五、常务理事单位 鹏城实验室 睿思芯科(深圳)技术有限公司 上海交通大学 西安中科创星科技孵化器有限公司 中科创达软件股份有限公司 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 致象尔微电子科技(上海)有限公司 六、单位会员 华米(北京)信息科技有限公司 江苏金羿智芯科技有限公司 浪潮电子信息产业股份有限公司 宁波中国科学院信息技术应用研究院 澎峰(北京)科技有限公司 青岛本原微电子有限公司 苏州国芯科技有限公司 天博电子信息科技有限公司 芯来科技(武汉)有限公司 中国科学技术大学 七个人会员 陈铁军,宫晓利,郝沁汾,李诚,宋威,孙浩,魏继增,许冠斌,周平强 八、秘书处 设于中国科学院计算技术研究所 秘书长:包云岗 成员:张科、唐丹、常轶松、王卅、解壁伟、赵然 九、联系方式 地址:北京市海淀区中关村科学院南路6号,邮编:100190 中国科学院计算技术研究所 电话:010-62601013/62601015邮箱:info@crva.io
2 五、常务理事单位 鹏城实验室 睿思芯科（深圳）技术有限公司 上海交通大学 西安中科创星科技孵化器有限公司 中科创达软件股份有限公司 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 致象尔微电子科技(上海)有限公司 六、单位会员 华米（北京）信息科技有限公司 江苏金羿智芯科技有限公司 浪潮电子信息产业股份有限公司 宁波中国科学院信息技术应用研究院 澎峰（北京）科技有限公司 青岛本原微电子有限公司 苏州国芯科技有限公司 天博电子信息科技有限公司 芯来科技（武汉）有限公司 中国科学技术大学 七、个人会员 陈铁军,宫晓利,郝沁汾,李诚,宋威,孙浩,魏继增,许冠斌,周平强 八、秘书处 设于中国科学院计算技术研究所 秘书长：包云岗 成 员：张科、唐丹、常轶松、王卅、解壁伟、赵然 九、联系方式 地址：北京市海淀区中关村科学院南路 6 号，邮编：100190 中国科学院计算技术研究所 电话：010-62601013/62601015 邮箱：info@crva.io
1前言 1.1背景 芯片是信息技术的引擎,推动着人类社会的数字化、信息化与智能化。随 着摩尔定律濒临终结,维持芯片技术创新面临挑战。开源芯片设计将是应对挑 战的新思路。 如今芯片设计动辄需要上亿研发费用、投入上百人年,只有少数企业才能 承担。反观互联网领域通过开源软件降低开发门槛,创造了繁荣的互联网产 业。如果开源芯片设计能将芯片设计门槛降低几个数量级--3-5人的小团队 在3-4个月内,只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片,必将吸引大 量人员投入芯片产业,重塑繁荣 加州大学伯克利分校开发的开放指令集RISC-V朝着这个目标迈出了第一 步,它希望像开源软件生态中的 Linux那样,成为计算机芯片与系统创新的基 石。但是只有RISC-V又远远不够,还需要开发基于RISC-V的开源工具链、开 源IP、开源SoC等才能形成完整的开源芯片生态,这需要更多支持开源芯片的 力量参与和贡献。 历经九个月的研讨与筹备,在网信办、工信部、中科院等多个国家部委支 持和指导下,中国开放指令生态(RISC-V)联盟于2018年11月8日浙江乌镇 举行的第五届互联网大会上正式宣布成立。中国开放指令生态(RISC-V)联盟 旨在以RISC-V指令集为抓手,联合学术及产业界推动开源开放指令芯片及生态 的发展,积极推动建立为全世界共享的开源芯片生态 尽管开放指令集与开源芯片还处于初期发展阶段,但已经得到各界的越来 越多的关注并付诸行动。