开源芯片环境保护技术体系构建面临的机遇与挑战

 GitHub 上，以外以外球性策划自由软体新项目人数最多的子公司是扰软，有总括高达 4 550 名员工策划；谷歌则并排第二，有 2 267 名员工策划。

2021 年 3 月释不止的《中的华人民共和国国民社会发展和社才会演进第十四个五年规划和 2035 年现之前要能实施方案》（一般而言简称《“十四五”规划和 2035 年现之前要能》）中的明确明确提不止支持数字技术联合开发“自由软体”演进。生物技术联合开发自由软体，还需引导中的华民族中的小企业、学术研究界加大对自由软体的投入生产，需过渡到一批中的华民族发动的有影响力的自由软体新项目。

2

中的央处理器半导体器件的设计应运而生：自由软体方式也

半导体器件按机制可分为中的央处理器半导体器件、存储半导体器件和其他机制半导体器件。其中的，中的央处理器半导体器件是接收器的“脑”，作为核心内容和底板支撑了的华民族欧洲各国生产总值（GDP）总额有约 1/6 的文档生物技术联合开发产业。从前 20 年，中的华民族始终总括高度重视中的央处理器半导体器件生物技术联合开发产业的演进，不止台一前传发达国家计划并获取了务实真实感，但一些中的小企业仍面对着框架中的央处理器半导体器件被“卡脖子”的境地。

有约年来，自由软体微处理器 RISC-Ⅴ 以其“微处理器一定才会APP”（instruction sets want to be free）的宗旨赢取以外以外球性的为广泛肯定与务实投入生产。截至 2021 年 9 月，RISC-Ⅴ 该协会慈善许多组织的才会员已遮盖 70 多个发达国家，总数已总括限过 2 300 个，其中的中的小企业和行直部门总括限 500 家。RISC-Ⅴ个人计算机中的央处理器半导体器件已大规模商用，大部分欧洲各国就有总括限 5 亿颗 RISC-Ⅴ 框架半导体器件投放消费市场；同时，开始显现适用技术工艺链表的中的总括高端半导体器件携手联合开发投入生产，多家中的小企业已开始整体设计 5/7 nm 总括高可靠性 RISC-Ⅴ 中的央处理器联合开发。自由软体封闭也大幅减慢了中的央处理器半导体器件框架创意，基于 RISC-Ⅴ 的类脑、众核等上新型计算不止来半导体器件的携手联合开发方兴未艾。下一代数年，将显现 RISC-Ⅴ 与人工智能（AI）、总括高可靠性计算不止来等生物技术联合开发产业互促演进的良好局面。

自由软体微处理器打破了其他微处理器属于子公司私有的现状，为构筑自由软体半导体器件生态学技术联合开发制度化透过了有可能性。自由软体半导体器件，就是将半导体器件的设计系统性的GNU和用户界面APP公开，减少适用者的得益效益，减少半导体器件的设计的当选者。自由软体半导体器件演进应运而生存在三大驱动力：

1. “摩尔定律”逐渐加快，系统设计领域专用制度化结构（DSA）开始盛行，但 DSA 才会引起碎片化原因，从而使得半导体器件的设计效益与时间段 2 个维生活空间同时减少当选者；

2. 半导体器件携手联合开发当选者总括高客观上冲击了创意，而减少当选者唤起了创意创造力、繁荣了半导体器件生物技术联合开发产业；

3. 半导体器件框架专业人才紧缺，而减少当选者有助于快速和大规模培养不止来总括高低水平半导体器件的设计专业人才。

从跃升生物技术联合开发并排他本质来看，基于 RISC-Ⅴ 构筑自由软体中的央处理器半导体器件生态学，既有机才会破解中的华民族框架中的央处理器半导体器件被“卡脖子”的现状，又能够来进行以外球各国相当多是数以百计演进中的发达国家携手构筑自由软体中的央处理器半导体器件生态学，并的发展上新兴系统设计消费市场。这是一种跃升中的央处理器半导体器件独霸现状的上新路线，有望过渡到普惠以外球性的中的央处理器半导体器件系统设计领域的“人类文明终究携手体”。

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构筑自由软体半导体器件生态学技术联合开发制度化的上新机遇

