芯片是新時代的石油，一直是高科技領域的必爭之地，而隨著人工智能等新興技術的發展，各領域智能化產品越來越多，市場對芯片的需求在變化，需求量也越來越大。行業亟需一個既靈活好用、又開源的新芯片架構。

　　在這樣的背景下，RISC-V誕生了。RISC-V最初由伯克利加州大學的計算機科學部門開發，目標是服務未來50年的計算設計與創新。它是由精簡指令集RISC發展而來的開源指令集架構，相當于一套芯片設計規則，基于該指令集，用戶可以根據需求開發自己的處理器。

　　RISC-V開源及可定制化的特點，讓它被視為半導體行業的一股新風，因而備受關注。

　　2019年11月，為了進一步推動RISC-V的普及，RIOS實驗室(RISC-V International Open Source Laboratory)正式成立。RIOS實驗室設在由加州大學伯克利分校和清華大學聯合建立的清華-伯克利深圳學院TBSI，由RISC的奠基人、RISC-V基金會創始人、2017年圖靈獎得主David Patterson教授親自擔任實驗室主任。

　　“我們認為，RIOS實驗室的使命讓它能夠不斷地將硬件人才吸引到深圳，通過更多的合作與研究推動RISC-V乃至芯片領域的發展，培養下一代中國信息技術領域的優秀人才。”David Patterson教授表示。

David Patterson教授在第一屆中國RISC-V論壇現場

　　RIOS的陣勢不可謂不大，那么它將如何培育基于RISC-V的開源芯片生態，又將為芯片產業帶來哪些變化?

　　芯片領域的一次革新

　　指令集是芯片的核心和基礎，但這一關鍵領域長期被英特爾的X86架構和ARM的ARM架構所主導。這兩者的IP(知識產權)都歸公司所有，其他企業的使用需要支付高額的技術授權費用。雖然技術的發展一定程度上依托于商業化帶來的利潤，但這也因此導致一部分芯片領域的創新可能被扼殺在搖籃中。

　　RISC-V一開始就選擇了開源的道路，目標就是讓芯片設計更平民化，降低芯片設計的門檻，從而讓更多的人和公司能擁有自己的芯片。

　　更重要的是，RISC-V的出現滿足了新時代的計算需求。隨著人工智能、智能駕駛、智慧城市、物聯網等產業的興起，一款通用芯片平臺很難再滿足不同應用場景的需求，而必須針對不同的場景使用專用的定制化芯片。這也是越來越多非傳統半導體公司，比如Google、阿里、亞馬遜等，都在開發自己的芯片的原因，他們渴求滿足不同場景計算的芯片。

　　RISC-V指令集完美符合新產業的要求。一方面，RISC-V的開源特性大大降低了成本，因為可以免費使用指令集;另一方面允許自由修改，讓任何用戶都能滿足量身定制的需求。另外，RISC-V還采用模塊化設計將其不同部分組織在一起，從而使靈活滿足各種不同的應用成為可能。

　　開源自由的生態、靈活的設計結構，讓RISC-V對半導體行業的革新備受期待。中國工程院院士倪光南就曾公開表示，RISC-V很可能在未來發展成世界主流CPU指令集之一，最終在CPU領域形成英特爾、ARM和RISC-V三分天下的格局。到目前為止，RISC-V基金會成員已有超過1000家，包括了高通、英偉達、Google、阿里、華為等公司。

　　在新的計算需求下，RISC-V或許會成為國內芯片產業追趕前沿的契機，而RIOS實驗室的成立正是順應了這種需求。RIOS在西班牙語里是河流的意思，寓意著RISC-V研究機構將像河流一樣匯聚來自全球的資源和智慧，催生RISC-V生態的發展。

　　Patterson教授在RIOS實驗室成立時曾表示，RISC-V國際開源實驗室，將專注于開源處理器的前沿技術，致力構建基于RISC-V的軟硬件生態體系，從而推動全球RISC-V技術的工業化進程和軟硬件建設。

