倪光南

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)內(nèi)涵很廣，它包含了“互聯(lián)網(wǎng)”、“物聯(lián)網(wǎng)”和“智能制造”等技術(shù)，以及將這些技術(shù)融合起來(lái)構(gòu)成“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)。為了保障“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的安全，使其不受制于人，我們應(yīng)重視發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)對(duì)提升中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展是非常關(guān)鍵的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將人、物、事等等都連接在一起，其覆蓋范圍比互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)更大，因而創(chuàng)新的空間也更大。下面我們舉一些實(shí)際的案例。

第一個(gè)是在互聯(lián)網(wǎng)方面。隨著國(guó)家5G計(jì)劃的推進(jìn)，移動(dòng)接入網(wǎng)的帶寬將有巨大飛躍，從而對(duì)承載接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)帶寬也提出了相應(yīng)的要求?？墒乾F(xiàn)有基于IP協(xié)議、QoS無(wú)法保證的互聯(lián)網(wǎng)很難滿足這一需求，再加上我們現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)和核心資源仍被發(fā)達(dá)國(guó)家所掌控，因此我們往往只能抵御一般的黑客攻擊，而難以抵御更高等級(jí)、更大強(qiáng)度的攻擊。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開(kāi)安全。按照習(xí)近平總書記關(guān)于“安全是發(fā)展的前提，發(fā)展是安全的保障，安全和發(fā)展要同步推進(jìn)”的指示，我們要加大自主創(chuàng)新力度，發(fā)展自主可控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，才能從根本上既解決網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題也解決網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。

視聯(lián)動(dòng)力自主創(chuàng)新的非IP通信協(xié)議，使傳統(tǒng)攻擊手段難以奏效，從根本上保障了安全可控。其核心網(wǎng)絡(luò)資源的自主控制，使數(shù)據(jù)傳輸也得到了管控，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)安全等級(jí)，能提供高質(zhì)量的視頻通信服務(wù)。并且，它具備結(jié)構(gòu)性安全，阻斷了常規(guī)的入侵途徑。目前，視聯(lián)動(dòng)力在全國(guó)擁有超過(guò)8萬(wàn)個(gè)高清視頻通信點(diǎn)位，融合了全國(guó)監(jiān)控視頻近200萬(wàn)路，創(chuàng)造超過(guò)22000個(gè)節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模視頻會(huì)議記錄，已經(jīng)在高清實(shí)時(shí)視頻服務(wù)領(lǐng)域取得了很大的成效。

第二個(gè)是在物聯(lián)網(wǎng)方面。為要滿足物聯(lián)網(wǎng)信息采集的需求，迫切需要一種低成本、低功耗、數(shù)據(jù)傳輸快、支持終端多且組網(wǎng)靈活可靠的物聯(lián)網(wǎng)RFID（射頻標(biāo)簽）芯片。

成都西谷研發(fā)的LDSW芯片，是一種采用超低占空比雙向快速通信方式工作、具有身份識(shí)別功能和傳感器數(shù)據(jù)采集及控制功能的新一代有源RFID。一般采用傳統(tǒng)通信方式，電池只能維持1天的使用壽命，而LDSW采用的1/10000 低占空比通信方式，可支持27年！這從根本上解決了節(jié)電難題。

基于LDSW專利技術(shù)，可開(kāi)發(fā)出各類型的產(chǎn)品和解決方案。比如，LDSW物聯(lián)智能終端能在1秒內(nèi)，將千米之外“睡眠”中的（其平均睡眠電流<5uA）LDSW終端喚醒并在幾毫秒內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集和控制。LDSW手機(jī)或智能手機(jī)+LDSW插件可不依賴移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在低功耗待機(jī)狀態(tài)，任一手機(jī)可隨時(shí)發(fā)起與任何其他手機(jī)或終端的通信。顯然，LDSW芯片的上述這些優(yōu)點(diǎn)可以幫助物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入許多應(yīng)用領(lǐng)域。

第三個(gè)是在智能制造方面。這些年國(guó)內(nèi)外發(fā)生的許多事件都表明，工控設(shè)備如果發(fā)生安全問(wèn)題，后果是十分嚴(yán)重的，它關(guān)系到各行各業(yè)的安全，這也使工控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工控系統(tǒng)等的核心技術(shù)。過(guò)去這一領(lǐng)域被外國(guó)的VxWorks、QNX等操作系統(tǒng)所壟斷，存在著巨大的安全隱患。

