作者:李思辉 那倩 来源:中国科学报 发布时间:2023/11/16 23:26:03
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倪光南院士:以全球视野谋划开源人才培养

 

近二三十年,世界“主流CPU”(即在世界市场上占据主要份额的CPU)一直是x86和ARM两种架构。其中x86架构(或称Intel架构)是1978年由Intel公司推出,以产品方式推广;ARM架构是1990年由ARM公司推出,以商业授权方式推广。与此相应,桌面和移动终端领域也分别出现了微软的视窗(Windows)和谷歌的安卓(Android)两种操作系统。这样,在现代IT领域出现了“Wintel”(Windows + Intel)和“AA” (Android + ARM)两大主流生态。

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倪光南院士在东湖科学会议上。主办方供图

这几年来,开源RISC-V架构在世界范围内迅速崛起。业界普遍认为,开源RISC-V有望跻身未来“主流CPU”之列。开源RISC-V是图灵奖获得者,美国加州伯克利分校David Patterson教授的团队于2010年发布的。RISC-V架构采用开源模式,具有设计精简、易于移植、模块化、可扩展、可定制等特点,十分适合新一代信息技术领域“需求定义软件,软件定义硬件”的“定制化”趋势,而中国在这方面具备超大规模市场优势,可以为RISC-V生态建设提供坚实的支撑。

经验表明,一个芯片能否在市场上取得成功,关键取决于其生态。今后RISC-V能否跻身于世界主流CPU行列,关键也取决于其生态。40年前,英特尔公司的x86 架构依托“Wintel”生态发展壮大;10多年前,ARM公司的ARM架构依托“AA”生态发展壮大。今天,RISC-V架构也要依托自己的生态发展壮大。这里,我们把RISC-V生态用“RV++”表示,可以描述为1+1+N:即一个架构,一套基础软件和N种应用场景。

简言之,“RV”就是“一个架构”即RISC-V,代表开源指令集标准规范,它由“RISC-V开源基金会”主持的RISC-V开源社区进行支撑。该基金会在2019年由美国迁到了瑞士。2019年随着RV社区的发展壮大,它已改名为“RISC-V国际协会”(简称RVI),成为推进RISC-V生态发展的核心力量。

“RV++”中的第一个“+”代表“一套基础软件”。在上述的“Wintel”和“AA”生态中,都只强调了操作系统,不过,今天计算机往往需要一整套基础软件(包括操作系统)的支撑,所以下面我们将“操作系统和基础软件”统称为“基础软件”。由于RISC-V基础软件往往不能照搬x86或ARM的基础软件,而需要重新按照RISC-V架构定制开发,这就使中国软件工程师大有用武之地,也为中国在基础软件领域后来居上提供了新机遇。

“RV++”中的第二个“+”代表“N种应用场景”,尤其是与新一代信息技术相关的应用场景。从应用的领域来看,前几年RISC-V一直在碎片化的IoT领域里大量应用,随着近两年RISC-V处理器性能的快速提升,目前RISC-V已经开始在AI、智能网联汽车、移动、PC、服务器等等领域。

我们认为当前发展RISC-V生态的关键在于:

第一、 聚焦RISC-V架构发展中国芯片产业。目前人们已普遍认识到,中国集成电路产业在芯片制造、封装测试等环节存在着短板,但在芯片设计环节,特别是主流CPU架构受制人的问题也应当予以强调。从产业链的角度来看,CPU架构处于芯片产业的上游,不仅直接影响芯片设计环节,实际上CPU架构及其引领的整个生态对IT业都有重大影响。当前,国产CPU发展现状出现多种架构并存,这反映了几年来各界的努力,使我们在掌握CPU架构方面取得了进展,但这还不能改变主流CPU被x86和ARM两种架构垄断的局面。为此建议业界聚焦于开源RISC-V架构发展“主流”CPU,这样既有助于打破垄断的局面,也可以适应国内国际双循环新发展格局的需要。从发展趋势看,现在越来越多的人认为,在不久的将来芯片领域将会形成x86、ARM、RISC-V三分天下的格局。

