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揭秘支撐中國晶片自立雄心的RISC-V技術

在日益受到美國技術出口限制的背景下,一種在美國誕生的、定義計算機處理器工作方式的架構可能成為中國科技公司發展晶片的跳板。


RISC-V 技術提供一種開放性的簡易方式來運行個人電腦、智能手機和服務器的處理器。 圖:Wikipedia
RISC-V 技術提供一種開放性的簡易方式來運行個人電腦、智能手機和服務器的處理器。 圖:Wikipedia

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一種在美國誕生的、定義計算機處理器工作方式的架構可能成為中國科技公司發展晶片的跳板,這些公司購買美國半導體產品面臨著美國越來越多的限制。

RISC-V 技術提供一種開放性的簡易方式來運行個人電腦、智能手機和服務器的處理器。它成為最新的競爭對手,挑戰英特爾公司(Intel Corp., INTC)和 Arm Holdings Ltd. (ARM)長期佔主導地位的兩種專有架構;Arm 是一家英國公司,被美國圖形晶片製造商英偉達公司(Nvidia Inc., NVDA)在去年9月份同意以400億美元收購。

該標準在全球範圍激發了廣泛的興趣,早期用戶包括中國在線零售和科技巨頭阿里巴巴集團控股有限公司(Alibaba Group Holding Limited, 9988.HK, BABA, 簡稱:阿里巴巴),該公司開發了一些業內人士認為性能最高的 RISC-V 晶片。阿里巴巴稱,該公司正在其數據中心使用該晶片進行人工智能計算,並在銷售該晶片的一些版本。

業內高管和分析師表示,RISC-V (發音為 risk five)的廣泛採用有望為中國加快結束對西方晶片技術依賴的行動打開大門,將威脅到Arm的許可收入,並可能幫助現有晶片製造商的新競爭對手崛起。

行業諮詢分析公司 International Business Strategies Inc. 首席執行官 Handel Jones 稱:「中國想要擁有自己的晶片架構,同時還是無需支付許可費的晶片架構。所以我們觀察到 RISC-V 技術在華發展強勁。」

像 RISC-V 這樣的晶片架構提供了一種語言,用於將軟體指令翻譯成處理器執行發送電郵、玩遊戲等任務所需要的計算指令。這些基礎指令在很大程度上是由英特爾和 Arm 定義的,英特爾基於 x86 的晶片在個人計算機和服務器上佔據主導地位;而 Arm 公司則授權蘋果公司(Apple Inc., AAPL)等公司使用其架構,並允許這些使用者修改代碼,通過這種方式 Arm 主導了智能手機和其他移動設備領域。

RISC-V是開源性晶片架構,這意味著其技術細節是公開的,修改也是公開的。該技術在性能上仍遠遠落後於英特爾和Arm公司目前提供的晶片;阿里巴巴稱其晶片水平相當於幾年前的手機處理器。但該標準的支持者(其中包括美國知名研究人員和大公司)則希望其對硬件領域起到的作用能像相關開源運動對軟體的作用那樣,將權力從現有巨頭手中轉移出來,讓對現代計算能力的探索更加民主化。

RISC-V 架構背後的先驅之一 David Patterson 稱,這個願景激勵著人們繼續前進,因為他們認為這是一項長期考量。雖然這項技術可能不如替代品那樣成熟,但他稱,該技術發展前景無限。

RISC-V 的工作起源於加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley),可以追溯到大約10年前,但英偉達今年具有裡程碑意義的收購以及中美之間的技術較量正在激發新的興趣。

該架構的採用速度已在加快。RISC-V International 是推廣該架構的一個團體,其首席執行官 Calista Redmond 表示,該團體的成員數量去年攀升了64%,達到750多個。Redmond 表示:「它正在從(研發)部門向外轉變,我們要造一些真正的東西,看看性能如何。」

對中國來說,這項技術提供了一個框架,可以幫助中國免受美國出口限制。華盛頓在2019年將中國電信設備巨頭華為技術有限公司(Huawei Technologies Co.)列入出口黑名單,並試圖限制其他大型中國晶片公司,包括晶片製造巨頭中芯國際集成電路製造有限公司(Semiconductor Manufacturing International Co., SMICY, 0981.HK, 688981.SH 簡稱﹕中芯國際),後者在去年12月被列入出口黑名單。在華為被美國列入黑名單後,Arm 暫時停止了與華為的合作,這進一步引發了中國的擔憂。

光靠 RISC-V 並不能解決中國晶片對外國供應商的依賴。中國仍然依賴其他外國技術,包括關鍵的晶片設計軟體和製造工具。

一些美國官員對中國採納這一標準持警惕態度。RISC-V 的開發從五角大樓研究部門國防高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency, 簡稱:DARPA)獲得了一定的支持,最初是作為一種供學術界從事項目工作的工具,無需為專有系統支付專利費。隨著美國對中國技術實力的擔憂日益加劇,一些官員擔心中國獲得包括 RISC-V 在內的開源項目的成果會給該國帶來優勢。

DARPA 負責半導體項目的項目經理 Serge Leef 表示:「是不是說我在這些技術上助了中國一臂之力,因為他們現在可以節省20年的工程時間,並在一夜之間趕上西方技術?並非沒有可能。」

RISC-V 的支持者表示,中國的採用率已經很高,同時該架構也正在歐洲和美國迅速滲透,其背後的基金會成員大致在北美、亞太和歐洲地區平均分佈。

監督 RISC-V 的全球機構去年從美國遷至瑞士。Patterson 是北京清華大學一個以 RISC-V 為重點的實驗室負責人,他說,此舉意在解決成員們擔心其工作可能被美國出口限制影響的問題,但這並不是對中美貿易爭端的直接回應。

上海的晶片工程師郭雄飛(Alex Guo)是 RISC-V 基金會一個地區工作組的聯席主席,他說,中國各地方政府之間爭奪科技領導地位的競爭推動了 RISC-V 的發展。郭雄飛稱,推動力量還包括 Arm 許可證費用,以及 RISC-V 更容易配置這一事實,因為它是開源的。

Arm 對此不予置評。

英偉達收購 Arm 的計劃引起了業界高管的擔憂,他們擔心英偉達可能會提高 Arm 技術的授權成本,或者出於競爭原因干涉 Arm 與其他公司的關係。英偉達已經表示不會這麼做,但競爭對手則將 RISC-V 視為一種保險。

移動晶片巨頭高通公司(Qualcomm Inc., QCOM)和韓國的三星電子(Samsung Electronics Co., 005930.SE)已將 RISC-V 納入部分智能手機旗艦晶片。到目前為止,RISC-V 現有的商業應用中,很大一部分僅限於微控制器;微控制器嵌入到功能更強大的系統中來執行特定領域的任務,比如從鍵盤獲得的路由數據。

RISC-V 標準監督團體的董事會成員、數據存儲巨頭 Western Digital Corp. 的高級主管 Zvonimir Bandic 說:「我們正在把目光放得更遠一點。」 Western Digital 正在處理進出其驅動器的數據的晶片中使用 RISC-V。該公司的目標是在五年左右的時間裡讓高端計算機使用該標準。

英文原文:China’s Chip-Independence Goals Helped by U.S.-Developed Tech

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