除了RISC-V生态的快速成长,其他指令集也加入到开 放开源队伍中,例如 Wave Computing于2018年12月17日宣布开放其MIPS指 令集架构 为了更好地厘清当前开放指令集与开源芯片的发展态势,梳理开源芯片生 态与芯片敏捷开发现状与未来面临的挑战与机遇,中国开放指令生态(RISC 简称"“RSC-∨中国联盟”,英文简称CRVA,官方网址:htto/ crva. 10
3 1 前言 1.1 背景 芯片是信息技术的引擎，推动着人类社会的数字化、信息化与智能化。随 着摩尔定律濒临终结，维持芯片技术创新面临挑战。开源芯片设计将是应对挑 战的新思路。 如今芯片设计动辄需要上亿研发费用、投入上百人年，只有少数企业才能 承担。反观互联网领域通过开源软件降低开发门槛，创造了繁荣的互联网产 业。如果开源芯片设计能将芯片设计门槛降低几个数量级——3-5 人的小团队 在 3-4 个月内，只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片，必将吸引大 量人员投入芯片产业，重塑繁荣。 加州大学伯克利分校开发的开放指令集 RISC-V 朝着这个目标迈出了第一 步，它希望像开源软件生态中的 Linux 那样，成为计算机芯片与系统创新的基 石。但是只有 RISC-V 又远远不够，还需要开发基于 RISC-V 的开源工具链、开 源 IP、开源 SoC 等才能形成完整的开源芯片生态，这需要更多支持开源芯片的 力量参与和贡献。 历经九个月的研讨与筹备，在网信办、工信部、中科院等多个国家部委支 持和指导下，中国开放指令生态（RISC-V）联盟于 2018 年 11 月 8 日浙江乌镇 举行的第五届互联网大会上正式宣布成立。中国开放指令生态（RISC-V）联盟1 旨在以 RISC-V 指令集为抓手，联合学术及产业界推动开源开放指令芯片及生态 的发展，积极推动建立为全世界共享的开源芯片生态。 尽管开放指令集与开源芯片还处于初期发展阶段，但已经得到各界的越来 越多的关注并付诸行动。除了 RISC-V 生态的快速成长，其他指令集也加入到开 放开源队伍中，例如 Wave Computing 于 2018 年 12 月 17 日宣布开放其 MIPS 指 令集架构。 为了更好地厘清当前开放指令集与开源芯片的发展态势，梳理开源芯片生 态与芯片敏捷开发现状与未来面临的挑战与机遇，中国开放指令生态（RISC- 1 简称“RISC-V 中国联盟”，英文简称 CRVA，官方网址：http://crva.io
V)联盟成立调研工作组,结合联盟成员的最新实践,编制了《开放指令集与开 源芯片发展报告》 1.2内容概述 本报告主要包括九方面内容 第1章介绍开放指令集与开源芯片的背景以及报告基本内容概述; 第2章综述传统芯片设计的现状与开源芯片总体趋势 第3章集中介绍 RISC-V开放指令集生态现状; 第4章介绍MIPS开放生态现状,并与RISC-V进行了对比 ●第5章分析开源芯片发展现状以及芯片敏捷开发案例 第6章介绍业界动态,包括代表性企业与产品; 第7章列举几个主要国际在开源芯片领域的战略计划与部署; 第8章介绍建立开源芯片生态的挑战、机遇以及发展方向; 第9章为报告总结 希望通过本报告能为社会各界更了解开放指令集与开源芯片有所帮助。在 此,更希望呼吁更多的中国企业、工程师与学者投身开源芯片设计行动,携手 推动开放指令芯片发展,共创开源芯片生态黄金时代!
