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【中国科学报】十年磨一剑 筑牢基础软件底座

2026年11月10日 中国科学报 樊晓丽 张欢
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RISC-V软件迁移工具研发团队进行技术研讨。软件所供图

近日,第六届RISC-V中国峰会在深圳举行。高性能服务器芯片、车规级处理器、人形机器人等前沿成果集中亮相,RISC-V正从技术验证阶段加速迈向规模化商用。

鲜为人知的是,这个正在兴起的产业背后,是一场跨越十载的科研攻关。

十年前,面对底层技术受制于人、指令集生态壁垒难以突破的困局,kaiyun官网入口软件研究所(以下简称软件所)组建RISC-V基础软件团队(以下简称团队),牵头布局国内RISC-V基础软件生态建设。

如今,国内RISC-V生态实现了从“有芯片可用”到“有软件可跑”,再到“生态有人共建”的阶段性跨越。这支国家战略科技力量,也在持续求索中凝练出“开放协同、厚植根基、求真致用、固本培新”的团队精神。

开放协同:在贡献中赢得主动,在开放中实现自主

2019年,外部环境骤变,一系列技术断供事件接踵而至,我国数字信息产业链底层技术安全风险凸显。应国家部署要求,kaiyun官网入口组织力量支撑鸿蒙生态建设,软件所第一时间投入攻关,主导开源鸿蒙驱动框架核心设计,并贡献了超两成的代码。

这场“应急”攻关,也让团队有了更深刻的判断:弥补现有生态短板只能解燃眉之急,想要摆脱受制于人的现实困境,必须直抵技术底座,而指令集就是基础所在。

指令集是基础软硬件生态的底层语法。选择一种指令集,就意味着选择了与之匹配的整个软硬件技术栈和演进路径,同时也不得不遵守其背后的商业规则。

长久以来,x86架构和ARM架构早已构筑起严密的软硬件生态壁垒。后来者要么不被允许使用和更改,要么需要支付高昂的授权费。即便有幸拿到授权许可,在功能迭代、个性化定制等关键环节,依旧处处受其掣肘。

正因如此,团队科研人员将目光投向了具备开放共享特性的开源指令集RISC-V。这套架构不被单一商业主体垄断,让我国探索自主可控的基础软件路径有了新可能。锚定RISC-V方向,团队从关键核心技术突破、产业协同联动、开源生态共建三个层面,开启为期十年的系统性战略布局。

探索之路并不平坦,质疑声随之而来。“有人认为这是另起炉灶,与国内同行搞同质化竞争。”软件所所长、研究员武延军坦言,参考业界已有的体系划分思路,团队进一步厘清自身定位。“我们无意替代国内已有的各类自主技术路线,而是扎根RISC-V走全球开放共建的道路,只为让我国在未来全球算力生态中多一条全球化路径。”

“也正是RISC-V架构与生俱来的开源特征,塑造了团队开放协同的理念。”武延军强调,这绝非简单的技术手段,而是贯穿科研实践的价值追求。

秉持这样的理念,团队自攻关起步之初便主动融入全球开源生态。科研人员深度参与RISC-V国际基金会各项工作,持续向全球主流开源项目输出技术成果,多名科研骨干在国际开源组织中担任重要职务,一步步实现从社区参与者到贡献者,再到引领者的身份跨越。

面向国内产业生态,团队持续推进操作系统适配、工具链打磨与厂商联合验证,在一次次对接交流中,不断培育协作土壤。2024年11月成立的RISC-V原生上游社区——如意社区正是长期耕耘后结出的硕果。根据如意社区“RISC-V内核同源”计划统计,截至2025年底,阿里、中兴等产业伙伴贡献的代码已超过总量半数。“企业主动参与,主要源于其自身业务需求与对这条技术路线的认可。”武延军说,发起者未必永远是最大贡献者,平台足够开放,产业力量自然汇聚于此。

厚植根基:做产业不愿做、高校做不了的事

对RISC-V生态建设来说,编译工具链、操作系统内核、关键基础组件这类底层软件,是一切上层软硬件应用赖以运行的数字底座。可这类工作投入大、周期长,短期很难产生直接的商业回报,企业缺少深耕动力;高校擅长单点突破,却难以实现面向海量真实产业场景的大型工程化落地。

