花谷歌的钱来造自己的开源芯片？

在之前的一系列开源造芯报道中，我们已经多次谈及了谷歌正在开展一个开源社区的半导体项目Open MPW，帮助开发者将自己的开源芯片设计成功流片，今天我们就来深度剖析下这一项目。该项目中，谷歌选择了与SkyWater代工厂和Efabless合作，提供一份完全开源的PDK和相关工具链。Open MPW为用户提供的是SkyWater的130nm工艺，虽然看似没那么先进，但足以完成不少开源芯片的设计目标了。

MPW的由来

其实对于开源/独立项目开发者，或是高校师生来说，一般都不会有足够的财力去完成芯片流片，为了节省成本，MPW应运而生。MPW，也就是多项目晶圆，这类生产方式就是将多个相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆上流片，代工厂制造完成后即可得到不同的样片，方便工程师进行进一步的验证。这种操作大大降低了制造成本，多用于高校研究项目流片和芯片初创企业的验证，而不会用于商用芯片的量产。

以坐落在美国科罗拉多州的一家小公司Muse Semiconductor为例，他们的Cybershuttle MPW可以独家提供台积电的工艺。Muse声称支持台积电的所有工艺的正常流片，不过对于专注于减少成本的MPW来说，他们指出16nm到180nm更受用户欢迎。至于5nm、7nm之类的先进工艺，其产能主要还是用于台积电的大客户项目，而且价格不菲，所以用上这类工艺的MPW并不算多。

真有这么好的事，那么参与这类项目就能让台积电帮我完成流片了，还能用到5nm工艺？当然没有那么简单，这类MPW项目也不是做慈善，我们还是拿Muse的MPW项目来举例。参与这类MPW项目需要签署两份协议，一份是互相保密协议，第二份则是Muse、台积电和客户的三向保密协议。只有签署了这些协议，用户才能用到台积电的PDK、设计规则说明。如果你想要用到台积电自己的IP，比如标准单元库、I/O库和内存的话，还要再签署一份技术使用总协议。所以啊，如果你手头是一个开源项目的话，与这类MPW项目往往是八字不合的。

台积电MPW定价 / Muse Semiconductor

不仅如此，虽说MPW的项目意在为初创公司和高校研究人员减少成本，但哪怕稍稍先进一点的工艺也不便宜，比如Muse的MPW给台积电28nm的定价就是13000美元/mm2。如此看来哪怕是2mmx2mm的小封装尺寸芯片，要想流片也得花一笔不小的钱。当然了，这个价格也会随着代工成本的波动而变化，在2018年同样工艺的定价可是14000美元/mm2，至于16nm这样的成熟工艺的话，2020年的价格是24000美元/mm2，现在已经涨到了26500美元/mm2，可见如今成熟工艺的成本已经有所降低，但先进工艺由于产能有限和材料/制造设备成本的提高，反倒还加价了。

Open MPW，真有免费的午餐？

谷歌近日在其开发者平台正式上线了Open MPW的页面，而项目本身已经进行到了第六期，6月8日也是第六期提交设计的截止日期，如果对此感兴趣的话可以等待下一期。提交的开源设计项目也都多种多样，既有圣迭戈加州大学的研究项目，也有芯片设计视频教程制作者的实操项目，甚至还有土耳其政府下集成电路设计实验室的项目，具体设计也是RISC-V芯片、FPGA、8位CPU、存内计算芯片应有尽有。

Open MPW第五期部分项目 / Efabless

从商用角度来看，这些项目的实现价值可能不高，但若是从开源研究的角度来看，Open MPW给到了一个从理论、设计到验证的机会。对于学习集成电路设计的学生来说，这可能是他们在参加工作之前拿到自己设计芯片的一次宝贵机会。

Open MPW提供的开源工具链 / 谷歌

当然了，在Open MPW接受你的设计之前，还要进行一定的预检查，确保满足要求。比如该项目所用到的第三方IP和对应的正确授权，GDSII和网表文件，以及DRC检查等，Open MPW提供的工具中也有OpenLane这样的软件帮你实现自动化的RTL到GDSII流程。

MPW虽然降低了成本，但生产芯片可不是凭空造的，在Open MPW中，这笔钱由谁出呢？之所以SkyWater和Efabless愿意开展该项目，当然也是因为有谷歌的资助。芯片从晶圆制造到封装的所有费用都由谷歌承包了，连运费都一并算在内，可以称得上是真免费的午餐了。不过如果是运到美国之外的话，如果产生了关税费用还是得由用户承担的。唯一的缺陷可能也就是流片周期要长于Muse这类商用MPW项目了，这也是为何从去年到现在才进行了六期的原因，而Muse的Cybershuttle由于可用工艺多，基本上可以保证每月都有流片，

