說這話的人是中國科學院計算技術研究所研究員、先進計算機系統研究中心主任包雲崗，幾年前他所在的中國科學院大學有 35% 的學生不喜歡做晶片，現在不少學生已經開始熱衷於做晶片，並已經有學生“帶芯畢業”。

2020 年 6 月，五位 95 後大學生，帶著自己設計的處理器晶片“果殼（NutShell）” ，從中國科學院大學畢業，這在國內非常罕見。

整個晶片從設計到研發，耗時僅僅 4 個月，如此高效率的研發，得益於包雲崗團隊研發的開源晶片設計平臺——SERVE。

在 2020 中關村論壇未來青年論壇現場，DeepTech 專訪包雲崗，並請他重點闡述了 SERVE 開源晶片設計平臺的現狀。

SERVE 的誕生，要從 2012 年開始，這是一個摸索著長大的產品。2016 年，負責團隊耗時 4 年，終於研發出 SERVE 第一版。

同時，包雲崗和團隊核心成員張科博士、常軼鬆博士也在繼續探索。在明確開源方向後，他們決定把 SERVE，打造成開源晶片設計平臺。2019 年，SERVE 釋出第三版，併發揮作用至今。

SERVE 的主要作用，是在晶片設計結束以後，對晶片進行開發驗證。由於 SERVE 的研究人員，本身也是高校老師，他們“就地取材”，圍繞教學場景針對教學中遇到的需求，尋找技術實現手段。

此前，晶片驗證一般得用 FPGA 模擬硬體基礎設施，並且晶片上面還得執行軟體，因此要想測試晶片是否有問題，就得讓它跑起來。跑的過程中遇到問題，就要反饋給設計人員進行修復。

包雲崗在教學實踐中發現，上述做法面臨的痛點是，不是每個學生拿到的開發板都很穩定，這樣就會導致很多無解類問題。

而 SERVE 的作用，正是用於尋找無解類問題。它能通過聯網來給晶片做驗證，晶片的開發流程也會因此加快。

之所以具備該功能，是因為 SERVE 使用了一種新架構——SoC-FPGA，相比亞馬遜 F1 FPGA 雲平臺，SERVE 的密度更高，一個平臺上可以整合 32 個 FPGA，並且每個 FPGA 上面還有強大的計算力。這樣既有較高的密度，又有較強的計算能力，整個晶片系統可以獲得更好的價效比。

包雲崗介紹稱，SERVE 在遠端教學中，也發揮了重要作用。2020 上半年，學生都在家學習，而 SERVE 讓學生們即便不在學校，也照樣可以完成硬體實驗。

截止目前，在疫情期間，128 位該校學生登入 SERVE 近兩萬次，並藉此進行了近兩千小時的實驗。

過去幾年，中國科學院大學一直讓大學生用 SERVE 去做教學實驗，學生對計算機組成原理教學實驗平臺的滿意度，也從 27% 增長到 88%。

把晶片設計搬到雲上來

SERVE 的目標，是要把晶片設計過程搬到雲上去。未來，該平臺有望實現所有的晶片設計，都能在雲上完成。

屆時，開發人員只需一個帳號，就能在雲平臺裡面，製作晶片開發的基礎元件，並能完成開發和驗證等所有過程，從而產出晶片設計版圖。版圖設計出來後，就可以交給晶片製造廠商去製造。

據包雲崗介紹，在雲上做晶片設計，也是未來的趨勢，如果再融入開源要素，還能幫助降低晶片設計和驗證的成本。

而降低設計成本，正是降低晶片製造門檻的首要因素。當前晶片的生產要素如 EDA、IP、模擬驗證平臺等造價都非常昂貴，如果生產要素特別難獲取，生產門檻就會非常高。

他舉例稱，以 14 奈米晶片為例，一般需要幾千萬甚至上億元的研發經費。這樣的投入，只有少數企業才能承擔。如果是創業公司，還沒開始創業就要花這麼多錢購買裝置，那麼晶片行業自然難以注入新鮮力量。

說到這裡，包雲崗說開發 App 的要素都是開源的，三五位工程師下載一些開源元件，很快就能做出一款 App。同樣，通過開源和雲上設計的方式，也能讓晶片設計像開發 App 一樣簡單。

“讓天下沒有難做的晶片”

2019 年 10 月份，《經濟學人》雜誌有篇文章提到：過去十年開源軟體讓智慧手機實現了大爆發，未來十年新的開源硬體有可能讓物聯網裝置實現類似的爆發。

包雲崗介紹稱，開源晶片已經是大家比較關注的新趨勢。

它背後有三大驅動力，第一是當前技術發展的整體趨勢，如 2020 年中國半導體行業明顯“變熱”；

第二是人才，和美國相比，近十年在晶片設計領域裡面，中國仍有 20 倍人才差距；

第三是產業，如果把領域專家的知識實現到晶片裡面，就能把晶片效能功耗比提升幾百倍。

談及晶片和開源的結合，包雲崗表示，一枚晶片的誕生，包括設計、製造和封裝等三個階段，這和出版小說的過程很相似。

設計階段，就好比把小說寫出來；製造階段，相當於寫完後把電子稿發給印刷廠、並把它印出來；封裝測試好比把它封裝成一本書。

他舉例稱，以寒武紀公司為例，他們把人工智慧、深度神經網路和機器學習的設計固化到硬體裡面，最終做出的 AI 晶片，比通用晶片的各方面效能都高出一個數量級。

由於寒武紀晶片針對的是某一類大領域，公司需要投入上千研發人力。但還有很多場景，不需要面對複雜應用，也不需要投入過多人力，可能只是做窗簾裡面一個小處理器，這個小處理器只需感知光線是強還是弱，並根據光的強弱、接收手機發來的請求，從而實現窗簾的自動開關。

