中国、RISC-Vを中心としたオープンな国家チップ計画を構築

Agam Shah　オリジナル記事

欧米のチップ技術への依存を減らそうとする中国の計画が、欧米でも人気を集めているオープンなRISC-Vアーキテクチャを使った国産チップを中心に展開されていることが明らかになりつつある。

中国は何年もの間、チップ戦略をRISC-Vの方向へ進めようとしてきた。RISC-Vはチップを製造するためのAPI設計図であり、無料でライセンスできる。 

代替アーキテクチャーを中心に国産チップを作ろうというこれまでの努力は、どこにも行き着かなかった。しかし今年、中国政府はついにRISC-V構想への資金提供に本腰を入れた。

中国政府のRISC-Vへの突然の関心は一夜にして訪れた。中国科学院（CAS）で情報通信技術担当副部長を務める学者のユンガン・パオ氏にとっては驚きだった。

「今年、科学技術省と中国国家科学基金がすでにRISC-V関連の研究提案を募集しています。これは非常に大きな変化です」と、バルセロナで開催されたRISC-Vサミットのプレゼンテーションでユンガン氏は語った。

2012年、中国工業情報化部は、国内で使用されているあらゆる種類のチップ・アーキテクチャーの設計図を統一設計に統合することを提案した。それらのアーキテクチャには、x86、MIPS、PowerPC、Alpha、SPARCが含まれていた。

しかし、これらの命令セット・アーキテクチャをどのように統合するかについて、コンセンサスを得ることは難しくなった、とユンガン氏は言う。 

「RISC-Vは素晴らしい答えを提供してくれます。」

フリーでオープンソースのRISC-Vは、欧米の技術に頼らずにチップを設計・製造するための、より高速で安価な代替手段を提供する。 

「過去何年もの間、RISC-V関連の仕事のほとんどは、ボトムアップ的に行われてきました。今日、科学技術大臣はすでにRISC-Vに注目しています。例えば、教育にRISC-Vを使う大学が増えているのです。現在、RISC-Vをベースにした教科書がすでにあります」とユンガン氏は語った。

一部の分野では、米国は貿易と政策において半導体を制限し、中国組織に対する特定の欧米のAIチップとCPUの輸出を強化している。そのため、中国はチップを開発する技術を国内に求めざるを得なくなっており、RISC-Vが最有力候補として浮上している。

RISC-Vの研究開発は2015年、主に学術界や新興企業レベルで始まったが、現在は急速に成熟しつつある。 RISC-VはLinuxのようなオープンテクノロジーと考えられている。ベースとなるアーキテクチャは無償でライセンスされ、中国企業がニーズに合わせて変更することができる。  最も一般的な商業的選択肢は、広く普及しているx86アーキテクチャーを使用するか、ARMアーキテクチャー用のライセンス設計を購入することである。

「インストラクションは自由であるべきです。それはまったく違う考え方です。」ユンガン氏は、「多くの中国企業はこの考え方を広く採用しています」 と付け加えた。

RISC-Vの開発はRISC-V インターナショナルによって管理されている。RISC-V インターナショナルは中立的な組織であり、このチップ・アーキテクチャをボーダーレス技術と宣言している。

中国は、国産チップのエコシステムを構築する上で多くの挫折を味わってきた。中国政府は、実在しないチップ・ファクターや、RISC-VとMIPSアーキテクチャの寄せ集めとされ、広く採用されていないLoongsonのような内部開発チップ・アーキテクチャに何十億ドルも投資するよう詐取されてきた。

中国の取り組みは、RISC-Vをベースとした一連の主権チップを作り、チップのインテルやARMのような企業への依存を減らそうとするヨーロッパでの試みを反映している。EUが出資するEuropean Processor Initiativeは、AI、スーパーコンピューター、自動車、その他の電子機器向けのRISC-Vチップを設計している。

CASは、RISC-Vを中国市場でデフォルトのアーキテクチャにするために長期戦を展開している。草の根的な取り組みは、RISC-Vに対する学術界や新興企業の関心を引き出すことに重点を置いている。例えば、CASの目標は、教育の早い段階でRISC-Vに基づくチップ設計を導入することだ。 

