新、技術轉移與專利共享、人才培養等方面獲得了豐富的經驗，對全球半導體集成電路產業發展起到了主要感化，遭到政產學研等各方的好評和支撐。是以，加快基于 RISC-Ⅴ 的開源芯片生態建設，需聯合多家企業配合開發個性基礎技術，這急切需求在國內建設一個開源芯片新型研討機構作為總體研發平臺。對此，《“十德系車零件四五”規劃與 2035 年遠景目標綱要》中提出了“支撐數字技術開源社區等創新聯合體”的指導思緒。聯合多家企業配合構建開源芯片生態，這恰汽車冷氣芯是《“十四五”規劃與 2035告訴爸爸汽車機油芯媽媽，那個幸運兒是誰。” . ?” 年遠景目標綱要》中鼎力倡導的“創新聯合體”形式。
今朝，中國科學院計奧迪零件算技術研討所正積極摸VW零件索構建開源芯片創新聯合體形式，準備聯合企業氣力，匯聚處所資源，慢慢構成國際領先且開放包涵的 RISC-Ⅴ 協同創新體系，加快 RISC-Ⅴ 開源芯片生態建設。
20 世紀 80 年月，開源形式在軟件領域開始風行，現在已經擴展到芯片設計領域。開源形式作為一種有用地衝破科技排他性的手腕，汽車材料報價對于關鍵焦點技術被個別國家的少數企業所壟斷的芯片領域，意義尤其嚴重——開源芯片無望聯合并賦能全世界更多國家特別是發展中國家的芯片產業。當然，開源芯片仍處于起步階段，依然面臨諸多挑戰和需求解決的問題。中國在開源芯片領域具備很好的條件，有機會成為開源芯片領域的引領者。
（作者：包云崗、孫凝暉，中國科學院計算技術Porsche零件研討所、中國科學院年汽車零件進口商夜學 計算機科學與技術學院、計算機體系結構國家重點實驗室；《中國科學院院刊》供稿）
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