而用多快好省的方式快速做出晶片，便是降低晶片門檻的主要意義所在。對於有較強應用需求的小晶片來說，它們將在未來實現門檻低、成本低、週期迭代的能力。這樣，便能最大程度激發晶片領域的創新活躍度。

包雲崗繼續分析稱，現在全中國有 400 多萬個 App，App 擁有量位居世界首位，每個 App 都需要團隊開發，未來這些 App 可直接跟晶片關聯起來。仍以窗簾為例，假如開發一個 App 控制窗簾，那麼與窗簾對應的晶片，也可以打包形成一個軟硬結合的解決方案。

比如，一家窗簾公司不僅可以給使用者提供智慧窗簾，還能給使用者一個 App，使用者在手機上可以很容易地控制窗簾。與此同時，窗簾公司還能很快做出一款小晶片，並嵌入到的窗簾裡面。

這樣，窗簾跟 App 是緊耦合的關係，它們之間可以通訊，App 裡面的請求可以傳送到晶片裡面，進而通過晶片來控制窗簾。這類晶片的出貨量會比較大，相應的場景需求也比較多。包雲崗表示，希望未來能把門檻降低到連窗簾公司都可以自己做晶片。

相比中低端晶片，高階晶片的製造門檻更難以降低。以建築為例，假如要造大興機場，就不是以成本為中心來考慮，因為它是非常高階的明星專案，需要先進的工程裝置來做。

而大量存在的普通居民樓和寫字樓，會更加重視經濟適用。而包雲崗團隊目前正在解決的問題，是怎麼把量大面廣的晶片生產門檻降下來。

他認為，假如造一個普通房子，都需要尖端人員來做，那麼房子的推廣成本就會非常高。

而把製造量大面廣的晶片，跟計算機體系結構（Computer Architecture）對應起來，事情就會更加容易。

在計算機體系結構領域中做開源，相當於把很多預製件都做好、並加以儲備，以備隨時使用。比如，僅用 10 天就可以造出雷神山和火神山醫院，此前長沙還曾用 7 天造出 10 幾層樓的酒店。

為什麼能做到這一點？因為已經標準化，有了預製件就能很快構建出建築。包雲崗認為，當 AIoT（人工智慧物聯網）得到進一步普及後，晶片也應朝此方向發展，因為它跟建築一樣，也有量大面廣的需求。屆時，晶片製造就會更快更便宜，造出來的晶片也會更適用。

開源晶片死結有望開啟

但就開源晶片的研發，還面臨著“死結”。由於投入很大，大家不願意開源，沒有可用的開源資源，就只能花高價去買 IP。

與此同時，大家又都希望一次流片成功，所以會花更多的時間去驗證它，導致人力成本高企。現在，這個死結有望打破。

開源晶片設計平臺 SERVE，相當於一群人合夥做出預製件，根據這些預製件就能快速搭出產品。從巨集觀角度來看，開源就像基建一樣需要有投入，投入以後不見得能看到回報，因為做完以後就要貢獻給大家使用。

從商業模式角度來看，開源晶片設計平臺，就像是國家建設高速公路，前期投入很大，但是建好以後大家的出行會很方便。

正所謂要想富先修路，高速公路一旦建成，就可以促進很多產業的發展，這便是基礎設施的作用。開源晶片設計平臺也是同樣的道理，晶片門檻降低以後，平臺就可以變成公共設施，廠商就可以在平臺上做自己的晶片。

包雲崗指出，構建開源晶片生態，需要四大元素：開源開放的指令集、開源的 EDA 工具鏈、敏捷開發語言、作業系統和編譯器。

以開源開放的指令集這一元素為例，得益於開放和免費，RSIC-V（一個基於精簡指令集原則的開源指令集架構）已經逐漸為人所知。

打個比方，指令集相當於一種語言的語法和詞彙，而每一種語言都有一本字典，去解釋這種語言的語法和詞彙的便是指令集手冊。

指令集手冊都比較厚，以 X86 指令集手冊為例，頁數多達 5000 多頁，而 RISC-V 指令集手冊只有 200 多頁，大學生就可以讀懂。頁數少且淺顯易懂，這樣就可以用較少的人才投入，用它去做處理器晶片設計。

不同指令集的規模差別也很大，X86 現在已有 3000 多條指令，但事實上並不需要這麼多。而 RISC-V 基礎指令只有 47 條，且可以完成很多功能。

與此同時，RISC-V 是模組化的，雖然只有 47 條基礎指令，但其可以像搭積木一樣，根據需求構建出定製的處理器。

仍以高速公路為例，路面可以行駛各種各樣的車輛，車主也可以基於不同的目的來使用高速公路，有的是做物流，有的是出去旅遊。

對於開源晶片設計平臺來說，廠商也可以在上面發揮各種想象力和創造力，從 0 到 1 開拓出新業務。

可以說，開源晶片是一個生態基礎，而包雲崗的工作則是構建一個類似於公共服務的生態，讓晶片設計可以有更多創新。

晶片門檻降低以後，“良禽”才會“擇木而棲”。相比如日中天的網際網路行業，晶片行業研發人員收入普遍不高，但是晶片人才的要求卻很高，他們既需要懂設計流程，又需要懂前端、後端等一系列技術。

包雲崗認為，中國還沒有像英特爾和英偉達這樣的 GPU 純設計公司，中國的 GPU 跟美國的差距也在十年以上。

其中一個原因正是因為晶片門檻過高，人才很難保持活躍度，資本也不太願意進去。只有降低晶片門檻，學生才會不再害怕做晶片，人才參與一旦增多，資本也更願意加入。

不過他同時指出，門檻也不能降得過低，移到中間某一個位置時，就會形成較好的業界態勢，這時便可以創造更大價值。