RISC-V：“中国芯”的新选择

　　在地下停车场“游荡”了10多分钟，找到并扑进自己车里锁好车门后，小张才发现了自己的后背已经洇湿了。

　　这是一个偏离城区的大型会议中心，因为和主办方临时谈点事儿，她来到停车场时，位于地下三层的停车场已经没了人影，连保安都不知躲哪去了。偌大的停车场内自己的车却不知在哪儿。因为手机信号基本上没有，所以也无法借助定位系统寻找车辆，于是才有了上面的一幕。

　　随着技术的进步，类似的窘境可能会被“终结”。近日，针对室内定位“痛点”，知路导航发布全球首款基于RISC-V（第五代精简指令集）开源架构的音频定位芯片（Kepler A100），将室内定位精度提升至0.4米。

　　“这个芯片主要未解决室内定位难题。”武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任、知路导航科技有限公司董事长陈锐志对《中国科学报》说，“比如商场、展览馆、高铁站、航站楼内部导航和定位问题。”

　　随着生活场景越来越复杂，高精度室内定位慢慢的变成了我们生活中导航的盲区。为解决此类问题，陈锐志团队在科技部“十三五”重点研发计划项目“高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS（地理信息系统）技术”的基础上，经过技术开发和成果产业孵化，近日面向全球发布Kepler A100，提供了室内高精度定位的中国方案。

　　该技术已突破消费级智能终端室内高精度定位“卡脖子”技术，具有自主可控、精准定位、容易布设、手机接入、无限并发、保护隐私等六大特性。不久前，在科技部项目指标第三方进行的测评中，其音频定位系统的静态定位精度达到0.4米，移动目标的定位精度为0.58米。

　　“我们已在南京南站、杭州东站、白云机场来测试和示范。”陈锐志说，“将来在地下停车场中，如果布置有这种芯片的定位发射器，再结合较详细的停车场位置图，就能够最终靠手机App或微信小程序，精准地导航到我们的车旁。”

　　在南京南站落地的测试中，信号覆盖从地下停车场、站台到候车厅全场景56万平方米。将来在会展中心、高铁站、机场、医院、商场、学校等有室内定位需求的地方，用户都能够直接进行精准导航定位。

　　陈锐志介绍说，定位导航类芯片涉及较为敏感的地理信息，也是导航类App、室内地图应用等产业生态的基础。为避开使用ARM架构出现“卡脖子”问题，团队选择了基于RISC-V架构开发芯片，在测试过光线、超宽带、蓝牙阵列等信号定位方式后，他们最终选择音频信号并成功开发出完全自主知识产权的基于RISC-V的音频定位芯片。

　　“RISC-V是个新的开源指令集，在此基础上开发芯片难度要大很多。”陈锐志说，“因为可用的芯片开发资源（如开源IP）相对较少，要自己开发的部分很多。经过1年多努力，我们终于把这个能‘绿色发展’的芯片做了出来。”

　　RISC-V是一种开放的指令集规范，而指令集通常以文档、手册的形式发布。

　　2010年，美国加州大学伯克利分校两个研究团队准备启动一个新项目，要选择一种处理器指令集。他们分析了ARM、MIPS、SPARC、X86等多个指令集后，发现它们不仅设计复杂，还存在知识产权问题，于是研究团队决定从零开始设计一套全新的指令集。

　　2011年5月，第一版RISC-V指令集发布。新指令集能满足从微控制器到超级计算机等各种尺寸的处理器要求，高效地实现各种微结构，还能支持大量的定制与加速功能，和现有软件栈与编程语言很好地适配。最重要的一点就是稳定——不会改变，不会消失。