“做国家有需要、产业不愿做、高校做不了的事情,正是我们作为国家队要扛起来的责任。”武延军说。

这份担当并非凭空而来。早在20世纪80年代,软件所便投身基础操作系统领域:参与国产COSIX操作系统攻关,率先探索Linux技术路径,完成数千万行安卓源码深度解析。几十年间,这里沉淀了程序分析、形式化验证、软件供应链安全等完整的技术体系,也培养出一大批骨干人才。

芯片撑起RISC-V生态的骨架,基础软件构成生态的血肉。想要生态真正运转起来,海量基础软件的迁移适配是绕不开的一关,这一度成为横亘在生态建设前的一道难关。软件所数十年积累的基础理论与底层工程能力,恰好在此时派上用场。

过去,一名资深工程师完成一款中等复杂度基础软件的迁移,往往需要数周乃至数月。照此速度,完成数万款基础软件适配可能需要十年以上,产业落地等不起。软件所研究员王伟带领团队瞄准这一痛点,探索出“神经符号融合”路径:以程序分析、形式化验证等确定性方法托底,借助人工智能大模型提升迁移效率;针对RISC-V领域样本不足、模型容易出错的短板,把工程师沉淀的工程经验提炼为标准化规则,搭建专属知识库,为模型划定可靠边界。目前,这套自主研发的迁移工具已经落地openEuler等国产开源操作系统社区,原本数月的工作量,如今新手几周就能完成。

软件所工程师张世新从硕士阶段就加入这项工作,从手工拆解软件迁移案例做起,逐步搭建起一条可持续迭代的迁移数据加工流水线。每次操作系统社区发布新版本后,他们就同步补充、更新样本。“很多底层依赖关系藏得很深,只能一遍遍调试。”张世新说,在反复剖析案例的过程中,他深深体会到,基础软件攻关最需要的就是甘坐“冷板凳”、久久为功的定力。

夯实底座,既要打通软件迁移的效率堵点,也要守住处理器设计的正确性底线。软件所研究员吴志林带领团队,以形式化验证手段为RISC-V处理器排查设计隐患。

团队对香山处理器的前身“果壳”处理器进行了形式化验证,发现在“果壳”处理器虚实地址转换的16种情况处理中,虽然15种情况都符合指令集规范,但有1种情况违背了指令集规范。这种问题是常规仿真测试手段难以覆盖到的。吴志林介绍,软硬件形式化验证工作成本高、周期长,大多没有聚光灯,这也要求科研人员必须接受长期投入、延迟回报。

求真致用:直面真问题、真场景,讲求真效果

实验室里的技术探索,终究要走进产业场景接受检验。为摸清产业化路上的堵点,团队奔赴深圳产业链一线走访调研。

在一家硬件代工厂,琳琅满目的笔记本电脑样机让科研人员印象深刻。基板、散热、接口都可灵活调整,配套供应链成熟完备。“国内IT外围配套产业已经很强了。”武延军回忆说,不过厂商也坦言,处理器和底层基础软件的稳定保障是他们无力攻克的环节。

这次实地走访,给团队上了生动一课。大家真切看到,产业的短板已不在整机制造,而在最核心的处理器与基础软件。“不到一线,很难有这么直观的感受。”武延军感慨。

循着产业的真实需求,团队打破“软件机构只做软件”的固有边界,联合产业伙伴研制出“如意BOOK”系列RISC-V笔记本电脑、RISC-V平板电脑。“如意BOOK”亮相开源鸿蒙开发者大会,RISC-V平板电脑实现数千台出货,团队也支撑合作伙伴研制了RISC-V高性能服务器。

“硬件决定下限,软件决定上限。”在武延军看来,这些产品就是RISC-V生态最好的名片,实实在在给上下游厂商和广大开发者吃下一颗定心丸,吸引更多伙伴愿意加入共建。

终端落地之后,新的难题又浮出水面:RISC-V生态长期存在碎片化问题,各家芯片、操作系统版本分头迭代,适配成本居高不下。团队依托如意社区启动“RISC-V内核同源”计划,对标国际RVA23标准推进工程化落地,统筹多家芯片厂商、操作系统社区统一内核底座。如今openEuler、openKylin发布的RVA23版本,全部采用这套同源内核成果,推动生态从各自为战转向“标准治理+社区协同”。

