近年來,RISC-V架構作為一種開源CPU架構,在全球范圍內迅速崛起。信息化百人會學術委員、中國工程院院士倪光南在《中國網(wǎng)信》2023年第4期撰文中指出，要發(fā)展RISC-V生態(tài),實現(xiàn)RISC-V躋身世界主流CPU行列,關鍵是要聚焦RISC-V發(fā)展中國芯片產(chǎn)業(yè),打好操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn),擁抱開源與世界協(xié)同創(chuàng)新,并發(fā)揮中國超大規(guī)模市場和龐大技術人才優(yōu)勢。只有構建起完善的RISC-V生態(tài),RISC-V才能成為影響世界的CPU架構。
過去二三十年，世界主流CPU（即在世界市場上占據(jù)主要份額的CPU）一直被x86和ARM兩種架構所壟斷。其中，x86架構（或稱Intel架構）是1978年由英特爾（Intel）公司推出，以產(chǎn)品方式推廣，是PC時代的產(chǎn)物；ARM架構是1990年由安謀（ARM）公司推出，以授權方式推廣，是移動時代的產(chǎn)物。與此相應，桌面和移動終端領域也大多分別被微軟的視窗（Windows）和谷歌的安卓（Android）兩種操作系統(tǒng)所壟斷。這樣，在現(xiàn)代IT領域就出現(xiàn)了“Wintel”（Windows+Intel）和“AA”（Android+ARM）兩大生態(tài)的壟斷。
鑒于在一個生態(tài)中，無數(shù)軟硬件彼此依賴、互相支持，以致打破生態(tài)壟斷極為困難。這也是長期以來，中國在主流CPU及其生態(tài)領域處于被動跟隨狀態(tài)、不能從根本上解決“卡脖子”問題的根源。
近年來，開源RISC-V架構在世界范圍內迅速崛起。我國業(yè)界普遍認為，應聚焦開源RISC-V發(fā)展主流CPU，這樣可使我國在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中掌握發(fā)展主動權，并全面融入國際科技創(chuàng)新網(wǎng)絡。
開源RISC-V的基本生態(tài)
開源RISC-V是圖靈獎獲得者、美國加州大學伯克利分校大衛(wèi)·帕特森教授的團隊于2010年發(fā)布的。RISC-V架構采用開源模式，具有設計精簡、易于移植、可擴展、模塊化、可定制等特點，十分適合新一代信息技術領域“需求定義軟件，軟件定義硬件”的定制化趨勢，而中國在這方面具備超大規(guī)模市場優(yōu)勢，可以為RISC-V生態(tài)建設提供堅實支撐。
經(jīng)驗表明，一個芯片能否在市場上取得成功，關鍵取決于其生態(tài)。今后RISC-V能否躋身于世界主流CPU行列，關鍵也取決于其生態(tài)。40年前，英特爾公司的x86架構依托“Wintel”生態(tài)發(fā)展壯大；十多年前，安謀公司的ARM架構依托“AA”生態(tài)發(fā)展壯大；今天，RISC-V架構也要依托其自身生態(tài)發(fā)展壯大。我們可以把RISC-V生態(tài)用“RV++”表示，描述為1+1+N：即一個架構、一套操作系統(tǒng)和基礎軟件、N種應用場景。
簡言之，“RV”就是“一個架構”即RISC-V，代表開源指令集標準規(guī)范，它由RISC-V國際基金會（RVI）主持的RV開源社區(qū)進行支撐。該基金會在2019年由美國遷到瑞士，隨著RV開源社區(qū)的發(fā)展壯大，RISC-V國際基金會成為推進RISC-V生態(tài)發(fā)展的核心力量。
“RV++”中的第一個“+”代表“一套操作系統(tǒng)和基礎軟件”。在上述的“Wintel”和“AA”生態(tài)中，都只強調了操作系統(tǒng)，不過，今天計算機往往需要一整套以操作系統(tǒng)為核心的基礎軟件的支撐，所以我們將“操作系統(tǒng)和基礎軟件”統(tǒng)稱為“基礎軟件”。由于RISC-V基礎軟件不能照搬x86或ARM的基礎軟件，而需要重新按照RISC-V架構定制開發(fā)，這就使中國軟件人員大有用武之地，也為基礎軟件領域的后來居上提供了新機遇。相形之下，發(fā)達國家可享用x86和ARM的成熟生態(tài)，缺乏建設RISC-V生態(tài)的動力。
