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RISC-V是开放还是开源,能否参考开源软件的商业模式?

时间:2021-12-20 15:29:52 作者:刘于苇 阅读:
在RISC-V出现之前,处理器行业的旧商业模式是先寻找供应商,再获取其指令集架构(ISA),例如Arm模式。但这样的模式授权费用较高,而且不能与他人分享,所以2014年RISC-V一经推出便快速获得大量认同。与此同时也带来了商业模式的改变,新的模式是“选择RISC-V,再寻找供应商、搭建自己的core,或采用开放资源的core”。虽然RISC-V在获取core资源上有极大自由度,但仅凭这样就能做出商业化的处理器产品吗?
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谈到开源,大多数人首先想到的是开源软件,例如Linux、Apache、MySQL、Python等。但是开源硬件大家却了解得不多,如果说开源软件是将软件的源代码公开出来,那硬件要怎么开源呢?维基百科对开源硬件的定义是“以与自由及开源软件相同的方式设计的计算机及电子硬件,这个词主要是用来反映自由释放详细信息的硬件设计,如电路图、材料清单和电路板布局数据等,通常开源硬件也使用开源软件来驱动”。

具体到芯片领域,一颗完整的芯片由各种IP核组成。就像搭积木一样,即便这些IP你都认识,如果要用这些“预制件”搭成你想要的芯片仍需支付一定的版权费用。以IP 核销售模式的发明者Arm为例,他们自己并不生产特定芯片,而是通过出售芯片技术授权,建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。

这种模式算不算开源?显然不是;有没有指令集开源的处理器架构?有,就是RISC-V。

RISC-V是加州大学伯克利分校(UC Berkeley)设计的第五代精简指令集计算机(RISC)架构,始于2010年。RISC-V适用于从微控制器到超级计算机等各层次的计算系统,支持自定义扩展指令,标准由非盈利RISC-V组织维护。之前的四代RISC-处理器也均由UC Berkeley David Patterson教授带领研制,包括1981年的一代、1983年的二代、1984年的三代(SOAR)、1988年的四代(SPUR)。

对于目前致力于实现自主可控的中国半导体领域来说,IP最薄弱的环节正在于处理器。业内使用数量最多两大的处理器架构x86和Arm,前者牢牢掌握在英特尔手中,后者也需要授权付费使用,RISC-V能否成为中国CPU产业的希望?大家都迫切地想知道这个问题的答案。

RISC-V IP核开源,就能做出商业化的处理器吗?

日前,在由中国RISC-V产业联盟、芯原微电子和上海集成电路产业集群发展促进机构共同主办的首届滴水湖中国RISC-V产业论坛上,进行了一次主题为“RISC-V的开放与开源”的圆桌讨论。中国RISC-V产业联盟理事长、芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民博士担任主持,来自RISC-V领域领先的三大IP供应商高层、在开源软件和生态领域负有盛名的机构专家,以及来自芯片领域的企业高层代表一同探讨了芯片是否该被开源、RISC-V开源软件生态、RISC-V芯片产业化等一系列相关的话题。台下与线上的嘉宾也踊跃参与了部分话题的投票,表达了自己的观点,与台上嘉宾进行了实时互动。

上图由左到右依次为戴伟民博士,红帽高级软件工程师、RISC-V国际基金会大使傅炜,工信部绿色计算产业联盟CTO 郭晶,北京晶视智能科技有限公司COO黄群辉,博流智能科技(南京)有限公司市场营销副总裁刘占领,平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠,芯来科技联合创始人/CEO 彭剑英,赛昉科技有限公司联合创始人兼CEO 徐滔,成都启英泰伦科技有限公司副总裁张来

戴伟民首先介绍了RISC-V开发的初心,作为2010年Berkeley实验项目的一部份,当时实验人员的要求是开发出一个“易于实施、高效、可扩展且可与他人分享不受限制”的指令集。但当时没有一个现成的指令集能够满足所有要求,所以他们创造了RISC-V。

在此之前,处理器行业的旧商业模式是先寻找供应商,再获取其指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA),正如上面提到的Arm模式。但因为这样的模式授权费用较高,业内有很多人抱着UC Berkeley一样同样的想法和需求,所以2014年RISC-V一经推出便快速获得大量认同。与此同时也带来了商业模式的改变,新的模式是“选择RISC-V,再寻找供应商、搭建自己的core,或采用开放资源的core”。

虽然RISC-V在获取core资源上有极大自由度,但仅凭这样就能做出商业化的处理器产品吗?