自由软体软体生态学减少了软体创意当选者

自由软体软体经历有约 40 年的演进，如今各类商业软体差不多都有相异的自由软体版本，相当多是UNIX、编译器、样本库、程式库等框架软体，一些自由软体软体综合可靠性甚至比不上商业软体。这些自由软体软体已经构成一套较为值得注意的技术联合开发制度化，进而过渡到一个总括其重要性远总括限数百亿美元的自由软体软体生态学。自由软体软体生态学减少了软体创意的当选者，为软体中的小企业节省了大量的时间与效益。例如，自由软体软体 LAMP③配对或 MEAN④配对已经视作网际网路子公司（更是是是初创子公司）构筑业务的标配，让中的小企业可以更是不感兴趣于业务创意。工业和文档化部统计样本辨识，截至 2018 年，中的华民族兼顾有约 450 万个平板电脑用户界面（APP）⑤，数量雄踞以外球性第一，这正是得益于自由软体软体很大地减少了 APP 的联合开发当选者。

中的央处理器半导体器件的设计不兼顾原则的流程

相比总括其重要性已达数百亿美元的自由软体软体生态学，自由软体半导体器件仍保持稳定起步之前。虽然自由软体微处理器 RISC-Ⅴ 赢取以外以外球性的务实响应，但大部分微处理器离一套较为值得注意的技术联合开发制度化还有很大悬殊。如图 1 请注意，中的央处理器半导体器件的设计流程一般除此以外 3 个之前。

之前 1：根据微处理器修订版进行扰框架的设计，输不止一前传的设计用户界面。

之前 2：投入生产相当的工程理论，把扰框架的设计意味着为寄存器传输级（RTL）GNU。

之前 3：适用电子的设计管理系统（EDA）来进行将RTL GNU转化为可供流片的半导体器件版图。

自由软体半导体器件技术联合开发制度化和 RISC-Ⅴ不兼顾不断完善的等级

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自由软体半导体器件技术联合开发制度化的 3 个等级

一套值得注意的自由软体半导体器件技术联合开发制度化除此以外 L1——自由软体微处理器、L2——自由软体的设计意味着、L3——自由软体来进行 3 个等级（图 1）。

1

L1——自由软体微处理器

微处理器框架 ISA（instruction set architecture）本质上是一种原则，其角度看是一份修订版用户界面。自由软体微处理器的表达方式值得注意 2 个之外：

1. 任何人都可以APP得益微处理器修订版，根据修订版APP的设计与意味着自己的中的央处理器半导体器件；

2. 微处理器的演进由自由软体的社区携手制定，而不是由某个子公司控制。

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L2——自由软体的设计意味着

中的央处理器半导体器件的扰框架的设计一般由的设计用户界面记录，中的央处理器半导体器件的意味着则是用硬件描述语言（如 Verilog、Chisel 等）来描述的设计用户界面中的的扰框架的设计，过渡到一份寄存器传输级（RTL）GNU。自由软体的设计意味着的表达方式值得注意 2 个之外——扰框架的设计用户界面和 RTL GNU，可让APP得益。

3

L3——自由软体来进行

中的央处理器半导体器件的的设计与意味着操作过程中的需适用各种来进行，主要除此以外三大类：

1. 扰框架的设计生活空间优化来进行，除此以外软体模拟器、程序特征分析来进行、可靠性/功耗建模与评估来进行等；

2.次测试与可验证来进行，除此以外不同等级（模块级、组件级、IP 级、SoC 级等）的机制准确性可验证来进行、错误定位与来进行、演算可验证来进行、管理系统次测试框架与次ASP等；

3.EDA 来进行，除此以外综合来进行、整体设计桥接来进行、动态来进行、版图转换成与可验证来进行等。

由此可见，L1 级是整个自由软体半导体器件技术联合开发制度化的框架；不才会 L1 级的自由软体微处理器，则不有可能有 L2 级自由软体的设计意味着。这也正是 RISC-Ⅴ 微处理器的总括其重要性所在，它赋予了以外以外球性所有人APP的设计与意味着中的央处理器半导体器件的对等机才会。虽然 L1 是框架，但要的设计与意味着一个中的央处理器，L2——自由软体的设计意味着与 L3——自由软体来进行更是为总括其重要，而且 2 个等级紧密联系。用UNIX作类比，可移植UNIX接口（POSIX）系统子程序新标准属于 L1级，Linux UNIXGNU属于 L2 级，C 语言/GCC 编译器则属于 L3 级。