“RV++”中的第二個“+”代表“N種應用場景”，尤其是與新一代信息技術相關的應用場景，例如AI、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、元宇宙······這類場景量大面廣、發(fā)展迅速、定制化需求很強，特別適合采用RISC-V芯片。
發(fā)展RISC-V生態(tài)的關鍵因素
第一，聚焦RISC-V架構發(fā)展中國芯片產(chǎn)業(yè)。
近年來，中國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步提升，2022年行業(yè)銷售額突破1.2萬億元。據(jù)2022年海關總署公布的數(shù)據(jù)顯示，2022年全球芯片銷售額為5735億美元，這一年中國進口集成電路5384億顆，進口額為4156億美元，約占全球芯片銷售額的70%，顯示出中國的超大規(guī)模市場地位。
目前，中國集成電路產(chǎn)業(yè)在芯片制造、封裝測試等環(huán)節(jié)不僅存在嚴重“卡脖子”問題，而且在芯片設計環(huán)節(jié)，特別是主流CPU架構方面受制于人的問題也需加以強調。應當看到，CPU架構不僅直接影響芯片設計環(huán)節(jié)，實際上CPU架構及其引領的整個生態(tài)對IT業(yè)都有重大影響。現(xiàn)在多種國產(chǎn)CPU架構并存雖然反映了國產(chǎn)CPU的進展，但并非長久之計，也不能改變主流CPU被x86和ARM兩種架構壟斷的局面。如能聚焦于開源RISC-V發(fā)展主流CPU，既有助于集中資源、降低內耗，也能打破x86和ARM兩種架構的壟斷，滿足構建國內國際雙循環(huán)新發(fā)展格局的需要。
應當看到，中國超大規(guī)模市場是推進RISC-V生態(tài)建設的強大支撐。例如，目前在中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車領域，一些大企業(yè)聯(lián)盟正大力發(fā)展基于RISC-V的解決方案。據(jù)估計，一輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要使用數(shù)以百計的CPU模組，所以這一領域未來將成為RISC-V生態(tài)的重要支撐。據(jù)統(tǒng)計，截至2022年底，RISC-V芯片全球出貨量達到100億顆，其中50%來自中國。預計在不久的將來，芯片領域將形成x86、ARM、RISC-V三分天下的格局，中國市場就是RISC-V的堅強后盾。可見，當主流CPU被人控制時，中國超大規(guī)模市場只能為他人作嫁衣裳，而一旦擁有了主流CPU的話語權，中國超大規(guī)模市場才能真正增強我國科技產(chǎn)業(yè)的競爭力。
第二，打好操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)。
操作系統(tǒng)和基礎軟件在整個信息系統(tǒng)中起著基礎性、平臺性的作用，是信息系統(tǒng)的核心部分，對保障信息安全有重大意義。早期的教科書上，只有系統(tǒng)軟件與應用軟件兩類，后來陸續(xù)出現(xiàn)支撐軟件、中間件等新的軟件類型。今天，基礎軟件這一概念已被人們廣泛認可，不過并沒有嚴格的定義。一般說來，基礎軟件可分為三種類型：一是計算機系統(tǒng)運作不可缺少的軟件；二是支撐開發(fā)與運行環(huán)境的軟件；三是面向廣大領域的共性應用軟件。操作系統(tǒng)可以歸入基礎軟件一類中，作為基礎軟件的核心。
如上所述，一種CPU架構的生存和發(fā)展在很大程度上依賴于生態(tài)系統(tǒng)，特別是依賴于需要大投入和長研發(fā)周期的基礎軟件。如果說，指令集架構是計算機系統(tǒng)中硬件與軟件之間的分界線和交互規(guī)范標準，也是基礎軟件生態(tài)的起始原點，那么，基礎軟件介于CPU架構和各種應用軟件之間，就是生態(tài)的“黏合劑”“催化劑”以及核心競爭力。
