当前位置：首页 > 半导体行业 > 半导体行业故事 > 正文内容

开源芯片革命的起源与未来

博主2025-09-29半导体行业故事12

开源芯片革命是近年来计算架构领域一场引人注目的变革，它正试图改变由传统闭源架构（如x86和ARM）主导的处理器市场格局。下面我将从起源、现状和未来三个维度，为你梳理这场变革的发展脉络。

下面是开源芯片发展过程中的一些关键时间节点，帮助你快速了解：

? 开源芯片革命的起源、现状与未来

? 开源芯片的起源

开源芯片的概念虽然近几年才兴起，但其精神内核早已孕育。早在2010年，加州大学伯克利分校的研究人员为了学术研究的便利，发起了一个全新的开源芯片架构项目——RISC-V（读作“risk-five”）。这个项目最初是作为教学和研究工具，其指令集设计干净、简单、现代，并且没有知识产权的纠缠。开放的模式允许研究人员自由构建芯片、扩展架构并探索新的指令，其简单性甚至使得研究生都能参与设计。

伯克利分校的研究团队对RISC在公共领域的权限放得很松，这吸引了其他人开始使用它。结果，学术界和研究人员围绕RISC-V逐渐建立了一个生态系统。随后，伯克利团队成立了基金会，为正式化发展和社区参与奠定了基础。在2014年的Hot Chips大会上，RISC-V被推向公众视野，从此项目像滚雪球一样发展成为一场国际运动。

需要指出的是，RISC-V并非第一个开源硬件项目。在它之前，已有Open Cores等站点允许开发者“查看、下载、重用和共享门户软件设计”，但多数项目或是晦涩的学术项目，或是被称为“废弃设计”的停产IP，缺乏强大的社区支持。其他开放式CPU架构还包括IBM Power和Sun Microsystems/Oracle的SPARC（如OpenSPARC项目始于2005年），以及为欧洲航天局开发的LEON CPU核心。然而，这些项目的影响力相对有限，往往因为最初的公司不愿将控制权交给设计社区，或高度依赖单一公司的支持而未能广泛普及。

? 开源芯片的当前发展

如今，开源芯片生态，特别是RISC-V，已经取得了显著的发展，并呈现出以下特点：

生态系统日益成熟

RISC-V International（其总部已迁至瑞士日内瓦，象征中立立场）作为推动核心，将RISC-V描述为一个开放的标准架构，是指令集和行为规范，开发到某个点后便冻结，公司可以在此基础上添加扩展。该基金会声称已有50个委员会在设计和生态系统的各个方面工作。市场研究公司Mercury Research的数据指出，2023年RISC-V在全球处理器市场的占有率已经达到了10%，预计到2030年将形成一个900亿美元的大市场。

技术性能持续提升

RISC-V架构因其灵活性和可扩展性，在人工智能、物联网、自动驾驶等新兴领域受到青睐。科技巨头如Nvidia和Alibaba已开始在产品中采用RISC-V。专注于RISC-V的商业公司（如SiFive）推出了高性能的IP产品，例如其第二代Intelligence系列（包括X160 Gen 2、X180 Gen 2等），这些产品增强了标量、矢量和矩阵计算能力，专为现代AI工作负载优化，旨在加速边缘计算、物联网、汽车、自动化机器人等领域的应用。

设计门槛显著降低

开源芯片的发展不仅在于架构本身，还在于整个设计流程的开放。谷歌与SkyWater Technology以及GlobalFoundries合作，发布了130nm、90nm和180nm工艺的开源工艺设计套件（PDK）。PDK是将电阻晶体管逻辑电路（RTL）转化为物理芯片的关键步骤，通常需要从代工厂获取并支付高额费用。谷歌在Apache 2.0许可下发布这些PDK，并在两年内获得了超过350个独特设计提交，其中约240个是免费制造的，极大地降低了芯片设计的门槛和成本。

业界支持与协作加强

越来越多的科技公司认识到开放合作的价值。多家科技巨头联合推出了“开源芯片倡议”，旨在通过开源代码推动芯片技术创新与应用。这种合作模式希望通过社区的智慧快速迭代和改进产品，降低中小企业的进入壁垒，提升市场竞争力。

? 开源芯片的未来展望

展望未来，开源芯片的发展前景广阔但仍面临挑战：

未来机遇

打破垄断与新生态构建：开源芯片，特别是RISC-V，被视为打破ARM和x86长期市场垄断的重要力量。中科院计算所副所长包云岗指出，构建新的生态是破解我国处理器芯片大量进口（2022年处理器芯片进口额达两千多亿美元）局面的关键，而RISC-V带来了这样的机遇。开源模式有望降低整个芯片设计行业的成本，提升企业竞争力。
应用场景持续扩张：随着AIoT、边缘计算、智能驾驶、人形机器人等领域的飞速发展，对高性能、低功耗、定制化处理器的需求将持续增长。RISC-V的灵活性使其非常适合这些多样化的应用场景。例如，GGII预测到2035年全球人形机器人市场规模将超过4000亿元，这将为开源芯片带来巨大市场空间。
技术融合与创新加速：开源芯片生态系统将促进与其他技术的融合。例如，一个名为libreSoC的组织正在开发基于RISC-V的开源GPU，目标是实现CPU、VPU和GPU的混合。Linux基金会发起的“芯片联盟”（CHIPS Alliance）也计划与RISC-V International合作，标准化开放、统一的内存一致性总线，用于数据量大的应用程序。
开源理念深入硬件领域：正如开源软件已成为软件领域的主流（96%的软件包含开源代码，比例高达77%），开源在硬件领域（目前比例几乎为0）也有巨大的发展潜力和空间。这预示着开源芯片的理念将进一步普及，降低创新门槛。

面临挑战

生态系统的完善：虽然RISC-V生态系统发展迅速，但与ARM和x86等成熟生态相比，其在软件开发工具、中间件、专业人才库等方面仍有差距。需要更多的产学研合作来共同推动产业成熟。
碎片化问题：RISC-V的一个潜在问题是指令集的碎片化。虽然基本体系结构足以应对标准化软件开发，但如何平衡开放性与标准化，避免过度碎片化导致软件兼容性问题，是社区需要持续关注和解决的。
性能与高端竞争：目前开源架构的成功大部分还集中在微控制器等领域。要向高性能应用（如数据中心处理器）领域拓展，并与根深蒂固的ARM生态系统竞争，需要在绝对性能、先进工艺支持、高带宽内存等方面持续投入和突破。
商业模式与可持续发展：如何构建可持续的商业模式对于开源硬件项目的长期成功至关重要。虽然RISC-V标准本身是开放的，但基于它的CPU设计不一定都是开放或免费的。企业需要探索通过设计服务、提供定制化和支持的专业IP等方式获利，类似Red Hat在开源软件领域的成功模式。