由于这是美国本土代工厂SkyWater造出来的芯片，用户也还是需要签订协议的。不过别担心，这里的协议并非台积电等大厂的保密协议，而是一些简单的用户协议，以及出口协议而已，比如依照用户设计造出来的芯片没有受到美国出口管制之类的。

不过都已经是开源设计了，再加上130nm的工艺，怎么也不会被出口管制给约束吧？如果是初创公司考虑Open MPW的话，也一定要注意一点，那就是该项目是仅支持开源项目的，商用许可证的设计是不会通过的，如果所在公司内有合适的练手开源项目的话，也可以试一试。

开源，能否成为芯片困境破局之道

“时间已经是周六晚上9点，在计算所大楼的1105小会议室 ……我们开源芯片工作小组一直在奋战，虽然建开源芯片生态不是一朝一夕的事，但大家都在争分夺秒，都希望它能早一点落地，早点起作用。”

接受采访的前一天，中科院计算技术研究所研究员包云岗发了条微博。

在华为被列入美国商务部“实体名单”后，RISC-V这一开源指令集架构获得了更高的关注。包云岗认为，RISC-V指令集有望像开源软件生态中的Linux那样，成为计算机芯片与系统创新的基石。

近日，他接受科技日报记者专访，聊了聊开源芯片。

开源芯片生态建设还在婴儿阶段

不同于要收取高额授权费的ARM架构，RISC-V并不掌握在任何一家公司手里。

RISC-V于2010年诞生于伯克利大学。它定义了开放免费的指令集，结合BSD License开源协议就可以提供自由开源的处理器实现。该协议允许使用者修改和重新发布开源代码，也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。

这是一个精简漂亮的系统架构。2018年，中国开放指令生态（RISC-V）联盟（以下简称CRVA联盟）成立。CRVA联盟旨在以RISC-V指令集为抓手，联合学术及产业界推动开源开放指令芯片及生态的健康发展。包云岗是该联盟的秘书长。

“说起开源软件，大家都非常熟悉。相比之下，开源芯片的发展还处在‘婴儿’阶段。”包云岗说。

开发芯片的成本高，主要高在四个模块：流片、IP核、工具链和人力。“一个像麒麟那样的芯片里，有上百个IP核，每个IP核都要钱；而所有的工具链几乎都掌握在三家美国公司手中，要把工具链准备齐全，也会需要几千万；在反复验证芯片设计是否可行的过程中，也需要投入大量人力。”开源，可以显著降低后三部分的成本。

当然，要形成像开源软件那样的生态，可能还需要10年到20年。如果能做成，芯片开发的门槛可以大幅降低，成本能下降一到两个数量级。现在芯片领域被形容为“投资黑洞”，但未来，借助开源工具链和开源IP，“也许能像开发APP一样开发芯片”。

完善自己的开源社区和托管平台

其实，美国很多有影响力的开源项目都来自学界。包云岗也希望，搭好舞台，做好基础设施，让更多人愿意参与开源社区，从而完善开源芯片的生态。

做开源，还有一个重要原因——它可以帮助解决“卡脖子”问题。不过，在特殊情况下，开源的世界，是否也会突然关上大门？

包云岗告诉科技日报记者，有的开源平台由基金会管理，比如Linux，实现程序员自治；而有的开源平台由公司管理，比如由谷歌控制的安卓和Tensorflow，这种开源基本是“我开放，你来用”。

CRVA联盟此前做了一项研究，指出虽然开源基金会和开源许可证可以允许不涉及加密功能的开源项目规避出口管制，但因为代码托管平台会受到出口管制,因此存在这些代码托管平台的开源项目有可能受到出口管制的影响，这方面主动权和最终解释权都在托管平台所在国家。

以包云岗熟悉的RISC-V为例，其隶属于 Linux 基金会。指令集标准是公开的，不会受到出口管制的影响，但是，基于RISC-V标准所做的商业设计可能受到管制。“基于此，我们也提倡和发展不受美国出口管制和司法管辖权限制的开源项目,完善中国自己的开源社区与托管平台。但需要不同国家的开源爱好者们一起努力协同，最终实现全世界可自由地访问开源项目。”

其实，最近发生的一系列事情，也让大家对开源理解得更加深刻。

“以前提到开源，大家可能稀里糊涂就参与进去了；现在就会发现，原来还存在着认知盲区。”包云岗强调，如何探索发展更加开放和自由的开源社区,也将是未来开源各界需要重点思考的问题。

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