RIOS实验室：培育开源芯生态，培养世界级人才 _实验室

芯片是新时代的石油，一直是高科技领域的必争之地，随着人工智能等新兴技术的发展，各领域的智能产品越来越多，市场对芯片的需求在变化，需求量也在增加。行业需要灵活易用、开源的新芯片结构。在这样的背景下， RISC-V诞生了。RISC-V最初由伯克利加利福尼亚大学的计算机科学部门开发，旨在为今后50年的计算设计和创新服务。它是由精简指令集RISC发展而来的开源指令集架构，相当于一套芯片设计规则，基于该指令集，用户可以根据需求开发自己的处理器。

RISC-V开源及可定制化的特点，让它被视为半导体行业的一股新风，因而备受关注。

2019年11月，为了进一步推进RISC-V的推广， RIOS实验室RISC-VInternationalonalourcelatory正式成立。RIOS实验室设在加利福尼亚大学伯克利分校和清华大学共同设立的清华伯克利深圳学院TBSI ， RISC的创始人、RISC-V基金会的创始人、2017年图灵奖得主David去Patterson教授亲自担任实验室主任。

我们认为RIOS实验室的使命使硬件人才不断吸引深圳，通过更多的合作和研究推进RISC-V甚至芯片领域的发展，培养下一代中国信息技术领域的优秀人才。DavidPatterson教授说。

DavidPatterson教授在第一届中国RISC-V论坛现场

RIOS的势头并不大。如何培养基于RISC-V的开源芯片生态，给芯片产业带来什么变化？

芯片领域的一次创新

指令集是芯片的核心和基础，但这一关键领域长期以英特尔的X86架构和ARM的ARM架构为主。两者的IP（知识产权）都归公司所有，其他企业的使用需要支付高额的技术授权费用。技术的发展在一定程度上依赖于商业化带来的利益，但由此可能会杀死一些芯片领域的创新。

RISC-V一开始就选择了开源之路，目标是让芯片设计更加平民化，降低芯片设计的门槛，让更多的人和公司拥有自己的芯片。

【RIOS实验室：培育开源芯生态，培养世界级人才】更重要的是， RISC-V的出现满足了新时代的计算需求。随着人工智能、智能驾驶、智能城市、物联网等产业的兴起，通用芯片平台难以满足不同应用场景的需求，必须对不同场景使用专用的定制芯片。这也是越来越多的非传统半导体公司，如谷歌、蚂蚁、亚马逊等开发自己芯片的原因，他们渴望满足不同场景计算的芯片。

RISC-V指令集完美符合新产业要求。另一方面， RISC-V的开源特性大幅度降低了成本。因为可以免费使用命令集，另一方面可以自由修改，任何用户都可以满足定制的需求。另外， RISC-V还采用模块化设计将其不同部分组织在一起，从而使灵活满足各种不同的应用成为可能。

开源自由的生态、灵活的设计结构，让RISC-V对半导体行业的革新备受期待。中国工程院院士倪光南公开表示， RISC-V将来很可能成为世界主流的CPU命令集之一，最终在CPU领域形成了英特尔、ARM和RISC-V三分之一的世界结构。迄今为止， RISC-V基金会成员超过1000家，包括高吞吐量、英伟达、谷歌、蚂蚁、华为等公司。

在新的计算需求下， RISC-V或许会成为国内芯片产业追赶前沿的契机，而RIOS实验室的成立正是顺应了这种需求。RIOS在西班牙语里是河流的意思，寓意着RISC-V研究机构将像河流一样汇聚来自全球的资源和智慧，催生RISC-V生态的发展。

Patterson教授在RIOS实验室成立时表示， RISC-V国际开源实验室专注于开源处理器的最先进技术，致力于构建基于RISC-V的硬件和软件生态系统，推进世界RISC-V技术的工业化进程和硬件和硬件建设。

此外， RIOS还将为行业提供合作的机会和平台，推动RISC-V在行业中的应用。

开源社区:芯片人才培养基地

Patterson教授相信RISC-V也能像Linux一样在硬件和芯片设计领域发展出繁荣的生态。当然， RISC-V要发展未来高科技产业的健康生态，一定会遇到很多障碍。其中重要环节是人才。

鹏城实验室主任高文院士在第九届政治局集体学习说明中国下一代人工智能发展的四大优势和四大短板时，特别提到中国有潜力的青年人才迅速成长，但缺乏高水平人才。

在RIOS实验室的要目标之一是依靠清华伯克利深圳学院的教育资源和平台，培养更多的CPU和RISC-V高级技术人才。纵观世界，我们会发现RIOS这样的开源实验室，往往会成为前沿技术领域的人才培养基地和新兴行业的助推剂。

RIOS在2021年1月举办的第二届RISC-V国际开源论坛上，设立了人才培养主题，完成开始主题报告后的Patterson教授，由深圳人才局张林局长主持，与清华大学郑泉水院士和香港科技大学李泽湘教授等进行了开源核心生态培养世界级人才的精彩讨论。

第二界RISC-V国际开源论坛现场

Patterson教授根据自己的成长和教育经验，开源是一种良好的技术创新模式和人才培养方式。

在开源项目中，学生可以关注各种软件的工业版本，查看工程源码，了解现实中这些软件是如何工作的。如果开源软件加入学生课程，可以根据这个完成课题，整个教学会更有效率更有意义。此外，开源生态是一个开放的网络，来自世界各地的教师和工程师资源将聚集在一起，学生甚至可以得到其他机构的支持，从而吸引所有人。在芯片这样一个高度复杂的领域，开源社必不可少的资源，也是未来创新教育的方向。