4 V）联盟成立调研工作组，结合联盟成员的最新实践，编制了《开放指令集与开 源芯片发展报告》。 1.2 内容概述 本报告主要包括九方面内容： 第 1 章介绍开放指令集与开源芯片的背景以及报告基本内容概述； 第 2 章综述传统芯片设计的现状与开源芯片总体趋势； 第 3 章集中介绍 RISC-V 开放指令集生态现状； 第 4 章介绍 MIPS 开放生态现状，并与 RISC-V 进行了对比； 第 5 章分析开源芯片发展现状以及芯片敏捷开发案例； 第 6 章介绍业界动态，包括代表性企业与产品； 第 7 章列举几个主要国际在开源芯片领域的战略计划与部署； 第 8 章介绍建立开源芯片生态的挑战、机遇以及发展方向； 第 9 章为报告总结。 希望通过本报告能为社会各界更了解开放指令集与开源芯片有所帮助。在 此，更希望呼吁更多的中国企业、工程师与学者投身开源芯片设计行动，携手 推动开放指令芯片发展，共创开源芯片生态黄金时代！
2开放指令集与开源芯片的兴起 2.1芯片设计高门槛现状 芯片领域的创新门槛之高、投入之大业内公认。设计与制造一款芯片涉及 多个环节,包括EDA开发环境搭建、外围IP模块选型、芯片前端逻辑设计、后 端物理设计、流片与封装测试等,每个环节都需要巨额的资金与大量的人力投 入 以28m工艺研制一款SoC芯片为例,比较完整的EDA工具版权费便超过 500万元,购买内存控制器、PCIe控制器等外围IP费用往往高达500~1000万 元,流片费用由芯片面积大小而定,但往往也会达到1000万,封装相对便宜, 大约需要50万左右。简单估算,研制这款芯片所需要的资金投入便已经超过 2000万元。另一方面,芯片的研发往往需要数十位工程师,花上一年的时间来 设计与验证,仅工资开销就需要上千万元。但是,芯片设计与验证时哪怕出现 个很小的错误,都有可能导致芯片最终无法工作。不光前期的投入打水漂, 还不得不再花上千万元重新流片2。 芯片领域的高门槛客观上严重阻碍了创新。在互联网领域,得益于开源软 件,拥有创新想法的互联网初创公司,往往只需几百万元甚至几十万元,便可 以在几个月时间内推出原型产品进行迭代优化。相比而言,芯片领域的初创公 司却需要数千万的资金,而且迭代优化的时间周期很长,所以很难想象风险投 资人愿意把资金投入到这类初创公司。 事实上,半导体、大规模集成电路发展的黄金期是上世纪六七十年代,当 时芯片规模都很小、成本较低,却又具有很高的收益,吸引了美国、日本、中 国台湾等大量优秀的人才投入到半导体领域创办公司,也吸引了大量资本投入 到这个领域,但中国大陆错过了这个黄金时代。经过半个世纪的发展,少数发 达国家和地区通过市场机制自然地形成了技术积累与产业优势,同时构建了极 高的创新门槛,不仅让后来者追赶无望,也让芯片成为他们“卡别人脖子”的 利器。 2引自美国 DARPA的ER| Electronics Resurgence Initiative,电子复兴计划)白皮书
5 2 开放指令集与开源芯片的兴起 2.1 芯片设计高门槛现状 芯片领域的创新门槛之高、投入之大业内公认。设计与制造一款芯片涉及 多个环节，包括 EDA 开发环境搭建、外围 IP 模块选型、芯片前端逻辑设计、后 端物理设计、流片与封装测试等，每个环节都需要巨额的资金与大量的人力投 入。 以 28nm 工艺研制一款 SoC 芯片为例，比较完整的 EDA 工具版权费便超过 500 万元，购买内存控制器、PCIe 控制器等外围 IP 费用往往高达 500～1000 万 元，流片费用由芯片面积大小而定，但往往也会达到 1000 万，封装相对便宜， 大约需要 50 万左右。简单估算，研制这款芯片所需要的资金投入便已经超过 2000 万元。另一方面，芯片的研发往往需要数十位工程师，花上一年的时间来 设计与验证，仅工资开销就需要上千万元。但是，芯片设计与验证时哪怕出现 一个很小的错误，都有可能导致芯片最终无法工作。不光前期的投入打水漂， 还不得不再花上千万元重新流片2。 芯片领域的高门槛客观上严重阻碍了创新。在互联网领域，得益于开源软 件，拥有创新想法的互联网初创公司，往往只需几百万元甚至几十万元，便可 以在几个月时间内推出原型产品进行迭代优化。相比而言，芯片领域的初创公 司却需要数千万的资金，而且迭代优化的时间周期很长，所以很难想象风险投 资人愿意把资金投入到这类初创公司。 事实上，半导体、大规模集成电路发展的黄金期是上世纪六七十年代，当 时芯片规模都很小、成本较低，却又具有很高的收益，吸引了美国、日本、中 国台湾等大量优秀的人才投入到半导体领域创办公司，也吸引了大量资本投入 到这个领域，但中国大陆错过了这个黄金时代。经过半个世纪的发展，少数发 达国家和地区通过市场机制自然地形成了技术积累与产业优势，同时构建了极 高的创新门槛，不仅让后来者追赶无望，也让芯片成为他们“卡别人脖子”的 利器。 2 引自美国 DARPA 的 ERI (Electronics Resurgence Initiative，电子复兴计划) 白皮书