2019年、中国科学院は中国全土でRISC-Vを推進する取り組みを開始した。米国は、中国政府と提携していることから、中国科学院をエンティティ・リストに入れている。

中国の組織はまた、2030年までに完全なオープンソース・チップ・エコシステムを構築するため、2018年に中国RISC-Vアライアンスを設立した。現在、約70の中国企業がRISC-Vインターナショナルのメンバーとなっており、87のメンバーを抱えるEU、77のメンバーを抱える米国に次ぐ規模となっている。

ユンガン氏のプレゼンテーションのスライドによると、中国のRISC-V新興企業上位10社は、ベンチャーキャピタルから11億8000万ドル近い資金を調達している。

CASは、アリババ、テンセント、ZTEを含む中国のトップ企業とXiangShan-v3を共同開発しており、ARMが2021年に発表したNeoverse-N2サーバーCPU設計の性能に匹敵するものになるという。

しかし同氏は、ARMが発表した最新チップと比較すると、一部のチップには性能上のギャップがあることを認めている。例えば、最新のXiangShan-v2は、2018年に発表されたARMのスマートフォン向けCPU「Cortex-A76」よりもわずかに高速だった。  しかし、RISC-Vの開発と検証が成熟するにつれて、性能差は縮まりつつある。

ユンガン氏のプレゼンテーションのスライドによると、7nmプロセスで製造された先進的なGPUとDPUも、今年XiangShan CPUで使用するためにラインナップされるという。

中国企業はすでに多くのRISC-Vボードをリリースしている。2023年にはSophonが64コアのRISC-V CPUをリリースしており、StarFiveやAllwinnerなどの企業もRISC-V CPUの設計とボードを中国の小売サイトで購入できるようにしている。

中国のRISC-Vエコシステムは、オープンソースの理念に基づいて構築されており、コミュニティが協力して設計やソフトウェアを改善している。ユンガン氏の長期的な目標は、オープンソースのチップ設計、電子設計自動化、検証ツールを備えた完全なチップ開発プラットフォームを構築することだ。

「オープンソース・チップ・エコシステムは、市場投入までの時間とIP、EDAツール、エンジニアのコストを節約することで、チップ開発の障壁を下げることができるます」とユンガン氏は語る。

このプラットフォームはチップ設計も自動化するため、様々なアプリケーション向けのプロセッサを迅速にリリースすることができる。

「プラットフォームが提供するコードの90％以上は簡単に再利用できます。そして、カスタマイズされた設計に必要なコードは……10％以下なのです」とユンガン氏は語った。

「OSOC（One Chip One Student）」と呼ばれる別の取り組みでは、学部生にRISC-Vチップの設計方法を教えている。

2019年、OSOCプログラムの5人の学部生は、4ヶ月でRISC-Vプロセッサを設計することができた。Linux互換チップは110nmプロセスでテープアウトされた。

OSOCはそれ以来かなりの成功を収めており、今年まで4,000人以上の学部生がプログラムに参加している。約300の大学がこの取り組みに参加している。

米国の半導体企業は、教育費の高騰と工学系コースへの関心の低さから、急成長する半導体分野で深刻な人材不足に直面している。 

米国におけるRISC-V開発の多くは民間企業の手に委ねられており、多くの挫折に直面している。最も顕著なのは、資金難に陥ったインテルが、RISC-V開発促進のために確保していた10億ドル近い資金を引き揚げたことだ。

中国の研究機関は現在、RISC-Vチップを設計するためのオープンソースEDAツールを開発している。110nmノードと28nmノードで3つのテープアウトが完了しているが、商業利用には至っていない。

「性能、PPA（パワー・パフォーマンス・エリア）は商用EDAツールよりまだ低いですが、動作はします。そして次は、学生たちにオープンEDAツールを使わせて、オープンソースのチップを作らせるつもりです」とユンガン氏は語った。

米国政府の規制は、先進的なチップ向けのEDAツールへのアクセスを遮断することで、中国の半導体エコシステムをある程度阻害している。しかしユンガン氏は、中国のRISC-Vへの取り組みはボーダーレスであり、世界中の誰もが採用できると繰り返した。

「誰もがGitHubからXiangShanプロジェクトにアクセスできます。すでに400以上のフォークがあります」とユンガン氏は述べた。