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倪光南院士:以全球视野谋划开源人才培养

2023-11-16   中国科学报   阅读量:106

    文 | 倪光南( 中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员)

    近二三十年,世界“主流CPU(中央处理器)”一直是X86和ARM两种架构。其中X86架构或称Intel架构,是1978年由英特尔(Intel)公司推出的,以产品方式推广;ARM架构是1990年由ARM公司推出的,以商业授权方式推广。与此相应,桌面和移动终端领域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。


    这几年,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架构有望跻身未来“主流CPU”之列。

    开源RISC-V架构是图灵奖获得者、美国加利福尼亚大学伯克利分校教授David Patterson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生态建设提供有力的支撑。

    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。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。

    具体来说,“RV”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开源社区支撑。该基金会在2019年从美国迁到了瑞士。2019年,随着RV开源社区的发展壮大,它改名为“RISC-V国际协会”(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”。上述的“Wintel”和“AA”生态中都只强调了操作系统,而今天计算机往往需要包括操作系统在内的一整套基础软件支撑,所以下面我们将“操作系统和基础软件”统称为“基础软件”。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。从应用领域来看,前几年RISC-V一直在碎片化的物联网领域里大量应用。随着近两年RISC-V处理器性能的快速提升,目前RISC-V已经开始应用于人工智能、智能网联汽车、服务器等领域。

    笔者认为,当前发展RISC-V生态的关键在于以下方面。

    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短板,但芯片设计环节特别是主流CPU架构受制于人的问题,也应当予以强调。从产业链角度来看,CPU架构处于芯片产业的上游,除了直接影响芯片设计环节外,CPU架构及其引领的整个生态对IT业也有重大影响。当前,国产CPU发展出现多种架构并存的情况,这反映了近年来各界的努力,使我们在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局面,也可以满足国内国际双循环新发展格局的需要。

    第二,大力发展RISC-V基础软件以推动RISC-V的生态繁荣。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,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。基础软件介于CPU架构和各种应用软件之间,是生态系统的“黏合剂”“催化剂”和关键核心竞争力。从技术发展趋势看,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,世界范围内RISC-V基础软件的竞争已经出现。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舞台。因此,我们需要以全球视野谋划并推动RISC-V基础软件发展,抢占信息技术变革的发展先机。

    第三,拥抱开源,与世界协同创新。当前,开源作为一种发展模式、创新模式,已经成为推动当今世界信息技术、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予使用者很大自由的协议,有利于实现产业化。RISC-V发布至今,RVI会员增长率连续两年超过130%,已有3200多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。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达到1076万人。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。现在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,培养能为全球开源作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、建立开源人才培养体系,充分发挥中国超大规模市场与人才的优势,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。

    (《中国科学报》记者李思辉、通讯员那倩根据第二期东湖科学会议上的报告内容整理)

《中国科学报》 (2023-11-14 第1版 要闻)