　　另外，RIOS也將為工業界提供合作的機會和平臺，推動RISC-V在產業的應用。

　　開源社區：芯片人才的培育基地

　　Patterson教授相信RISC-V也可以像Linux一樣，在硬件和芯片設計領域發展出繁榮的生態。當然，RISC-V要發展出未來高科技產業的健康生態，肯定會遇到很多障礙，其中關鍵的一環便是人才。

　　鵬城實驗室主任高文院士在第9次政治局集體學習講解中國新一代人工智能發展的四大優勢和四大短板時，特別提到了中國有大批有潛力的青年人才在快速成長，但高水平人才不足。

　　在RIOS實驗室的關鍵目標中，其中之一正是依托清華-伯克利深圳學院的教育資源和平臺，培養更多CPU以及RISC-V方面的高端技術人才。放眼世界，我們會發現像RIOS這樣的開源實驗室，往往會成為前沿技術領域的人才培養基地和新興行業的助推劑。

　　RIOS為此在2021年1月舉辦的第二屆RISC-V國際開源論壇上，特設了人才培養主題，做完開場主題報告后的Patterson教授、在深圳人才局張林局長主持下、與清華大學鄭泉水院士及香港科技大學李澤湘教授等進行了”開源芯生態培養世界級人才“的精彩討論(后附視頻回放)。

第二界RISC-V國際開源論壇現場

　　Patterson教授根據自己的成長及教育經驗表示，開源是一種很好的技術創新模式和人才培養方式。

　　在開源項目中，學生可以關注到各種軟件的工業版本，看到工程的源代碼，了解到現實中這些軟件是如何動作的。如果開源軟件加入學生的課程中，他們可以據此完成課題，整個教學會高效更有意義。而且開源生態是一個開放的網絡，來自全球的教師與工程師資源都會匯聚其中，學生甚至可以獲得其他院校的支持，從而博采眾長。在芯片這樣高度復雜的領域，開源社區是不可或缺的資源，也是未來創新教育的方向。

　　另一方面，在開源項目中成長起來的學生，可以將自己的研究與產業實踐反哺到開源社區，形成學術與產業的正向循環。

　　“中國的大學為什么總是培養不出大師?”，這就是著名的錢學森之問。作為清華大學錢學森班的主任和創辦首席教授，鄭泉水院士在過去十年探索出了開源模式的解答，尤其是他開放的心態，讓學生去自由探索國際前沿領域，同時讓他們去完成自己感興趣的項目，這些都和開源精神非常一致，跟開源社區的價值觀完全一樣。 鄭院士在RISC-V論壇中分享了用開源的技術和開源社區的模式在清華建立以項目為主的“錢班”教育模式，而以前我們的教育主要是以班為主。

　　錢班以“發掘和培養有志于通過技術改變世界、造福人類的創新型人才，探索回答‘錢學森之問’”為使命。創辦十年來，作為入選國家“珠峰計劃”(基礎學科拔尖學生培養試驗計劃)的唯一工科基礎班，錢班首創了“大工科”創新人才培養新模式——即“課程-研究-社群”(CRC)培養模式。最近鄭院士的“大錢班”-清華深圳”零一學院”建立，旨在打造拔尖創新人才培養的開放性“無界大學”。這與RIOS實驗室提倡的“在社區學習，在開源成長”理念不謀而合。

　　香港科技大學教授李澤湘在RISC-V論壇中分享了一個這樣的例子。他有一個學生在讀書期間通過開源社區中找到了志同道合的伙伴，并且基于開源軟件開發自己的商業產品，后來借助深圳完善的電子產業供應鏈，他們很快開始了成型的機器人產品的設計與研發。他們在產業中的影響力，也進一步推動了相關開源社區的發展。如今，這家公司已經成長為百億美金估值的獨角獸，它就是位于深圳的無人機公司大疆。

　　李澤湘教授認為，開源社區為創新人才的創業提供了前期的準備與經驗，很多人正是在開源項目的啟發下建立了自己的公司。他還特別提到深圳就像我們開源社區的好萊塢，在這里有很多大咖，也有很多藝人，而且在這里有很多的硬件、軟件、開源的生態系統。