從技術發(fā)展趨勢看，自2020年之后，RISC-V發(fā)展的優(yōu)先級從體系結構驅動切換為軟件驅動。現(xiàn)在，在世界范圍內RISC-V基礎軟件的競爭已經(jīng)到來。這是一個挑戰(zhàn)，也是一個機遇。參考x86和ARM的歷史，x86生態(tài)成就了微軟和紅帽（Red Hat），ARM生態(tài)成就了蘋果和谷歌，以此類推，RISC-V生態(tài)也將為未來的軟件巨頭提供新的舞臺。為此，需要以全球視野謀劃和推動RISC-V基礎軟件發(fā)展，搶占新的信息技術變革的制高點。
習近平總書記指出，“要打好科技儀器設備、操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)”。要遵照這一重要指示，發(fā)揮我國新型舉國體制優(yōu)勢，集中資源，攻堅克難，打好操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)，徹底改變在該領域受制于人的“卡脖子”問題，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
2022年11月9日，2022年世界互聯(lián)網(wǎng)大會烏鎮(zhèn)峰會在浙江烏鎮(zhèn)舉行，15項世界互聯(lián)網(wǎng)領先科技成果在活動期間發(fā)布。圖為歐拉開源操作系統(tǒng)（openEuler）在烏鎮(zhèn)展示，該操作系統(tǒng)以Linux穩(wěn)定系統(tǒng)內核為基礎，支持x86、ARM、RISC-V、LoongArch、SW64、Power六大處理器架構。
第三，擁抱開源，與世界協(xié)同創(chuàng)新。
當前，開源作為一種發(fā)展模式、創(chuàng)新模式，已經(jīng)成為推動當代世界信息技術、軟件技術發(fā)展的強大動力。國際上，開源技術生態(tài)體系已經(jīng)形成，并發(fā)展成為軟件業(yè)主流，有人甚至表示“開源正在吞噬軟件”。2020年新思科技（Synopsys）公司審計了1252個應用程序，其中99%包含開源軟件，總體來說有70%的代碼是由開源代碼組成的。2022年的數(shù)據(jù)顯示，全球80%的新軟件由開源組建，98%以上企業(yè)使用開源軟件。實踐表明，開源社區(qū)通過大眾協(xié)同、開放共享，不斷持續(xù)更新迭代，展現(xiàn)出驚人的開源創(chuàng)新能力。今天，開源作為世界上一種通行的創(chuàng)新模式，顯示出規(guī)模化、生態(tài)化、平民化、全球化的優(yōu)勢。
現(xiàn)在，開源模式的成功正逐漸從開源軟件走向硬件。
RISC-V采取開源模式，采用的是寬松的BSD（Berkeley Software Distribution）許可證。眾所周知，BSD開源許可證（協(xié)議）是一個給予使用者很大自由的協(xié)議，基本上使用者可以自由地使用、修改源代碼，也可以將修改后的代碼作為開源或者專有軟件再發(fā)布。這種許可證有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。RISC-V發(fā)布至今，RISC-V國際基金會會員增長率超過130%，已有超過3000家會員單位，得到世界芯片業(yè)的普遍認可。
當前，開源為我們融入全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡、參與科技創(chuàng)新治理提供了可能性。現(xiàn)在，中國已經(jīng)是開源大國，2021年，在全球最大的開源社區(qū)GitHub的7300萬累計開發(fā)者中，中國開發(fā)者達755萬，位居全球第二，預計2030年左右將超過美國。Linux是目前主流的開源軟件，也是世界上使用非常普遍的操作系統(tǒng)。
正是在Linux新發(fā)布版本5.10和6.10中，華為的內核貢獻量位居第一，這表明中國開源工作者正在從開源的使用者向參與者、貢獻者的方向發(fā)展。相信未來中國一定會發(fā)展成為開源強國。