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RISC-Ⅴ的基准情况

推定自由软体半导体器件技术联合开发制度化分类，可将 RISC-Ⅴ 的行直级别等级现状进行梳理。

1. RISC-Ⅴ 保持稳定 L1 级，它允许以外以外球性任何人APP意味着一个 RISC-Ⅴ 中的央处理器，可以是商用，也可以自由软体，其中的基于 RISC-Ⅴ 的商业中的央处理器IP则停留在 L1 级。

2. 目前，该协会上已有总括限过 100 个自由软体 RISC-Ⅴ中的央处理器意味着，如普林斯顿大学的 Rocket/BOOM、谢里夫平头奇电子元件有限子公司的玄铁前传、芯来生物技术联合开发有限子公司的蜂鸟 E200 等，这些自由软体RISC-Ⅴ 中的央处理器都保持稳定 L2 级。因为它们虽然自由软体了中的央处理器GNU，但相应的的设计来进行并未自由软体。

3. 理想的 L3 级一定才会是的设计与意味着自由软体半导体器件的来进行以外部自由软体，目前以外以外球性区域内尚未远总括限这个低水平。中的华民族科所的学校计算不止来技术联合开发学术研究研究所联合开发了自由软体总括高可靠性 RISC-Ⅴ 中的央处理器“香山”，同时将联合开发“香山”的一前传最底层来进行也自由软体，已经向 L3 级靠有约。但“香山”也还未完以外远总括限 L3 级，因为也就是说“香山”的联合开发操作过程中的仍需大量适用商业 EDA 来进行。只有自由软体 EDA 获取跃升性成果，L3 级自由软体半导体器件才能根本得以意味着。

4

构筑自由软体半导体器件生态学技术联合开发制度化面对着的单打独斗与要点

单打独斗

当自由软体半导体器件技术联合开发制度化远总括限 L2 级，就基本兼顾了构筑自由软体半导体器件生态学的状况。自由软体半导体器件生态学的过渡到，自由软体中的央处理器（L2 级）大部分大部分是一个必要状况，还需软体、系统设计、专业人才、经费等多种关键要素。虽然 RISC-Ⅴ 在中的华民族演进得如火如荼，但基于 RISC-Ⅴ 构筑自由软体半导体器件生态学仍面对着若干单打独斗。

1.生态学不成熟且碎片化严重。缺少技术联合开发主线和主导意志力，尚不必根本合理汇聚以外球携手联合开发意志力，这冲击了技术联合开发的接下来迭代和系统设计拓展。

2.公共服务与赋能游戏平台缺位。欧洲各国策划者过渡到的的联盟事实上承担了总括为有限的职责，许多组织分散且着力不足，无法过渡到对生态学的系统性支持和引导。

3. 尚未过渡到合理的欧洲各国合作机制。欧洲各国系统性科研成果高等院校、龙头中的小企业未能过渡到合力，诸多共性技术联合开发未能有序整体设计、合作攻关，重复投入生产引致资源浪费严重。

4.中的华民族中的小企业在 RISC-Ⅴ 该协会慈善许多组织在直治上仍需促进。中的华民族 RISC-Ⅴ 系统性中的小企业和科研成果行直部门在与 RISC-Ⅴ 该协会慈善许多组织的合作操作过程中的，虽有合作分散等自身原因，但更是因该协会在直治上缺少，引致尚未能在该协会上来进行推动有利于中的华民族的技术联合开发生态学新标准。

要点

20 世纪 80 六十年代以来，欧美发达国家过渡到了一批基于生物技术联合开发产业的联盟的创意携手努力体，如MCC⑥、SRC⑦、IMEC⑧和 Sematech⑨等。经过有约 40 年的演进，这些学术研究研究行直部门获取了业界公认的成就，在原始创意、技术联合开发分散与专利权共享、专业科研成果不止来等之外获取了充沛的充分，对以外球电子元件半导体器件生物技术联合开发产业演进总括为总括其重要了总括其重要作用，受到直产学研等各方的好评和支持。因此，减慢基于 RISC-Ⅴ 的自由软体半导体器件生态学建设，需携手努力多家中的小企业携手联合开发共性框架技术联合开发，这急需在欧洲各国建设一个自由软体半导体器件上新型学术研究研究行直部门作为总体携手联合开发游戏平台。对此，《“十四五”规划与 2035 年现之前要能实施方案》中的明确提不止了“支持数字技术联合开发自由软体的社区等创意携手努力体”⑩的指导思路。携手努力多家中的小企业携手构筑自由软体半导体器件生态学，这正是《“十四五”规划与 2035 年现之前要能实施方案》中的大力倡导的“创意携手努力体”方式也。

目前，中的华民族科所的学校计算不止来技术联合开发学术研究研究所正务实探索构筑自由软体半导体器件创意携手努力体方式也，准备携手努力中的小企业意志力，汇聚大多资源，逐步过渡到该协会压倒且封闭美善的 RISC-Ⅴ 来进行创意制度化，减慢 RISC-Ⅴ 自由软体半导体器件生态学建设。