　　毫無疑問，開源社區可以讓學生能夠從學校的象牙塔走出去，真正的融入到市場當中，建立自己的事業。而RIOS正在扮演這樣一種角色，或許下一個芯片產業關鍵人物將從這里誕生。

從左往右：馬嵐博士、張林局長、彭啟煌先生、趙峰先生 、高虹教授、高文院士、鐘海主任、劉明博士、曹環副局長、譚章熹博士、樓仙英女士

　　加入RIOS實驗室，開源“創芯”未來

　　2019年10月，著名財經雜志《經濟學人》(The Economist)刊出了“Your own RISC”一文，判斷“像RISC-V這樣的開源硬件也許會在未來十年實現類似開源軟件式的擴張”。RISC-V的發明者與推動者——加州大學伯克利分校在計算機體系結構領域的引領地位，令絕大多數大學和研究機構難以企及。

　　伯克利模式的成功及RISC-V的興起也引起國內學者的反思，李國杰院士在《新時期呼喚新的科研模式》一文中指出，國內陷入了某些科研模式上的思維定勢，并令人不解地走了一條相反的學科發展道路，不斷地拆分學科，另建了好幾個獨立構成上下游的新一級學科，這種“占山頭”的方式難以做出基礎性的重大發明。

　　譚章熹博士是得到Patterson教授體系架構傳承的唯一華人弟子，也是在伯克利參與發起RISC-V項目的核心成員之一。譚博士回憶當年要去伯克利學習體系架構，就是認為當時國內根本沒有體系架構，這次回國創建RIOS實驗室的首要目的就是協助導師幫助中國培養體系架構人才，同時培育開源芯片社區及和加速生態建設、幫助世界各地開發者縮短設計時間和降低芯片成本。在多個場合介紹RIOS時，Patterson教授都會提到當年抗戰時美國志愿者成立“飛虎”隊幫助中國在實戰中建立空軍的例子。伯克利有過多項世界級影響力的深度信息技術開源項目、以及不以論文為目的的產學研辦學模式，這些通過RIOS在中國落地生根、都是當下中國開源界學術界產業界急需的寶貴經驗。

　　RIOS實驗室自招生以來，越來越多的學生加入到RISC-V的研發行列中。RIOS也正在依托清華-伯克利深圳學院的“數據科學交叉學科”項目，開展研究生培養計劃，預計未來五年會培養出近百位半導體人才，包括研究生、博士以及博士后。

　　RIOS的教學資源繼承了伯克利幾十年來在計算機體系結構領域領先的課程體系，包括現代主流微處理器的設計理念和原則，CPU的各個主要模塊的設計和優化，性能模型的搭建，處理器微體系結構，指令集設計，流水線，亂序和推測執行，超標量，超長指令字(VLIW)，矢量和多線程處理器，緩存和浮點單元，多處理器的矢量化，同步，內存模型和緩存一致性協議等。課程的項目試驗會實現一個基于RISC-V指令集的CPU以及一個對應的性能測試模型，包括功耗，性能和片上面積等指標。RIOS的教育生態建設目標遠大，和業界及學界的廣泛深入合作及聯合人才培養計劃也正在推進中，TBSI架構下RIOS獨有的國際開源稀缺資源、甚至能為學生們提供世界最先進理念的流片機會。

　　顯而易見，要解決芯片技術及生態面臨的挑戰，僅靠RISC-V等技術是不夠的，還是需要RIOS這樣的實驗室，通過有組織的方式讓產業界和學術界共同去解決技術問題，打通整個鏈條，促進芯片生態的成熟。

　　未來是計算架構的黃金十年”，引領未來的是少年天才們，他們或許就在由圖靈架構大師親自領銜的國際開源實驗室成長為未來的大師。面向未來，期待博士博后、高級工程專家、天才少年們一起加入RIOS這個“大圖靈班”，探索新計算模式，找到領先世界的下一代計算架構。