在當前形勢下，要高度重視產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈安全問題，開源RISC-V也不例外。這方面，我國部分單位正在啟動增強開源軟件供應鏈安全的相應計劃，旨在消除開源軟件存在的質量、來源和持續(xù)供應等風險隱患。今后，有必要將開源軟件供應鏈安全理念進一步擴展到整個RISC-V軟硬件產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈，保障RISC-V生態(tài)的高質量發(fā)展。
第四，發(fā)揮中國擁有世界最多工程師的優(yōu)勢。
開源的發(fā)展離不開開源人才。在推進開源RISC-V架構、發(fā)展開源RISC-V基礎軟件、構建RISC-V生態(tài)的同時，可以帶動中國開源事業(yè)的發(fā)展，引導中國科技研發(fā)人才成為開源世界的重要參與者和積極貢獻者。
中國是全世界大學生畢業(yè)人數(shù)最多的國家，據(jù)統(tǒng)計，2022年中國高等院校畢業(yè)生數(shù)量已達1076萬人。中國科技研發(fā)人才結構為金字塔結構——以龐大的技術本科、碩士、博士畢業(yè)生為基礎，以具有國內外高學歷教育背景和成熟專業(yè)經(jīng)驗的研發(fā)人員為塔尖。中國科技研發(fā)人才正在成為全球高科技研發(fā)體系中的重要組成部分，這一龐大的技術隊伍如果能與開源模式相結合，就能使中國科技研發(fā)人才數(shù)量優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。
據(jù)了解，中國目前有很多高校已經(jīng)開展或計劃開展開源課程培訓，但還沒有形成規(guī)模、制度。為此，建議在高校系統(tǒng)推進開源教育：要從全球視野謀劃開源人才培養(yǎng)方式，激活國家創(chuàng)新動力；要統(tǒng)籌規(guī)劃建立完善的產(chǎn)學研一體化開源人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)更多的大學生開發(fā)者參與到開源社區(qū)建設當中；要針對國家科學技術發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求，進行針對性開源人才培養(yǎng)，以支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求和國家發(fā)展的戰(zhàn)略方向。
總之，擁抱開源、發(fā)展開源，有助于在國際技術競爭中實現(xiàn)“你中有我，我中有你”的格局，免除或緩解遏制、禁運、停服、斷供、“脫鉤”等風險；鑒于科學技術具有世界性和時代性的特點，開源也是中國融入國際科技創(chuàng)新網(wǎng)絡、參與國際科技治理的有效途徑；從實施創(chuàng)新驅動發(fā)展的國家戰(zhàn)略考量，開源有助于創(chuàng)新的產(chǎn)生和傳播，有助于創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)化；開源還能比較客觀地反映勞動和創(chuàng)新的價值，隨著投入不斷加大，貢獻增加到一定程度，國際話語權也會進一步提升，這對于作為后來者的中國是有利的。
綜上所述，我們要聚焦RISC-V發(fā)展中國芯片產(chǎn)業(yè)，大力推進RISC-V生態(tài)建設，打好操作系統(tǒng)和基礎軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)，充分發(fā)揮中國超大規(guī)模市場、人才優(yōu)勢，大力推進RISC-V生態(tài)建設，使RISC-V躋身世界主流CPU之列。中國科技工作者要與世界同行協(xié)同創(chuàng)新，反對壟斷、反對遏制，為構建人類命運共同體貢獻中國智慧、中國方案、中國力量。
來源：《中國網(wǎng)信》2023年第4期