5

结语

20 世纪 80 六十年代，自由软体方式也在软体系统设计领域开始流行，如今已经遍及半导体器件的设计系统设计领域。自由软体方式也作为一种有利于跃升生物技术联合开发并排他的技术联合开发手段，对于关键框架技术联合开发被个别发达国家的少数中的小企业所独霸的半导体器件系统设计领域，内涵更是是重大——自由软体半导体器件有望携手努力并赋能以外以外球性更是多发达国家相当多是演进中的发达国家的半导体器件生物技术联合开发产业。当然，自由软体半导体器件仍保持稳定起步之前，一直面对着诸多单打独斗和需解决的原因。中的华民族在自由软体半导体器件系统设计领域兼顾不错的状况，有机才会视作自由软体半导体器件系统设计领域的引领者。

脚注

① RISC-V 是上新泽西州加利福尼亚的学校普林斯顿大学分校于 2010 年的设计的一套自由软体APP的第 5 代精简微处理器。

② 为屡次默在 2021 年 RISC-V 中的华民族高峰才全会（）上的报告《自由软体：以外球性秩序的下一代》中的的观点。

③ LAMP 是 Linux、 Apache、 MySQL、 PHP 4 个自由软体软体的首字母配对。

④ MEAN 是 MongoDB、 Express、 AngularJS、 Node.js 4 个自由软体软体的首字母配对。

⑤ 工信部释不止去年网际网路和系统务业统计样本——逾四百万款 APP 让社会生活更是充沛 . (2019-02-13)[2021-12-17].

xinwen/2019-02/13/content_5365231.htm.

⑥ 上新泽西州电子学与计算不止来机技术联合开发技术联合开发子公司（Microelectronics and Computer Technology Corporation），成立于 1982 年。

⑦ 上新泽西州电子元件学术研究研究的联盟（Semiconductor Research Corporation），成立于 1982 年。

⑧ 比利时电子学学术研究研究中的心（Interuniversity Microelectronics Centre），成立于 1984 年。

⑨ 上新泽西州电子元件装配技术联合开发策略性的联盟（Semiconductor Manufacturing Technology），成立于 1987 年。

⑩ “自由软体”首次被列入“十四五”规划，下一代大有可为 . (2021-03-17)[2021-12-05].

包云岗 中的华民族科所的学校计算不止来技术联合开发学术研究研究所副所长、学术研究副教授，中的华民族科所的学校的学校教授。中的华民族科所的学校少年儿童创意促进才会不止众才会员、第三届与第四届理事长，中的华民族封闭指令生态学（RISC-V）的联盟秘书长，RISC-V该协会慈善许多组织理事长，《中的华民族科所的学校求是》少年儿童校对委员才会副所长。从事计算不止来机技术联合开发制度化结构和自由软体半导体器件方向前沿学术研究研究，并邀研制多款远总括限该协会技术低水平的原型系统，系统性技术联合开发在华为、谢里夫、总括限扰、扰软等两岸三地中的小企业系统设计。发表学术研究论文 70 余篇，长时间受邀历任该协会顶级才全会程序委员才会委员。入选 ARM 以外球学术研究研究高峰才全会 45 分钟特邀大才会报告，曾获“CCF-Intel 少年儿童学者”奖、“CCF-IEEE CS”少年儿童科学家奖、共青团中的央“以外国向上求好少年儿童”荣誉奖等。

孙凝晖 总括高级工程师院士，中的华民族科所的学校计算不止来技术联合开发学术研究研究所学术研究所长、学术研究副教授、博士生导师，计算不止来机技术联合开发制度化结构发达国家课题研究中心副所长，中的华民族科所的学校的学校计算不止来机技术联合开发科学与技术联合开发所的学校院长。《计算不止来机技术联合开发学报》副主编，《中的华民族科所的学校求是》编委，中的华民族科所的学校文档生物技术联合开发系统设计领域演进蓝图策略性学术研究研究专家组组长。主要学术研究研究系统设计领域除此以外总括高可靠性计算不止来、计算不止来机技术联合开发制度化结构。

撰文源自：

包云岗, 孙凝晖. 自由软体半导体器件生态学技术联合开发制度化构筑面对着的机遇与单打独斗. 中的华民族科所的学校求是, 2022, 37(1): 24-29.

DOI: 10.16418/j.issn.1000-3045.20211117003

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