倪光南院士:聚焦开源RISC-Ⅴ架构 长远规划国产CPU技术发展路线
2023-02-13
2022年12月17日,中国电动汽车百人会在合肥举办全球智能汽车产业峰会(GIV2022)。中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南就国产CPU架构发展的技术路线发表演讲,以下根据现场发言整理。


中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员 倪光南 

智能网联汽车是通过运用新一代信息技术,使传统汽车发展成为智能移动空间应用终端的新一代汽车,目前它已经成为国家重点关注的新兴产业,也是各个整车厂重点的研发方向。 

长远规划国产CPU架构技术发展路线

CPU中央处理器是汽车产业发展的关键技术之一,CPU的架构是芯片产业链和芯片产业的龙头。CPU架构不仅决定了CPU芯片本身的性能,而且现在很大程度上引领了整个芯片产业和芯片生态,尤其对设计人才的培养、设计工具(EDA、芯片IP库、芯片应用生态等方面都有重大的影响。此外,芯片的架构也影响到芯片的生产、测试、封装等环节。

近年来,包含微处理器的SoC产品在芯片产品中的比重已经达到70%以上,这表明芯片应用与CPU架构之间的关联性正在增强。历史上,在PC和互联网时期,X86架构芯片占据优势。在移动物联网世界,ARM架构的芯片占据优势。今后,在智能互联时期CPU的格局也会随之发生片变化,我们应当顺势而为,提前谋划

这几年,国产CPU的发展很快,现在国内市场上已经有六七种CPU架构并存,但这并非长久之计。因为CPU架构具有很强的垄断性,长期以来,占据世界芯片主要市场份额的CPU(或称为“主流CPU”),只有X86和ARM两种架构,这种情况大概率还会持续下去。目前多种国产CPU架构并存,未来可能会造成资源分散、低水平重复。这种状况如果不加以改进,若干年后,我国将缺乏能在全球市场上与X86和ARM两家竞争的自主CPU架构,从而在“主流CPU”方面仍将受制于人。

为此,我们有必要思考一下国产CPU架构发展的技术路线。

智能网联汽车领域应聚焦开源RISC-V架构

首先,我国发展CPU产业有两种现象。一单打独斗”,即主要依托自己已有的架构进行发展,其优势是可以实现自主可控,并能满足国内应用领域的需求但劣势是生态小众,难以进入世界主流CPU列。二是从众跟随跟着别人的架构走,其优势可以利用已经成熟的生态,但很难实现自主可控

当前国际环境错综复杂,归根到底依然会受到ISA(指令级架构)知识产权的制约,难以规避各种制裁。鉴于上述情况,建议我国抓住新一代信息技术发展机遇,面向未来主流CPU的市场,聚焦开源RISC-V架构发展中国芯片产业。尤其是新兴的智能网联汽车领域

这些新兴领域可以通过充分发挥我国举国体制和超大规模市场优势、人才优势,共建RISC-V产业生态,增强RISC-V产业连、供应链自主可控能力。可以通过加大对RISC-V开源社区的贡献,以增大话语权和主导权。最终,使世界“主流CPU”市场形成X86、ARM和RISC-Ⅴ三分天下的格局。

RISC-Ⅴ成为芯片业界的“新宠”,进入繁荣发展期。

开源RISC-Ⅴ架构前景可期

开源RISC-Ⅴ架构的出现,顺应未来新一代信息技术的需求,其精简指令集符合CPU架构发展趋势,它所采用的开源模式也符合科学开放精神,大大降低了芯片产业的门槛。它的人才培养便捷、研发周期缩短,这些都使RISC-Ⅴ后续发展具备强大的生命力。

从主流CPU指令代码上看,X86属于复杂指令集(CISC),ARM属于精简指令集(RISC),虽然两者各有利弊,但是总的来说,RISC出现较晚,架构较新、较先进。现在ARM在移动领域已经胜过X86,在原先X86的优势领域,比如提供算力方面,也在拉近与X86的差距。可以预计,未来ARM还有进一步蚕食X86市场的可能,RISC-Ⅴ与ARM是同一类型,不过它问世更晚,与ARM相比在架构上又有所改进,而且没有ARM那样要兼容过去多年老版本的包袱,所以,预计RISC-新应用领域的发展速度有可能更快。

从RISC-Ⅴ采用开源模式看,迄今为止,开源软件经过几十年的发展历史,取得的成就令人瞩目,业界已经对开源的强大生命力形成共识,为此人们对开源RISC-Ⅴ也寄以厚望。回顾这十多年来,RISC-Ⅴ从走出校门发展到今天成为业界的新宠,有力地证明,开源模式既能推进软件,也能推进硬件。RISC-Ⅴ借开源的东风其前途不可限量。

从人才培养上看,在培训芯片工程师方面,伴随着RISC-Ⅴ的发展,Chisel的敏捷开发语言可以大大提高设计效率。例如,中国科学院大学通过使用RISC-Ⅴ和Chisel敏捷硬件设计语言,可以让5个本科生在4个月里完成一款RISC-Ⅴ处理器SoC的设计工作,这与传统方法需要几年培训时间相比,效率大大提高。说明基于RISC-Ⅴ架构发展芯片业,可以获得芯片人才培养的优势,同时开源模式可以形成“天下英才聚神州、万类霜天竞自由”的创新局面。

为此,建议智能网联汽车产业应该从全球视野谋划和发展汽车芯片,聚焦开源RISC-Ⅴ架构,共同完善RISC-Ⅴ的生态建设,与世界开源同行协同努力,抢占全球智能网联汽车产业发展的制高点,为推动世界汽车产业发展贡献中国智慧。

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