如今中国的半导体产业要想改变现状,已经很难完全依靠初创企业与风险 资本来追赶了,必须通过必要的产业政策来引导 2.2传统芯片设计模式 传统的芯片设计模式是芯片开发者提出芯片设计目标,将需求分解为各个 功能模块。通用性比较强的功能模块,比如处理器核、内存控制器、PCIe控制 器、网络控制器、存储控制器、视频编解码器等,采取购买商用IP的形式获 得。对于领域专用功能模块,可能没有商用IP可以采购或者出于技术保密考 虑,采用自己硏发的形式完成。在主要功能模块就绪之后,将所有功能模块采 用总线形式进行互联。随后进入正常的芯片设计流程,即进行芯片的验证及后 端设计开发。 传统芯片设计模式中包含大量的第三方商用IP并采用商用EDA工具开发 形成极高的开发门槛,极大限制了普通开发者的参与,不利于芯片开发的普及 和创新 2.3开源软件的启示 中国的互联网公司在国际上是具有竞争力的。事实上,全世界十大互联网 公司中国占了4家,而中国的互联网共享经济、移动支付甚至处于引领世界的 地位。 2016年美国移动支付金额为1120亿美元,而中国则达到了5.5万亿美 元,是美国的50倍。2017年11月11日,阿里巴巴“双十一”成交额达到惊 人的1682亿(约为260亿美元)。相比之下,美国黑色星期五(2017年11月 24日)的网络销售成交额仅为50.3亿美元。根据阿里提供的数据,“双十 ”零时5分22秒,支付宝的支付峰值达到每秒25.6万笔,其数据库处理峰 值更是达到每秒4200万次操作,均刷新了全球纪录。相比之下,全球最大的清 算组织ⅥISA的交易峰值仅为1.4万笔/秒,支付宝是VISA的20倍 中国互联网公司的成功离不开背后强大的技术支持。值得一提的是,中国 的互联网公司普遍使用开源软件来构建其业务系统。开源软件,就是一种源代
6 如今中国的半导体产业要想改变现状，已经很难完全依靠初创企业与风险 资本来追赶了，必须通过必要的产业政策来引导。 2.2 传统芯片设计模式 传统的芯片设计模式是芯片开发者提出芯片设计目标，将需求分解为各个 功能模块。通用性比较强的功能模块，比如处理器核、内存控制器、PCIe 控制 器、网络控制器、存储控制器、视频编解码器等，采取购买商用 IP 的形式获 得。对于领域专用功能模块，可能没有商用 IP 可以采购或者出于技术保密考 虑，采用自己研发的形式完成。在主要功能模块就绪之后，将所有功能模块采 用总线形式进行互联。随后进入正常的芯片设计流程，即进行芯片的验证及后 端设计开发。 传统芯片设计模式中包含大量的第三方商用 IP 并采用商用 EDA 工具开发， 形成极高的开发门槛，极大限制了普通开发者的参与，不利于芯片开发的普及 和创新。 2.3 开源软件的启示 中国的互联网公司在国际上是具有竞争力的。事实上，全世界十大互联网 公司中国占了 4 家，而中国的互联网共享经济、移动支付甚至处于引领世界的 地位。 2016 年美国移动支付金额为 1120 亿美元，而中国则达到了 5.5 万亿美 元，是美国的 50 倍。2017 年 11 月 11 日，阿里巴巴“双十一”成交额达到惊 人的 1682 亿（约为 260 亿美元）。相比之下，美国黑色星期五（2017 年 11 月 24 日）的网络销售成交额仅为 50.3 亿美元。根据阿里提供的数据，“双十 一”零时 5 分 22 秒，支付宝的支付峰值达到每秒 25.6 万笔，其数据库处理峰 值更是达到每秒 4200 万次操作，均刷新了全球纪录。相比之下，全球最大的清 算组织 VISA 的交易峰值仅为 1.4 万笔／秒，支付宝是 VISA 的 20 倍。 中国互联网公司的成功离不开背后强大的技术支持。值得一提的是，中国 的互联网公司普遍使用开源软件来构建其业务系统。开源软件，就是一种源代