中国芯片业的未来，在这里！
The following article is from 码农翻身 Author 刘欣
计算机世界被分为三个大王国：
PC（台式机和笔记本）， 服务器，手机（包括平板）。
其中Windows统治了PC（MacOS也有小部分份额）， Linux统治了服务器，iOS和Android则统治了手机。
虽然它们也想互相渗透，例如Windows想进入服务器，Linux想占领PC，但是都失败了，占有率可以忽略不计。
给这些王国提供澎湃动力的是处理器（CPU），Windows,Linux, iOS, Android它们要想和CPU打交道，需要通过一个叫做指令集的东西。
指令集的概念不太容易理解，我们可以做个比喻，假设我们想画一个房子，请来三个小朋友来画。
小明只会画线，我们可以指导他在这里画一条线，在那里画一条线，最终就可以画成一个房子。
小亮除了画线之外，还会画长方形，我们也可以指导他通过线和长方形，组成一个房子。
小飞比小亮更厉害，他还会画窗户和门！我们告诉他这里是窗户，那里是门，最后房子就画出来了。
如果小明、小亮、小飞都是CPU的话，他们能完成的任务是一样的，但是他们的指令集是不同的。
小明的指令集就是“画线”，小亮的指令集是“画线”，“画长方形”，小飞的指令集是“画线”，“画长方形”，“画窗户”，“画门”。
CPU的指令集更加复杂一点，但本质是一样的，指令集描述了CPU做事的方式，而CPU就是实现了这些指令集的硬件。
一句话：指令集是软件和硬件之间的接口！
现在有两个指令集统治了市场，一个PC和服务器主要使用的x86，另外一个是手机主要使用的ARM。
x86指令集由美国的Intel主导， ARM指令集由英国的ARM公司控制。
可能有人要问了，我们国家能造盾构机，高铁，大飞机，空间站，还不能自己定义一套指令集，然后设计CPU，让大家使用？这样不就自主可控了？
自定义指令集完全可以，但问题是没人用，会死在软件上。
现在市面上已经存在了海量的软件，这些软件都是基于x86, ARM这些流行的指令集开发的。
它们没法在我们新的指令集上运行，要想跑起来，只有一种办法：移植。
人家在x86,ARM上赚钱赚得好好的，凭什么往一个没人用的平台上去移植啊？
这就叫软件生态，也是先发者建立的最大的壁垒。
比如龙芯的指令集就是自己定义的LoongArch，自主可控，但能在LoongArch上可以运行的软件就很惨淡了，只能自己动手去移植Linux 、Gcc、OpenJDK、浏览器、办公软件......真是太难了。
那能不能买别人的指令集，我们去实现呢？
x86基本上不对外授权，想买人家也不卖，你要是直接用了就是侵权。
ARM指令集可以对外授权，但是价格昂贵，这也是财大气粗的华为，高通，苹果干的事情，花大价钱从ARM公司买指令集架构，然后自己设计CPU。
（当然为了节省工作量，也可以买ARM设计好的IP核，展开的话又需要一篇文章，就此打住）
主动权被ARM掌握，想给你授权就给你，不想给你授权就取消，这就是卡脖子。
你可能觉得：掐断别人的发展路径，这不就是无赖嘛！
国际社会上的规则就是这么赤裸裸、人家有先发优势，前期也投入了那么多的研发资金，现在要赚钱啊！
要怪只能怪自己，早些年干嘛去了，市场早就被瓜分完毕，要是早些参与至少也能分一杯羹，和别人形成交叉授权，你用我的，我用你的，就像现在的华为用高通的2G, 3G,4G专利，高通用华为的5G专利一样。
这也不行，那也不行，难道就无路可走了？
如果我们看下中国的互联网公司，就会发现它们完全是建立在开源的软件之上的，：Linux，MySQL，Redis, OpenJDK，Kafka ，Hadoop, Python, PHP......
它们用这些免费的软件建立了庞大的、能支持海量用户，超高并发的系统，实现了过去20年繁荣无比的互联网产业。
芯片和指令集就不能学习一下吗？
2010年，加州大学伯克利分校真的推出了开源的指令集：RISC-V。
加州大学伯克利分校吸取了几十年来计算机指令集架构的各种经验教训，抛弃了历史包袱，设计了一套简洁、统一、模块化、可扩展的指令集。
RISC-V采用BSD协议发布，任何组织机构和商业都可以免费使用！
但是RISC-V毕竟也是新指令集，有软件生态来支持吗？
RISC-V基金会吸引了几百家公司参与，不乏Google, IBM，微软，三星，华为，高通，阿里，腾讯，Intel（没错，连Intel也加入了）这些大佬，有了巨头的支持，要比某一个国家某个公司另起炉灶搞的指令集好得多。
RISC-V软件生态的发展非常迅速，很多开源社区主动去适配RISC-V，Google安卓总监表示，希望 RISC-V 成为 Android 支持的 “一级” 架构平台 (tier-1 platform)，这和对 ARM 的支持级别一致。
Linux发行版Debian于2019年开始支持RISC-V，仅用3年时间就完成了2万多个软件包中93%的移植，使RISC-V成为Debian支持的一级(Tier-1)架构。
RISC-V虽然在美国创立，并且使用了BSD协议，理论上不受美国的出口限制，但是为了减少不确定性，规避所有的风险（万一美帝哪一天发疯了禁止出口怎么办？），还是把总部迁往了瑞士，彻底成为了一个国际化的组织。
说到这里，可能有同学要兴奋了，现在我们有了一个安全、开放的指令集了，能不能像开源的Linux那样直接使用呢？
不行！
指令集只是规范和接口，并不是具体实现，就像TCP/IP协议，只是一堆文本而已，需要在操作系统中写代码把它给实现了，才能跑起来。
同理，各个厂商和组织还需要动手把RISC-V指令集用电路实现了，形成CPU等芯片才能使用。
这么说来RISC-V指令集开源对普通用户好像没啥用？
其实不然，像国内中科院计算所做的“香山”处理器，阿里平头哥做的“玄铁”处理器，都是基于RISC-V的，他们把硬件设计，微架构，RTL源码，设计工具，验证工具全部开源了。
“香山”和“玄铁”们才相当于开源的Linux，基于这些开源的芯片，其他公司可以定制，修改，这就极大降低了芯片设计的门槛。
芯片设计是个极其烧钱的行业，一个几十人的团队，花费几年时间，投入几千万上亿资金，在芯片设计和验证时，哪怕出现一个极小的错误，流片后的芯片就无法正常工作，风险极大。
现在芯片开源以后，有可能把芯片设计的门槛降低几个数量级，即使是几个人的小公司也可以拿到开源的CPU，在3到4个月内修改、定制，然后推向市场。这就会吸引大量人员投入芯片行业，形成像Linux那样的繁荣生态。
当然，要想真正实现开源芯片的生态系统，还需要开源的EDA工具，各种IP模块，工艺库等关键组件，任务依然非常繁重。
在开源领域内，谁参与多，谁的话语权就大，RISC-V的开源确实有望成为中国芯片业未来发展的重要方向，中国能不能抓住这次机会，让我拭目以待吧！
PS : 都写到这儿了，肯定会有人提光刻机，这玩意儿肯定没人搞开源了，只能一点点儿地啃了......
（完）
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本文作者刘欣，著有畅销书《码农翻身》，《半小时漫画计算机》，前IBM架构师，领导过多个企业应用架构设计和开发工作；洞察技术本质，擅长用故事去讲解复杂技术。
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