如果用写作文来打比方,指令集就好比字典,开放指令集就相当于你可以随意翻字典,但要用这些看到的内容组成一篇作文,还需要自己有写作能力。所以RISC-V的指令集开源并不代表开放硬件,还需要有针对特定片上系统的独特指令才能真正做出能用的芯片。这还涉及到RISC-V的三个层次:

  1. 基准指令。约有40多条,已经固化不变;
  2. 标准扩展指令。一套标准的可选扩展指令,能够持续演化并重复使用;
  3. 专用指令。一般是用户专为特定片上系统设计的独特指令,无需考虑复用性,但各家可对其进行专利保护,这正是当前RISC-V芯片设计的关键,也是行业争论的热点。

回到中国芯片产业的问题上,国家对CPU未来的展望大概可以归纳为:自主、可控、繁荣+创新。当前主流的CPU架构x86、Arm需要国外授权使用,虽然繁荣但既不自主又不可控;如果资本充足,可以实现x86和Arm的架构授权,达到了可控,但仍不自主;其实之前也有自主可控的M-core、MIPS Alpha CPU,但是很小众,不繁荣。“唯独RISC-V是我认为迄今为止,既自主、可控又繁荣的架构,还可以鼓励创新。所以我们一开始就支持这个架构,从2018年7月上海市经信委出扶植政策,到2019年成立中国RISC-V产业联盟(CRVIC),现在已经有140多家会员单位。”戴伟民说到。

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开源不开放,开放不开源

鉴于不少人都认为,RISC-V开源了就能用它免费做芯片,圆桌的第一个问题就是要厘清“开源”和“开放”。开源指系统内部代码完全开放,用户可以按照需求更改或添加相应功能;而开放指提供标准化环境的基础平台,允许不同功能和不同开发商的软、硬件模块介入。

所以,开源不等于开放——开放可以不开源,开源可以不开放。

傅炜在开源软件行业工作多年,RISC-V出来之后他非常支持,他的态度是:只有以开放的态度去做开源才是有意义的。他曾购买的某品牌安卓手机,厂家虽然把Linux系统数据手册公开了,但用户没有内核源码无法用它刷机,这就是“开源但不开放”。

刘占领也形象地解释了开源和开放。比如装修样板房的开源,是大家都可以去看去拍照,只不过有些拍照是免费的,有些是收费的;而开放更多是标准上的开放,比如地板砖尺寸的选择由大家自己来定。“开放不开源”的典型案例就是Wi-Fi芯片开发中出售基于IP源代码的行为,把Wi-Fi协议栈全部开放,但是芯片公司并不一定每一家都能做得出来; “开源不开放”的典型案例是RTOS,每一家操作系统都是RTOS框架,但标准很难统一。

如果看开源软件的定义,“开源软件是指将源代码和软件程序公开,用户可以免费试用,并在此基础上进行自由修改、重新发布和创建衍生品”。那么芯片的“开源不开放”,就是指半导体IP软核开源,但是用户不能改;“开放不开源”,就像苹果的很多开放架构,但是里面都不开源;“开源又开放”的例子目前只有Linux、安卓和红帽等软件。

戴伟民用一张图,展示了用开源软件的理念,去做开源硬件的构想。开源软件的做法是90%代码开源,用户写只写10%定制代码。硬件如果也90%开源,用户只做10%定制芯片就出来了。但这样做真的可行吗?

芯片应该被开源吗?

一款芯片的开源应该包括很多要素,包括开源架构、开放免费共同定制、开放设计流程、公开文档、开源EDA工具以及开放源码。戴伟民的观点是硬件开源和软件开源不一样,软件要开源,而硬件要开放,硬件开源只适用于学校和研究单位等非赢利性机构。

圆桌论坛上发起的第一个投票问题是:芯片应该被开源吗?现场观众和嘉宾选择的结果是: 

    A、不应该开源。(52.94%)

    B、应该开源。(47.06%)

