在即将于今年12月8-10日舉辦的CNCC2022期間，122個涵蓋計算+行業、人工智能、雲計算、教育、安全等30個熱門專業領域的技術論壇上，700餘位專家将着力探讨計算技術與未來宏觀發展趨勢，并由各領域深具影響力的重磅學者專家擔綱論壇主席。
本專題力邀CNCC2022技術論壇主席親自撰稿，深度圍繞論壇話題分享獨家觀點，帶你提前走進CNCC，領略其特殊專業魅力！
本期特别嘉賓：
包雲崗：中國科學院計算技術研究所 研究員/副所長
孫凝晖：CCF會士、CCF常務理事，中國工程院院士，中科院計算所研究員
開源晶片+靈活設計，降低晶片設計創新門檻——作者：包雲崗、孫凝晖
論開源精神
最近15年，雲計算、移動網際網路、大資料、人工智能、區塊鍊等新興産業的核心技術無一例外都是基于開源模式建構。中國移動網際網路産業的發展壯大、領先世界也得益于開源模式。開源模式不僅僅是一種商業模式，也是一種生态建構方法，更蘊含着一種精神。
開源是一種共享共治的精神。過去20年，中國發展處理器生态有兩條路線：(1)海光/兆芯、海思/飛騰基于成熟的x86、ARM生态發展自主可控技術；(2)龍芯、申威基于自主可控的指令集和核心子產品，拓展自己的生态圈。開源是一種新的路線，是共享經濟模式在資訊技術領域的展現，是建構資訊技術生态的共治道路，其核心理念與5G通信技術發展模式相同，即全世界共同制定标準規範，各國企業根據标準規範自主實作産品，投入多、貢獻大則主導權大。
開源是一種打破壟斷、開放創新的精神。形成壟斷是企業的天性，而後阻礙創新又被曆史一次次證明。開源以最大程度的開放孕育最多彩的創新，釋放人們的創造力。以處理器設計為例，開源模式孕育一系列創新技術，讓靈活設計方法成為可能：如何分解處理器子產品實作衆包模式協同開發，如何保障開源下處理器的安全性與可靠性，如何建構基于開源IP與開源EDA工具鍊的全新設計流程。基于開源模式，也許有一天可以實作全球幾萬人共同開發一個處理器。
開源是一種鼓勵奉獻的精神。科研人員将其科研成果開源，讓更多人更容易地站到巨人的肩膀上發揮他們的創造力，推動全人類的技術進步。如果說“兩彈一星”精神是科研人員對國家的奉獻精神，那麼開源精神則是科研人員對産業的奉獻精神，是國家上司人提出的“人類命運共同體”理念在資訊技術領域的最好展現。
開源也存在競争，不投入就會在開源生态建構過程中喪失話語權和主導權，淪為“拿來主義”分子。開源不僅僅是公開源代碼，更重要的是協作開發流程的建立與社群治理機制的建設。如今開源正從軟體向硬體擴充，以開放指令集RISC-V為代表的開源晶片正受到全世界越來越多的關注，也成為中國在處理器生态領域突圍的一條可行道路。
開放指令集與開源晶片
Linux是開源軟體生态的基石，基于Linux人們可以開發Python、LLVM、GCC等完整的工具鍊，創造MySQL、Apache、Hadoop等大量開源軟體。開源軟體生态極大降低了網際網路産業創新的門檻，創造了繁榮的網際網路産業。如果形成基于開源指令集的開源晶片生态，同樣能将晶片設計門檻降低幾個數量級——3-5人的小團隊在3-4個月内，隻需幾萬元便能研制出一款有市場競争力的晶片，必将吸引大量人員投入晶片産業，重塑繁榮。
加州大學伯克利分校開發的RISC-V開放指令集朝着建構開源晶片生态的目标邁出了重要一步。這一開放指令集由RISC-V基金會負責維護和推廣，任何人和企業都可以免費試用，同時也容許添加自有指令集拓展而不必開放共享以實作差異化發展。RISC-V已經成為近年來半導體及軟體領域一股強勁的潮流，在短短十幾年間RISC-V晶片出貨已有上百億顆，從專用控制器、MCU領域快速滲透如車載晶片、移動終端、資料中心等業務領域。
基于RISC-V開放指令集的開源晶片有望像Linux那樣成為開源晶片生态的基石。而要真正實作開源晶片生态，還需要開源EDA工具鍊與工藝庫資源。暢想一下如果全世界擁有了價值上百億美元的晶片設計所需的開源EDA工具鍊、IP子產品、工藝庫等，那麼晶片領域的創新将像今天的網際網路那樣層出不窮，這也為解決中國半導體産業的卡脖子問題提供了一條新思路（見圖1）。
圖1：開放指令集與開源晶片發展報告
開源晶片與靈活開發
傳統晶片開發的門檻非常高。一次晶片設計流程需20~50人，花費1~2年的時間，同時需要投入幾千萬元的資金。如果流片失敗，投入的時間和成本将會付諸東流，需要承當相當大的風險。如果可以降低晶片設計成本同時能加快晶片設計效率，就可以極大降低晶片開發的成本和風險，而開源晶片的靈活開發就是這樣一種模式。