　　“指令集是软件和硬件之间的接口，是一套标准规范。我们大家可以根据这套规范去设计处理器芯片和对应的软件系统，并最终形成产品。”中国科学院计算技术研究所副所长、中国科学院大学教授包云岗告诉《中国科学报》，“软件和硬件的关系恰如螺母和螺钉。把软件看作螺母，硬件看作螺钉，那么指令集就是螺母和螺钉之间对接的尺寸规范。螺母和螺钉都按照相同的尺寸，即同一个规范去设计，即使是由不同的厂商来生产，也能够保证最终所有的螺母都能拧到螺钉上。”

　　基于X86、ARM或RISC-V指令集，能够直接进行处理器微架构设计并形成源代码，通过流片最终形成芯片产品。在芯片上游设计环节，中国有海思半导体、紫光展锐等，但目前过多依赖ARM架构，要设计出高端芯片，必须要拿到ARM芯片架构授权。在美国干预下，ARM一度停止对华为提供最新ARM架构。

　　目前，国际上围绕RISC—V的研究慢慢的变多，国内成立了RISC-V协会，一些企业也基于RISC-V开发芯片。随着各大科技公司加码对芯片自研的投入，中国RISC-V呼之欲出，中国芯片产业或许会出现全新面貌。

　　“芯片是信息技术的引擎，随着摩尔定律濒临终结，维持芯片技术创新面临挑战。”包云岗说，“开源芯片设计将是应对挑战的新思路之一。”

　　最近，匹兹堡大学 NSF 空间、高性能和弹性计算中心 （SHREC） 研究人员在2021 年 IEEE 空间计算会议上展示了他们用于空间计算的 RISC-V 架构，并被授予空间计算研究最佳论文奖。

　　“RISC-V是开源的，且受益于协作开发。”该论文的第一作者、SHREC电气和计算机工程博士 Michael Cannizzaro 说，“RISC-V可用在所有空间系统——从导航、图像处理到通信和机器学习。在不久的将来，我们大家可以看到使用这项技术开发的所有新系统。”

　　基于RISC-V指令集规范，既可以由开源社区来开发开源免费版的处理器实现，也可以由商业公司开发收费授权版的处理器实现。国内目前基于RISC-V开发的芯片有平头哥玄铁910、芯来科技N200核、优矽科技WH（渭河）系列芯片等。今年5月，华为海思也宣布新的自研芯片采用RISC-V架构，同时适配鸿蒙OS系统。

　　今年6月，首届RISC-V中国峰会在上海举行。会上，包云岗团队推出“香山”开源高性能RISC-V处理器核。它第一版架构代号“雁栖湖”，基于28纳米工艺流片。这标志着在中科院计算所、鹏城实验室的技术上的支持下，国内发起的高性能RISC-V处理器开源项目正式诞生。

　　在RISC-V加速器和专用处理器领域，中科院计算所泛在计算团队开展了基于RISC-V核心的轻量级神经网络处理器的研究，探索了RISC-V核心在物联网设备中的应用。上海交通大学北斗导航与位置服务重点实验室则开展了基于RISC-V指令集的基带处理器扩展研究项目。

　　从“单点突破”到“遍地开花”，RISC-V处理器核心将打通国内芯片上下游企业，为国内芯片制造提供新的选择。

　　“只有RISC-V还不够。”包云岗说，“还需要开发基于RISC-V的开源工具链、开源IP、开源SoC等，才能形成完整的开源芯片生态。这需要更多支持开源芯片的力量参与并作出贡献。”

　　白皮书除前言和结束语外分为六个部分，分别是新时代中国能源转型之路、厚植能源绿色消费的底色、加快构建能源供给新体系、全力发展能源新质生产力、推进能源治理现代化、助力构建人类命运共同体。

　　全国农田建设现场会28日在内蒙古自治区巴彦淖尔市召开。会议强调，要坚决扛起抓好高标准农田建设的政治责任，认真开展高标准农田建设工程质量“回头看”和专项整治行动，

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　　按全国卫星导航定位基准站建设和服务“一张网”要求，整合自然资源系统卫星导航定位基准站资源的全国北斗高精度导航定位服务平台已经开通试运行。

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