第二、大力发展RISC-V基础软件来推动RISC-V的生态繁荣。操作系统和基础软件在整个信息技术体系中起着基础性、平台性、关键性的作用,换言之,操作系统和基础软件是信息系统的核心,也是信息生态发展的基石。如上所述,一种CPU架构的生存和发展,在很大程度上依赖其生态系统,尤其是依赖于需要大投入和长研发周期的基础软件。如果说指令集架构是计算机系统中硬件与软件之间分界线和交互规范标准,也是基础软件生态的起始原点,那么基础软件介于CPU架构和各种应用软件之间,是生态系统的“粘合剂”“催化剂”和关键核心竞争力。从技术发展趋势看,从2020年之后,RISC-V发展的优先级从体系结构驱动转换为软件驱动。现在,在世界范围RISC-V基础软件的竞争已经到来。这是一个挑战,也是一个机遇。参考x86和ARM的历史,x86生态成就了微软和红帽,ARM生态成就了苹果和谷歌。以此类推,RISC-V生态也将为未来的软件巨头提供新的舞台。为此我们需要以全球视野谋划和推动RISC-V基础软件发展 ,抢占信息技术变革的发展新机遇。

第三、 拥抱开源,与世界协同创新。当前,“开源”(“开放源代码”)作为一种发展模式、创新模式,已经成为推动当代世界信息技术、软件技术发展的强大动力。近年来开源模式的成功正逐渐从软件领域延伸到硬件领域。

RISC-V是开源模式,采用的是宽松的BSD许可证(协议)。众所周知,BSD开源许可证是一个给于使用者很大自由的协议。这种许可证有利于实现产业化。RISC-V从发布至今,RISC-V国际基金会连续两年会员增长率超过130%,已有超过3200家会员单位,得到世界芯片业的普遍认可。

现在中国已经是开源大国。2020年,在全球最大的开源社区GitHub的500万累计开发者中,中国开发者占比9.76%,位居世界第二。Linux是最著名的开源软件,也是世界上使用最普遍的操作系统,在Linux新发布版本6.10中,华为的贡献量位居全球第一,这表明中国开源工作者正在从开源的使用者向参与者、贡献者的方向发展。我们看到,开源为我们融入全球科技创新网络、参与科技创新治理提供了一条有效途径,今后中国将会逐渐从开源大国走向开源强国。

第四、充分发挥中国人才基数优势。近几年来,我们体会到推进开源RISC-V架构,发展开源RISC-V基础软件,构建RISC-V生态,可以带动中国开源事业的发展,引导中国大学生成为开源世界的活跃成员和积极贡献者。

中国是全世界大学生毕业人数最多的国家,据统计,2022年中国高等院校毕业生数量已达到1076万人(引自“教育部和智研咨询整理”)。中国正在成为全球高科技研发体系中的重要部分,中国庞大的人才队伍如果能与开源模式密切结合,就能使中国人才数量优势得到充分的发挥。据了解,中国目前已经有很多高校开展了一些开源课程培训,但还远没有形成规模,形成制度。尤其是,急需构建开源知识产权评价机制以及开源人才激励机制作为有效的、长期的支撑。为此,建议我国有关部门将开源教育纳入人才培养体系,以全球视野谋划开源人才培养,统筹规划,全面推进,建立完善的产学研用一体化开源人才培养体系,面向世界科技前沿,面向经济主战场,面向国家重大需求,面向人民生命健康,培养能为全球开源做出贡献的高质量的开源人才。

我们要聚焦RISC-V发展中国芯片产业,通过大力发展RISC-V基础软件,通过建立开源人才培养体系,充分发挥中国超大规模市场、人才优势,大力推进RISC-V生态建设。中国科技工作者要始终与世界同行协同创新,反对垄断、反对遏制,为推动全球芯片产业及其生态的发展和创新,贡献中国智慧,中国力量!

 作者系中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员。《中国科学报》记者李思辉、通讯员那倩根据其在第二期东湖科学会议上的报告内容整理。)

 
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