開源晶片可以将晶片的設計成本降低到幾十萬甚至幾萬，靈活開發可以将晶片開發周期從數年縮減為幾個月，形成一種軟硬體協同的靈活開發模式，這将颠覆現在的IT産品開發模式。如今，網際網路應用開發團隊一般有負責手機APP的前端工程師，與負責伺服器端的後端工程師配合起來一起開發。而在未來的軟硬體協同靈活開發模式下，開發團隊将包括軟體端工程師與硬體端工程師——軟體端通過幾個月開發出新的軟體功能，硬體端則用幾個月很快實作出相應的加速晶片（見圖2）。此外，Chisel這門更高抽象的硬體描述語言，包含元程式設計、面向對象、函數式程式設計等諸多進階特性，可以極大提升開發效率，增強代碼的可讀性和易維護性。
圖2：軟硬體協同的靈活開發模式
開源晶片與靈活開發方法思考與實踐
随着摩爾定律的終結，充分挖掘晶片上半導體潛力的領域專用體系結構 (DSA)晶片種類會急劇增加，其帶來的碎片化問題需要低成本晶片設計；培養高水準晶片設計人才以及激發初創晶片企業創新活力同樣需要降低晶片設計門檻。是以降低晶片設計門檻已成為晶片領域發展的必然需求，而建構開源晶片生态是降低晶片設計門檻的有效途徑，并且可以将整個晶片及硬體開發周期從幾年降低至幾個月。
圖3：開源晶片生态要素
建構開源晶片生态的目标需要在這四個方面積極投入并取得突破: (1)開放指令集、開源IP與SoC設計；(2)開源EDA工具鍊；(3)低成本的晶片開發驗證平台；(4)快速适配晶片的系統軟體（見圖3）。國内的很多科研團隊也以建構開源晶片生态為目标開展了一系列在開源晶片和靈活設計上的實踐：
中科院計算所近幾年開展了“一生一芯”計劃、開源高性能RISC-V處理器“香山”項目、晶片靈活設計雲平台SERVE、開源EDA工具鍊、SNN擴充指令集等工作，積累了一些開源晶片與靈活設計實踐經驗。複旦大學韓軍教授帶領的團隊基于OpenXuantie RISC-V處理器進行了DSA靈活開發方法與實踐，在為DSA提供便捷的程式設計模型并與通用軟體架構實作高效融合進行了探索。騰訊公司高劍林研發團隊探索了晶片設計傳遞過程中的靈活設計，包括：晶片架構和模組化的靈活探索、驗證過程中靈活驗證（混合驗證）的探索、晶片傳遞後靈活适配業務和落地。北京大學梁雲長聘副教授帶領的團隊提出了通用的基于多層中間表示的靈活硬體綜合架構Hector，可以顯著降低硬體開發成本，縮短設計周期。中科院微電子所曾傳濱研究員對目前開源軟體與CPU發展曆程進行分析，探讨了開源晶片面向未來發展的機遇、挑戰以及對策。
在此也積極呼籲國内有更多人能參與一起建構開源晶片生态，如果中國能主導開源晶片生态的建構，将有助于提升中國在半導體晶片領域的人才儲備、供應鍊安全、技術自主能力與國際競争力，破解中國半導體産業面臨的“卡脖子”問題。
本年度CNCC大會将舉辦“開源晶片與靈活設計”技術論壇。來自中國科學院計算技術研究所副所長包雲崗、複旦大學教授韓軍、騰訊蓬萊實驗室總監高劍林、北京大學研究員/北大-商湯智能計算聯合實驗室主任梁雲、中國科學院微電子研究所曾傳濱，将針對開源晶片與靈活設計問題深入交流及就熱點話題進行一一解答，相關探索與實踐工作，均将在本次論壇中為大家展示。
論壇名稱：開源晶片與靈活設計
主席：包雲崗 中國科學院計算技術研究所 研究員/副所長
共同主席：曾傳濱 中國科學院微電子研究所 研究員
論壇時間：12月10日13:30-17:30
會議日程：
| 順序 | 主題 | 主講 嘉賓 | 機關 | 主持人 |
| 13:30- 14:00 | “香山”處理器靈活設計實踐 | 包雲崗 | 中科院計算所 | 曾傳濱 中科院微電子所 |
| 14:00- 14:30 | 基于OpenXuantie RISC-V處理器的DSA靈活開發方法與實踐 | 韓軍 | 複旦大學 | |
| 14:30- 15:00 | 晶片設計傳遞過程中的靈活設計 | 高劍林 | 騰訊 | |
| 15:00- 15:30 | 基于多層中間表示的靈活硬體綜合 | 梁雲 | 北京大學 | |
| 15:30- 16:00 | 開源晶片—機遇、挑戰以及對策 | 曾傳濱 | 中科院微電子所 | |
| 16:00- 17:30 | Panel環節 | 全部嘉賓和主席 |
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