翼輝信息的科技人員從2006年開(kāi)始自主編寫，歷時(shí)十余年的發(fā)展，其SylixOS已廣泛應(yīng)用在航空航天、國(guó)防軍工、電力、軌道交通、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人等重要領(lǐng)域。SylixOS是目前國(guó)內(nèi)擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，工業(yè)和信息化部賽普評(píng)測(cè)中心評(píng)估SylixOS內(nèi)核自主化率為：自主研發(fā)代碼90% + 合規(guī)開(kāi)源代碼10%。

當(dāng)前，以翼輝SylixOS替代VxWorks等外國(guó)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的條件已經(jīng)基本成熟，這既有利于增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全，也有利于規(guī)避使用外國(guó)盜版軟件（或不遵從開(kāi)源許可證的開(kāi)源軟件）所帶來(lái)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，希望有關(guān)方面予以重視。

第四個(gè)是在芯片方面。芯片作為核心技術(shù)，其重要性不言而喻。在2018年11月8日第5屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，“中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟”（或稱為“中國(guó)開(kāi)源芯片聯(lián)盟”）宣告成立。這個(gè)聯(lián)盟由網(wǎng)信辦、工信部和中科院三個(gè)單位指導(dǎo)，掛靠在計(jì)算所。創(chuàng)始會(huì)員65家，2018年10月新增20家。旨在召集從事RISC-V指令集、架構(gòu)、芯片、軟件、整機(jī)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企事業(yè)單位及相關(guān)社會(huì)團(tuán)體，自愿組成一個(gè)全國(guó)性、綜合性、聯(lián)合性、非營(yíng)利性的社團(tuán)組織。

這個(gè)聯(lián)盟的特點(diǎn)是支持開(kāi)源芯片。眾所周知，“開(kāi)源”（開(kāi)放源代碼）是一種新的模式（既是開(kāi)發(fā)模式，又是商業(yè)模式），開(kāi)源軟件（以Linux為代表）在當(dāng)前已成為軟件業(yè)的主流。因此人們期望，依托這種模式的開(kāi)源芯片在芯片業(yè)也會(huì)取得類似于在軟件業(yè)那樣的成功。

從全球來(lái)看，CPU芯片和操作系統(tǒng)是網(wǎng)信領(lǐng)域最基礎(chǔ)的核心技術(shù)，中國(guó)在這方面還受制于人，常被比擬為“缺芯少魂”。而縱觀全球市場(chǎng)，能夠站穩(wěn)腳跟的也只有兩種：1.Intel架構(gòu)（x86）CPU——?dú)v史很長(zhǎng)、生態(tài)成熟、在桌面和服務(wù)器領(lǐng)域占?jí)艛嗟匚?，被美?guó)的Intel和AMD兩家公司所擁有。2.ARM架構(gòu)CPU——?dú)v史較長(zhǎng)、生態(tài)成熟、在移動(dòng)和嵌入式等領(lǐng)域占?jí)艛嗟匚?，其他公司可向ARM公司購(gòu)買許可（數(shù)百萬(wàn)元～數(shù)億元），世界上有很多公司做ARM CPU。

RISC-V芯片的出現(xiàn)，對(duì)于我國(guó)打破外國(guó)跨國(guó)公司在芯片市場(chǎng)的壟斷、實(shí)現(xiàn)芯片自主可控和增強(qiáng)芯片業(yè)創(chuàng)新能力具有重要意義。尤其RISC-V芯片具有很多優(yōu)勢(shì)：在設(shè)計(jì)方面，它完全開(kāi)源免費(fèi)，可免除授權(quán)費(fèi)用和知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，這是RISC-V的主要意義。開(kāi)源芯片設(shè)計(jì)可以將芯片設(shè)計(jì)門檻大大降低，甚至于3-5人的小團(tuán)隊(duì)在3-4個(gè)月內(nèi)，只需幾萬(wàn)元便能研制出一款有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的芯片，十分適應(yīng)于中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)，其市場(chǎng)前景廣闊，能夠有效地促進(jìn)芯片產(chǎn)業(yè)的繁榮。