产业痛点不止于此。蓬勃发展的开源体系背后,潜藏着代码投毒、原生漏洞等供应链安全隐患,也是产业各方悬在心头的大事。软件所研究员吴敬征瞄准这一现实风险,带领团队牵头搭建“源图”开源软件供应链重大基础设施,汇聚3亿多款软件、20万个标准化数据集、87亿条关系数据,形成漏洞态势感知、许可证合规、投毒检测、开发者画像和供应链风险预警等能力。依靠这套体系,团队累计挖出258个隐蔽漏洞,最长提前575天发出风险预警;联合30多家重点单位组建专项工作组,为国家可信开源代码库建设提供支撑。

在团队的研发机制里,成果交付不是终点。此前研发的软件迁移工具,没有随着论文发表束之高阁,而是持续对接操作系统、芯片企业的实际开发需求。产业一线遇到的故障与痛点源源不断回流实验室,反向推动工具链、内核持续优化迭代。

“科技与产业创新融合,不是成果完成后再对接产业,而是项目立项之初,产业需求就嵌入研发全过程。”武延军说,团队写下的大量代码,直接进入产业产品体系。在团队看来,科研院所的价值不是闭门造出完美系统,而是降低整个产业的准入门槛,解决共性难题,让企业能够将精力集中于自身业务创新。

固本培新:接续开源传统,勇担时代重任

攻关事业能否行稳致远,关键在人才。在繁重的技术攻关之外,培育能够扎根底层、深耕开源的战略科技后备力量,是团队长期坚持的又一使命。

软件所自2020年发起“开源之夏”人才培育项目,经过几年打磨,已经形成一条行之有效的开源人才培养路径。但在共建RISC-V社区的过程中,一场新的挑战摆在面前:大模型普及之后,不少开源任务可以借助人工智能快速完成。倘若学生只是调用工具、上交成果,项目原本的育人价值便会大打折扣。更深一层的隐忧是,如果学生习惯于“领取题目、调用工具、提交成果”,很难成长为能够独立思考、真正参与社区共建的贡献者。

面对变化,团队今年对项目进行了系统性升级,推出了“开源之夏”2.0版本:聚焦RISC-V生态重心,围绕操作系统、编译器、工具链、数据库、虚拟化栈、人工智能等关键方向,明确由学生自主定义问题、设计实施方案、推动项目落地。“我们要求学生先做出题人,而不只是解题人。”武延军说,重大科研攻关任务就是育人载体,学生的学术研究必须扎根在真实的工程难题之中。

吴志林介绍,团队更看重青年学子发自内心对底层技术的热爱。他曾招收一名西北工业大学的研究生,这名学生本科阶段就自主开展处理器设计、参与专业竞赛,从本科毕业设计阶段就进入课题组,在RISC-V处理器形式化验证工具研制过程中发挥了重要作用,在硕士期间产出多项学术成果、获得多项发明专利。“形式化验证并不是当下的热门方向,但它和大模型形成互补,有不可替代的底层价值,只有真正热爱的人,才能沉下心来长期坚持。”

这样的培养导向,在青年科研人员身上得到生动体现。软件所博士后张洪滨发起面向RISC-V的人工智能编译器开源项目,吸引了来自海内外专业开发者的主动参与;在读硕士研究生张尹为国际知名计算机视觉库OpenCV新增RISC-V后端与向量指令优化,相关代码被并入官方主干仓库,让RISC-V平台获得硬件加速能力……一批年轻人走出实验室,站在全球开源舞台,用代码和世界对话。

置身人工智能快速演进的浪潮中,团队对人才成长有清醒判断:只有吃透底层原理,才能驾驭智能工具,而不是被工具裹挟。技术浪潮来去匆匆,但沉心钻研、扎根根基的科研品格始终稀缺,也需要一代代接续传承。

(原载于《中国科学报》 2026-11-10 第1版 要闻)

打印 责任编辑:宋同舟

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