【MOOC透视】室联网智慧教育正迎来RISC-V软硬结合的黄金时代

【总第277期】

室联网智慧教育正迎来RISC-V软硬结合的黄金时代

基于RISC-V的“开源芯片研究院”即将成立，思绪将再次聚焦到于2017年图灵奖得主David Patterson和John Hennessey的身上。我放下工作，花了整整一个下午仔细阅读了他们的几篇报道，另一种享受和快乐，不愿意退回繁忙的工作现实。

2017年图灵奖得主：（左）前斯坦福大学校长、Google母公司Alphabet董事长John L. Hennessy，（右）David Patterson

Patterson所讲述的那段历史，我是非常熟悉的。在南开大学数学系、计算机与系统科学系读本科期间，计算机编译原理、体系机构、数据结构、汇编语言和离散数学曾是我非常喜欢、百思不倦的几门课程。他与斯坦福大学前校长、Google母公司Alphabet现董事长John Hennessey合作的《计算机体系结构：量化研究方法》至今都是该领域的经典教材，我也曾深入研读和学习；汇编语言曾是我自如驾驭程序底层接口开发的利器。

所以，Patterson的一些观点就让心有戚戚，良久回味。

例如，他在谈及计算机科学当前面对的后摩尔时代困境，Patterson教授认为这到了计算机体系结构下一个黄金时代，在软硬件协同设计、计算机体系结构安全性，以及芯片设计开发流程等方面都存在着创新机会：

• 软硬件协同设计：对于神经网络、图计算等需要高性能计算的领域，可以用专用体系结构和语言来提升芯片速度和性能；

• 安全性：在防信息泄露和边道攻击等安全性问题上，需要从体系结构角度进行优化；

• 开源体系结构设计：对计算机体系结构进行开源，特别是指令集架构进行开源；

• 芯片开发流程：用敏捷开发(Agile Development)的方式缩短芯片开发时间并降低成本，反复迭代以流片（tape-out)验证有价值的芯片设计方案。

开源体系结构是一个基于RISC原则的开源指令集架构，于2010年由David Patterson和他的同事Krste Asanovic还有学生们共同创立。由于对潜在贸易限制的担忧，总部位于美国的芯片技术非营利组织RISC-V基金会总部已经迁移至瑞士。

该指令集以精简、高效、低能耗、模块化、可拓展、免费开放等为发展目标。2015年，RISC-V成立了基金会，发展至今，几乎所有知名大公司都参与其中。当前，RISC-V基金会中有约15%的成员企业来自中国，目前大概有100余家公司和团队在基于RISC-V架构进行芯片开发。

提及RISC-V的商业价值，Patterson教授表示：RISC-V最早的成功应用应该会在物联网上。该指令集的设计可以适用于现代计算设备，同时能耗也较低，无论是智能手机还是其他微小的嵌入式系统都可应用。作为开源指令集架构，未来3-5年，RISC-V会为更多企业或芯片开发者使用，更多设备也将搭载基于RISC-V架构的芯片。接下来，芯片运算和采集收集到的数据将汇集为数据中心，这也为未来边缘计算方面的应用提供积累。（详见36氪《专访 | 图灵奖得主 David Patterson：摩尔定律终结，计算机体系结构迎来下个黄金时代》）

假如说早年我只是基于自己的开发经验意识到了在软硬结合部能够发现解决应用难题的有效方法，那么近年来TPU和GPU的发展则让我见证了用专用体系结构和语言来提升芯片速度和性能的重大成功。而我们新界教育受“软硬结合”思想的启发，推进室联网智慧教育光子海板和慧板DSA式专用计算芯片化软硬结合的深度发展，在各领域教学场景中的应用，更是深化了我对于Patterson观点的认识。

早在1980年，史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）就曾经说过：“越来越多的软件正在整合到硬件中…昨天的软件成了今天的硬件。软硬年正在融合。它们之间的界限越来越小。”

只不过今天，随着硬件和软件的相互关联比已往任何时候都更加密切、依赖关系更强，“软硬件协同”将不仅是一种IT技术发展的自然进化，而成为一种推动跃升的主动设计和追求。

王涛（微信号：ioxroom）

【室联网】理论的提出、体系构建和实践者；新界教育创始人；北京大学教育学院教育经济博士；MOOC微信公众账号（微信号：openonline，公号名称：MOOC）的发起及运营者。推进的建设智慧学习空间已经覆盖智慧教育、智慧党建（红色历程云学习空间）、智慧思政、智慧培训、乡村振兴、家庭教育、智慧社区等领域。

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