在技術(shù)方面，RISC-V指令集在最初設(shè)計(jì)時(shí)其研發(fā)團(tuán)隊(duì)就明確表示要追求簡(jiǎn)約，丟棄歷史包袱。目前成型的技術(shù)代碼集小、支持模塊化，性能十分優(yōu)越，能夠滿足從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)等各種復(fù)雜程度的處理器需求，支持從FPGA、ASIC乃至未來(lái)器件等多種實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)能夠高效地實(shí)現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)，支持大量定制與加速功能，并與現(xiàn)有軟件及編程語(yǔ)言可良好適配。

在市場(chǎng)方面，隨著以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)的發(fā)展，各種場(chǎng)景下對(duì)于CPU需求日益碎片化，各種嵌入式應(yīng)用前景廣闊，低功耗、低成本和定制化需求越來(lái)越大，這使得RISC-V的精簡(jiǎn)、低功耗、模塊化和可擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)未來(lái)發(fā)展方向十分契合。

在管理方面，最初的RISC-V指令集出現(xiàn)是在20世紀(jì)50年代，因而大多數(shù)專利早已過(guò)期，在商業(yè)化和開(kāi)源使用方面不會(huì)存在大的專利壁壘和成本問(wèn)題；另外，RISC-V由2005年成立的基金會(huì)管理，這是一個(gè)非盈利的中立機(jī)構(gòu)和開(kāi)放社區(qū)，主要負(fù)責(zé)日常維護(hù)RSIC-V指令集標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)與架構(gòu)文檔，參與RISC-V相關(guān)規(guī)范的制定和軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?；饡?huì)采取會(huì)員制管理，目前共有上百家會(huì)員單位，我國(guó)的中科院計(jì)算所是發(fā)起和審計(jì)會(huì)員，阿里、華為是白金會(huì)員。這種開(kāi)放式的管理模式能夠有效地促進(jìn)RISC-V社區(qū)的交流和創(chuàng)新，形成生態(tài)系統(tǒng)，從而降低研發(fā)成本，打破芯片市場(chǎng)的壟斷。

下面舉一個(gè)開(kāi)源芯片促進(jìn)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化的例子。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)楊力祥老師的團(tuán)隊(duì)，曾經(jīng)針對(duì)攻擊操作系統(tǒng)中危害最大的超越授權(quán)類攻擊（即以非法讀寫數(shù)據(jù)、非法控制被攻擊系統(tǒng)等為目的攻擊）提出了一套完整的理論（包括攻擊原理及安全機(jī)制）。該理論指出了所有攻擊執(zhí)行序中不可或缺的組成部分，即構(gòu)成攻擊執(zhí)行序的必要條件，只要消除這些必要條件，即使軟件中存在不可避免的瑕疵，攻擊者也不可能實(shí)現(xiàn)攻擊！該安全機(jī)制基于硬件，包括安全CPU架構(gòu)和安全操作系統(tǒng)架構(gòu)及配套的編譯器、虛擬機(jī)等完整的工具鏈。安全架構(gòu)CPU硬件支持內(nèi)存安全單元（MSU）。此外，還有重新設(shè)計(jì)的分權(quán)機(jī)制及授權(quán)管理體系的支持。

由于RISC-V在設(shè)計(jì)上有良好的前瞻性，上述安全CPU架構(gòu)很容易與RISC-V結(jié)合，成為安全RISC-V。這表明RISC-V的出現(xiàn)有利于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)化。實(shí)踐證明，運(yùn)用開(kāi)源模式不僅可以實(shí)施集成創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，也能夠?qū)嵤┰紕?chuàng)新。

所以，在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)方針的指引下，我國(guó)應(yīng)當(dāng)依托豐富的科技人力資源和巨大的市場(chǎng)，加大芯片業(yè)自主創(chuàng)新力度，營(yíng)造完善的生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)展自主可控的開(kāi)源芯片，推動(dòng)中國(guó)在開(kāi)源芯片的技術(shù)、社區(qū)和產(chǎn)業(yè)等方面全面發(fā)展，促進(jìn)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G等等新一代信息技術(shù)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

展望未來(lái)，RISC-V有可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，即在世界CPU領(lǐng)域形成x86、ARM和RISC-V三分天下的格局。（本文根據(jù)2019中國(guó)IT市場(chǎng)年會(huì)速記整理）