​国产芯片新机遇：开源降低芯片设计门槛，敏捷设计缩短开发周期

从2018年美国对中兴通讯进行制裁开始，“芯片”便成为国民级话题。如今，集成电路产业发展已经成为国家重点战略，芯片行业的国产替代越炒越热。技术密集型和资本密集型的集成电路产业，中国企业该如何寻找破局之路？

12月18日，由国际测试委员会、中国科学院大学及北京市怀柔区人民政府主办的2019国际芯片大会在北京国科大会议中心举办。本次活动邀请了杨学军院士、倪光南院士、廖湘科院士等专家学者共话芯片行业的技术发展和产业变革。

RISC-V有望成为世界主流，中国企业顺势前行

中国连续多年成为全球最大的集成电路市场，但是中国芯片企业却难以满足中国的芯片需求。芯片产业发展究竟难在哪里？倪光南院士在“迎接开源芯片新潮流”的主题演讲中分享到：“实践表明，每一种CPU在市场竞争中要取得成功很大程度上取决于其生态系统。”

倪光南院士

众所周知，Intel X86指令集架构CPU和ARM指令集架构CPU是世界上较为成熟的两种指数集。Intel X86指令集架构历史悠久且垄断了桌面和服务器领域，被美国的Intel和AMD两家公司拥有，罕有对外授权；ARM指令集架构在移动和嵌入式等领域占垄断地位，世界上很多公司花费数百万到数亿元费用，向ARM公司购买CPU许可。

由此可见，芯片设计门槛高的一个重要原因在于IP太贵而且研发投入过高。倪光南院士分享到：“以14nm工艺为例，需要上亿元研发经费，每年需要投入上百人。只有少数企业能承受中高端芯片研发成本，这样严重地制约了芯片领域的创新。”

因此，RISV-V指令集的推出大大降低了处理器芯片的IP成本。“免除授权费用和知识产权风险的完全开源免费，这是RISC-V存在的主要意义。”在活动现场，倪院士介绍了RISV-C的优势。RISC－C指令集在设计之初，其研发团队便表明要追求简约，丢弃历史包袱。目前，成型的技术代码集小、支持模块化，性能十分优越，能够满足从微处理器到超级计算机等各种复杂程度的处理器需求。

与X86和ARM架构相比，RISC-V具有高性能、可自由扩展和剪裁以及满足差异化定制化等应用特点。因此，国内外企业开始采用RISC－V指令集做下一代GPU上的周边微控制器、高效率边缘计算MCU等。倪院士认为：“开源芯片对于打破外国对芯片市场的垄断、实现芯片自主可控和增强芯片业创新能力具有重要意义。”

与此同时，在国家大政方针指导下，中国发挥巨大的市场优势和人才资源优势，不断推进芯片行业发展，推动中国在开源芯片的技术、社区和产业等方面开展。据了解，华为、阿里巴巴、兆易创新等公司均采用RISC－Ｖ指令架构开发处理器。

倪光南在报告中透露道，位于特拉华的RISC－V基金会为寻求技术”中立“已经决定将公司总部迁至瑞士。在中美贸易摩擦的背景下，RISC－V基金会的做法深受中国乃至世界的业内人士欢迎。

RISC-V日渐流行，敏捷芯片设计如何引领新趋势？

随着开放指令集RISC－V逐渐受到企业方的追捧，开源芯片的概念业逐渐进入人们的视野。为了进一步降低芯片开发的门槛，加州大学伯克利分校先后设计了开放指令集RISC-V，开放了其SoC实现Rocket Chip的项目源码，并提出了一门面向敏捷开发的硬件构建语言Chisel。在本次大会上，廖湘科院士在“开源及敏捷芯片设计的实践与体会”的报告分享了他对开源及敏捷芯片设计的未来发展的看法。

廖湘科院士

在芯片行业，产品需要面向细分领域、产品种类众多，而且产品生命周期短，需要在更短的时间内完成新产品的设计和生产。因此，降低芯片设计门槛成为芯片领域的迫切要求。廖湘科分享到：“开放指令集能够降低设计成本，通过敏捷设计降低开发周期，加速硬件开发，加快产品迭代，进而降低整体设计门槛，缩短从应用创意到芯片的时间。”

敏捷开发能在编码效率提升一个数量级的同时，达到与传统硬件开发模式相当甚至更优的性能、功耗与面积。廖湘科还指出：“EDA工具是开源芯片设计提心的基石，如今多种开源EDA工具基本覆盖了芯片设计中的模拟、综合、布局布线、物理实现等功能。”

与此同时，开源EDA工具还有很大欠缺。“缺少IR ｄｒｏｐ分析、缺少动态功耗评估、缺少电子迁移分析，这些都是开源EDA工具存在的问题。”廖湘科还解释到，当前还未出现对应开源体系中GCC编译器水平的EDA工具。

如今，开源指令集RISC-V引发了开源硬件的热潮。但芯片的设计和生产流程比软件更长，需要更多工具和流程，而且芯片的失败风险和修复成本都很高。

面对开源硬件的难关，除了技术层面不断努力外，也推动了芯片行业商业模式的变化。传统硬件的商业模式一直是销售产品，由于芯片的流片成本居高不下导致芯片企业面临着重大资本考验。廖湘科的观点是：”芯片作为知识和技术诀窍（Know－how）沉淀与固化的载体，代码是其核心竞争力。

开放又活跃的指令集生态是推动芯片研发创新的必要条件，RISC-V的开源掀起了开源硬件的发展。随着人工智能和物联网等新一代信息技术不断发展，各种场景下的芯片需求也会逐渐攀升，嵌入式应用场景广阔。同时，低功耗、低成本和定制化的需求愈来愈大，使得RISC－V能够充分发挥其精简、低功耗、模块化和可扩展的优势，推动者芯片行业在数字经济未来发展的浪潮中不断前行。