孙凝晖：开源处理器芯片的机遇与挑战

11月28日，中国教育和科研计算机网CERNET第二十八/二十九届学术年会在福州隆重开幕。中国工程院院士、中国科学院计算所学术委员会主任孙凝晖在会上作了题为《开源处理器芯片的机遇与挑战》的特邀报告，全面介绍了开源处理器芯片的相关情况，并指出了其面临的机遇与挑战。他表示，开源模式成为促进芯片发展的有效手段。

孙凝晖院士首先强调，我国大力发展开源芯片并非由于科技战的爆发，而是全球处理器领域新一轮技术与产业变革浪潮的必然结果。

　　孙凝晖院士介绍，当前，数字与物理空间深度融合，“人机物”智能互联时代已经到来。根据贝尔定律，每隔10年，会出现新一类计算机（新编程平台、新网络连接、新用户接口、新使用方式且更廉价），形成新的产业，对芯片产生新需求。这给芯片领域带来两个主要挑战：传统处理器设计模式难以支持处理器芯片的海量定制化需求；我国处理器产业面临众多“卡点”难题，如在X86/ARM指令集、IP核等环节存在高度垄断问题。

　　他指出，面对这两大挑战，开源模式成为促进芯片发展的有效手段。同时，处理器芯片设计技术需要不断解耦，解耦是复杂系统设计方法的核心思想，关键在于标准与接口的统一。

　　如何把开源模式应用到处理器芯片中？孙凝晖院士表示，主要分成两步，即“分解”和“组合”。“分解”，采用面向对象的设计方法，将面向对象的功能分解、聚合、扩展，简化代码，使之浅显易懂，实现开源软件生态建设；“组合”，通过统一的接口协议，提高复用性，实现模块的易组合与易扩展。如此便形成了开源众包开发模式，细粒度解耦能够加速独立小模组/单元分布式众包开发与测试，基于接口协议的组合则利于众多小模组/单元持续快速集成，同时催生了支撑定制化的工具链。

　　孙凝晖院士介绍， 2018年11月6日，他与图灵奖得主、RISC-V的发明人David Patterson教授及倪光南院士一起在世界互联网大会上成立了中国开放指令生态（RISC-V）联盟，发布了开源芯片“2030三步走”计划，启动了中国开源芯片事业，构建了开源芯片技术体系。此后，实现了设计代码与开放平台双开源，形成处理器芯片敏捷开发新方法，达到国际先进水平，入选2022年度国际IEEE MICRO遴选的全球12项亮点成果。他表示，希望能建立一个像Linux那样的开源RISC-V核主线，既能被工业界广泛应用，又能支持学术界试验创新想法。

　　孙凝晖院士还介绍了面向对象的处理器体系结构设计范式、探索基于开源众包的验证方法、开源芯片验证“三步走”规划、开源EDA工具链、创新开源处理器芯片研发模式等。他以中国科学院计算技术研究所开发的开源高性能RISC-Ⅴ处理器“香山”为例，介绍了“香山”被抽象解耦为“类”并被部分企业使用的情况。

　　最后，孙凝晖院士表示，开源芯片正在掀起新一轮芯片设计产业变革浪潮，基于开源指令集RISC-Ⅴ的开源芯片生态快速崛起，为中国处理器芯片走向全球化提供了新的路径。