徐滔的观点也是“不应该开源”,他认为大家对于“开源”的理解存在误区,”开源从来不是目的、而是手段、是一种商业模式。软件开源之所以成功,是因为很多公司因此获得了实质性的利益,这些公司共同推动了软件开源。而硬件开源最大的问题是:“我开源后谁得利了?谁又有驱动力去推动硬件开源?”可能需要比整个产业还要高一层次的机构。

孟建熠也赞同徐滔的观点,他进一步表示,推动开源软件发展的无非两类公司:

  1. 硬件公司。很多底层的芯片公司产品需要与操作系统和在软件结合,发展“软硬融合”的生态;
  2. 第三方软件公司。

”硬件开源的核心问题是:如果开源,谁来买单?“孟建熠说到,”软件开源有硬件公司、互联网公司来买单,硬件开源谁来做商业化?今天来讨论芯片开源,我认为还过早,但确实有人已经在尝试。“

据悉,平头哥自己也在做一些相关尝试,并找到了一些方向。孟建熠认为芯片产品不需要开源,因为就算是竞争对手也不会直接拿来用,但他认为开源有两个好处:一是学校、研究所培养学生创新时,开源对于学生非常友好;二是看到未来的方向,硬件未来需要更多的算法迭代,所以软硬件算法打通后会发挥更大的效能。

彭剑英认为,在开放不开源的问题上,RISC-V就像Wi-Fi、蓝牙一样,开放的目的是希望把RISC-V变成国际标准,读懂标准并不一定意味着可以实现RISC-V CPU。”技术没有界限,开不开源更多考虑的是商业模式。

开源硬件跟开源芯片其实也是不同的概念。彭剑英以树莓派、安卓开源平台举例,树莓派上的芯片其实是博通定制的并不开放,这里大家平时认为的“树莓派就是开放或开源”,很多概念被混淆了。芯片产业链很长,一个指令集或处理器的开源并不能解决“开源芯片”的所有问题,商业逻辑上应该是提供成熟的IP或者设计方法、平台,去快速的帮助客户做芯片的迭代。    

RISC-V将在哪些应用领域优先起量?

谈到适合RISC-V的应用领域,戴伟民谈到了碎片化和多样化两个概念。所谓碎片化,就是用不同的方法做同样的事情;而多样化,则注重解决不同的问题。RISC-V的出现,为广阔的应用市场提供了创新机遇——在云和数据中心领域,亚马逊、阿里巴巴等开始布局自己的芯片;移动设备领域,加速了创新升级、迭代和海量市场的发现;汽车领域的娱乐、安全、自动驾驶等等。

所以现场发起的第二个问题是:三年之内,RISC-V将在哪些应用领域优先起量?投票结果如下:

排名前三的是:1、小家电产品。2.可穿戴设备。3.智慧摄象头/监控。

黄群辉从芯片行业的角度分析,认为应该考虑两个维度:一是量,二是芯片的产业影响力。从体量来看,产品的市场容量越大,机会也越大。穿戴式设备与小家电两个品类之所以非常适合RISC-V是因为系统相对较封闭,没有太多基于RISC-V生态的问题。”安防选项虽然排第三位,但是如果从影响力来说却不输前两项。”

刘占领表示,起量意味着这个市场已经存在,要谈的是RISC-V的渗透率,而从“渗透”维度来讲,他认为要快速起量有三个条件很重要:

第一,产业链越短越可控,越容易起量。第二,客户关注RISC-V的原因,无非是好用便宜等性价比因素。第三,易用性,参考原来用Arm架构时的快速移植,产品基础段位越低越容易实现。再加上IP厂家完整的工具链,也能够有效产生协同效果,所以刘占领认为在技术需求偏低的RTOS产品领域会先起量。

完善RISC-V开源软件生态

生态对于处理器架构来说太重要了,RISC-V能否借鉴开源软件成功的经验,来完善自己的软件生态呢?对此傅炜介绍了红帽的经验,就是保持开放的态度去做开源。

据介绍,Fedora是一个受红帽支持、由社区驱动的Linux发行版,是新功能新特性的培养皿。被认为稳定且对企业版有用的特性将被合入RHEL发行版,发布周期很短(约6个月),红帽所有产品都是以Fedora开源产品为基础。RHEL是企业版本,适合关注系统稳定性的公司,红帽官方提供技术支持,但发布周期稍长,维护周期长,并且不提供二进制。”这个商业模式就是这样,如果二进制能够随意获得的话,红帽就养不起这么多工程师了。但红帽一直想要回馈工程师,所以有了后来的CentOS Linux。”这是完全基于RHEL源码的重编译版本,红帽官方不提供技术支持,故不适用于无法自行维护系统的用户。