另一方面，在开源项目中成长的学生可以将自己的研究和产业实践反馈给开源社区，形成学术和产业的正向循环。

中国大学为什么总是不能培养大师？这是着名的钱学森的问题。作为清华大学钱学森班的主任和首席教授，郑泉水院士在过去十年中探索了开源模式的答案，特别是他开放的心情，让学生自由探索国际最前沿领域，同时让他们完成自己感兴趣的项目，这些都与开源精神非常一致，与开源社区的价值观完全相同。郑院士在RISC-V论坛上分享了以开源技术和开源社区的模式，在清华设立了以项目为中心的班级教育模式，以前我们的教育主要以班级为中心。

钱班通过技术发掘和培养有意改变世界、给人带来利益的创新型人才，探索回答lsquo的钱学森的问题rsquo的使命。创立十年来，作为入选国家珠峰计划(基础学科拔尖学生培训考试计划)的唯一工科基础班，钱班首次开创了大工科创新人才培养新模式课程研究-社区(CRC)培养模式。近日，郑院士大钱班-清华深圳零一学院成立，旨在打造拔尖创新人才培养的开放性无界大学。这与RIOS实验室提倡的社区学习、开源成长理念不一致。香港科技大学教授李泽湘在RISC-V论坛上分享了这样的例子。他的一个学生在读书期间通过开源社区找到了志同道合的伙伴，根据开源软件开发了自己的商业产品，之后利用深圳完善的电子产业供应链，很快就开始了成型机器人产品的设计和开发。他们在产业中的影响力，也进一步推动了相关开源社区的发展。现在这家公司已经成长为百亿美元评价的独角兽，是位于深圳的无人机公司的大疆。

李泽湘教授认为，开源社区为创新人才创业提供了前期的准备和经验，很多人在开源项目的启发下成立了自己的公司。他特别提到深圳就像我们开源社区的好莱坞，这里有很多大咖啡，艺人也很多，而且这里有很多硬件、软件、开源生态系统。毫无疑问，开源社区可以让学生走出学校的象牙塔，真正融入市场，建立自己的事业。RIOS发挥着这样的作用，下一个芯片产业的重要人物可能会从这里诞生。

左右:马岚博士、张林局长、彭启煌先生、赵峰先生、高虹教授、高文院士、钟海主任、刘明博士、曹环副局长、谭章熹博士、楼仙英先生

加入RIOS实验室，开源创核心未来

2019年10月，着名财经杂志《经济学家》(The先生)发表了Yourown指定RISC一篇文章，判断RISC-V这样的开源硬件可能在未来10年内实现类似开源软件的扩张。RISC-V的发明者和推进者加利福尼亚大学伯克利分校在计算机系统结构领域的领导地位，使大多数大学和研究机构无法企及。

伯克利模式的成功和RISC-V的兴起也引起了国内学者的反省，李国杰院士在《新时期呼唤新的科研模式》一文中指出，国内陷入了一些科研模式的思维势头，走了相反的学科发展道路，不断分割学科，建立了一些独立构成上下游的新一级学科

谭章熹博士是继承Patterson教授体系结构的唯一中国人弟子，也是伯克利开始RISC-V项目的核心成员之一。谭博士回忆说，当时去伯克利学习系统结构，认为当时国内没有系统结构，这次回国建立RIOS实验室的首要目的是帮助领导人培养中国系统结构人才，同时培养开源芯片社区，加快生态建设，帮助世界各地开发人员缩短设计时间，降低芯片成本。在许多场合介绍RIOS时， Patterson教授提到当时抗战时美国志愿者成立虎队帮助中国在实战中建立空军的例子。伯克利有很多世界性的影响力深刻的信息技术开源项目，以及不以论文为目的的的产学研究学校模式， RIOS在中国扎根，是目前中国开源界学术界行业所需要的宝贵经验。

RIOS实验室自招生以来，越来越多的学生加入RISC-V的研发行列。RIOS也依托清华伯克利深圳学院的数据科学交叉学科项目，开展研究生培养计划，预计今后5年将培养近100名半导体人才，包括研究生、博士和博士。

RIOS的教育资源继承了伯克利数十年来在计算机系统结构领域领先的课程系统，包括现代主流微处理器的设计理念和原则、CPU各主要模块的设计和优化、性能模型的构建、处理器微系统结构、指令集设计、流水线、乱序和推测执行、超标、长指令字(VLIW)、矢量和多线程处理器、缓存和浮点单元、多处理器矢量化、同步、内存模型和缓存一致性协议等。课程的项目试验实现了基于RISC-V命令集的CPU和对应的性能测试模型，包括消耗电力、性能和片面面积等指标。RIOS的教育生态建设目标远大，与业界和学界的广泛合作和联合人才培养计划也在推进中，在TBSI结构下RIOS独特的国际开源不足资源，为学生们提供世界最先进理念的流通电影机会。

很明显，为了解决芯片技术和生态面临的挑战，仅靠RISC-V等技术是不够的，还是需要RIOS这样的实验室，通过有组织的方法让行业和学术界共同解决技术问题，通过链条整体，促进芯片生态的成熟。

未来是计算结构的黄金十年，领导未来的是少年天才们，他们可能是图灵结构大师亲自领导的国际开源实验室成长为未来大师。面对未来，期待博士博后、高端工程专家、天才少年们一起加盟RIOS这个大图灵班，探索新的计算模式，找到领先世界的新一代计算架构。