现场投票的第三个问题是:如何完善RISC-V开源软件生态,以加速RISC-V芯片落地。

获得前三的选项分别是:1、硬件开发板、软件开发环境、开发工具的支持。2、重视中小型企业、个人开发者的需求和贡献。3.构建良好的上传与分享氛围/机制。

郭晶曾运营过Linaro,这是2010年3月由Arm、飞思卡尔、IBM、Samsung、ST-Ericsson及TI等半导体厂商联合设立的非盈利性组织,注册于英国。公司使命是不断改进与优化开源Linux软件产品及开发工具,以帮助Arm合作伙伴快速推出基于Arm架构的产品。她从生态运营和商业模式角度,强调了“意识形态”的问题,因为开源生态需要非常开放的技术交流环境,一定程度上从业者需要放下壁垒、秉承“中立、开放、国际化”的宗旨。

“生态本身就是搭台子,如果不能中立和开放地去和有先进经验的开源社区、海外开源工程师们持续交互的话,台子是搭不起来的,也很难持久下去。”谈到开源生态产业,郭晶认为有两个主要的角色:一是开源生态的搭建者,二是开源生态的使用者,同时也是开源生态的参与者、伙伴。

过去十年中国ICD半导体行业中,形成了以OEM为代表和以互联网出身为代表的两类团队,非常深入地参与到开源生态中并获得一定成果。他们旗下大量的硬件产品逐渐扩张、爆发,形成了一定用户黏性,同时他们对自身品牌也有认知。

随着从端到云以及云延伸技术的发展,行业对于基础架构的依赖和希望在一定程度上实现可控的需求,正变得越来越迫切。上述两类公司都已经在发展自己的开源生态,但更多是采用“开源不开放”的搭自己台子模式,最典型的案例就是华为鸿蒙。过去几年间,Linaro在底层软硬件开放平台和工具搭建,以及针对Linux内核的持续维护更新,对华为的成功起到了推进作用,然而即便华为已经取得了一定成果,他们仍需要强依赖和捆绑更中立的开源社区,才能持续对代码维护和更新。

那么开源的组织方、开源生态公司,又是怎样去搭建生态的呢?郭晶表示,“我很荣幸已经经历过1.0时代,也在深度思考怎么样进入到2.0时代,希望能把这样的形态和组织形式更持久地发展壮大下去。”要做到这一步,除了纯粹靠厂商资助、靠国家队政府滋养之外,还需要有长久的商业价值实现自我造血功能;除了从西方去引进、消化、吸收,更需要找到更适合中国、更接地气的方式。

造血上,郭晶认为需要开发、维护所有生态参与方共同的重复性标准化需求,主要针对面向SoC与操作系统、底层DSP、软硬件平台、工具搭建以及维护。这也是各个核心厂商需要长期培养的基础软硬件核心能力,需要真正的投入人财物。“人”就是每家都应该投入一定的工程力量去做协同开发,掏出费用或由统一资助方资助这样的专业运营和独立团队,“物”就是大家要拿出自己的芯片、平台和模块板子参与协同开发以及集中性的验证和测试。

十年前Linaro这个非常特别的生态公司就是这样诞生的,上面说到那些国际先进芯片公司之所以要做这件事,正是因为他们在十年前遭遇到了Arm生态碎片化的痛点,只有大家求同存异,派出各自的CTO和首席架构师共同探讨才能解决。“这一点我觉得我们完全可以吸收再利用。” 郭晶说到。

至于怎样寻求自我造血和长期商业价值,参考已经渗透到各行各业的软件应用会发现,用户需求其实也变得更多样化、复杂化。以往软件的迭代周期是一年或半年,现在是每小时为单位的更新诉求。所以从软件的开发到上线后的维护,整个研发管理流程和组织架构都要求达到更高的一体化,要用更专业的商业运营组织形态来管理。尤其是商业化开源公司,怎样把握软件功能中一定的开源比例,对今后的商业化运作非常重要。针对某个强技术功能做深度定制化服务,也是走商业化路径可以思考的一个方向。

 鸣谢:欧阳洋葱

责编:Luffy Liu

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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