國產(chǎn)高端芯片急需突破生態(tài)瓶頸

新基建為國產(chǎn)高端芯片帶來新“東風(fēng)”

當(dāng)下，以5G為代表的新基建正成為建設(shè)數(shù)字中國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、智慧社會、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的利器。

新基建帶來新風(fēng)口，廣受關(guān)注的集成電路產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展迎來新機(jī)遇。在接受記者采訪時，多位專家學(xué)者和公司高管表示，與傳統(tǒng)芯片相比，作為新基建計算引擎的5G、AI和智能計算等新一代高端芯片屬于新賽道，需要構(gòu)建全新生態(tài)。因此，抓住以5G為代表的新基建市場機(jī)遇，將助推我國集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，彌補長期以來國產(chǎn)高端芯片的生態(tài)短板。

國產(chǎn)高端芯片急需突破生態(tài)瓶頸

高端芯片，特別是處理器芯片被公認(rèn)為集成電路皇冠上的明珠。其中最為大家熟悉的處理器是俗稱“大腦芯片”的中央處理器（CPU）和“圖形芯片”的圖形處理器（GPU），以及用于通訊、語音、圖像處理等領(lǐng)域的數(shù)字信號處理器芯片（DSP）。

業(yè)內(nèi)人士指出，過去三十年人們經(jīng)歷了數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)變革，背后關(guān)鍵的推手就是以處理器為代表的計算技術(shù)的飛速進(jìn)步，處理器的創(chuàng)新能力在某種程度上反映了一個國家對新一代信息技術(shù)的掌控能力。因此，發(fā)展國產(chǎn)高端芯片，特別是CPU、DSP、GPU等新一代處理器和FPGA芯片刻不容緩。

如今，全球高端芯片的核心技術(shù)基本掌握在國外企業(yè)手里，而國內(nèi)高端芯片的核心技術(shù)尚處于追趕階段，這一現(xiàn)狀急需改變。

根據(jù)國家發(fā)改委對于信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的定義，處理器等高端芯片無疑成為5G等通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、AI等新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、智能計算中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施的核心引擎。數(shù)據(jù)顯示，2019年我國處理器及控制器進(jìn)口金額1423億美元，同比增長12.8%。專家據(jù)此分析，從數(shù)據(jù)來看，我國處理器特別是高端處理器芯片仍然主要依賴進(jìn)口。其中主要原因是，我國采用自主指令集的處理器芯片公司規(guī)模較小，很難撼動Intel、ARM、英偉達(dá)、德州儀器等國際處理器巨頭在這一領(lǐng)域長期以來構(gòu)筑的生態(tài)優(yōu)勢。

據(jù)了解，長期以來國內(nèi)對如何發(fā)展CPU等高端處理器一直存在兩種聲音：一種是主張基于完全自主知識產(chǎn)權(quán)的指令集、微架構(gòu)、工具鏈等核心技術(shù)的CPU研發(fā)，從而贏得戰(zhàn)略主動權(quán)；另一種是支持國內(nèi)芯片廠商通過合資或高額付費獲得國外廠商的技術(shù)（架構(gòu)）授權(quán)，快速占領(lǐng)一部分國內(nèi)市場。

相關(guān)專家表示，顯然后一種模式不具備處理器關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新能力。這種模式雖然風(fēng)險低、見效快，但不僅無法主動應(yīng)對潛在硬件缺陷造成的安全隱患，而且持續(xù)發(fā)展的控制權(quán)仍然操控在國外廠商手中，幾無戰(zhàn)略主動權(quán)可言。

龍芯中科技術(shù)有限公司董事長胡偉武建議，走“市場帶技術(shù)”的道路，通過自主研發(fā)掌握CPU的核心技術(shù)，建立自主可控的信息技術(shù)體系。

“自主研發(fā)路線基于自主編寫的CPU源代碼研制芯片，就像基于自己設(shè)計的圖紙蓋樓。引進(jìn)技術(shù)路線則是通過基于買來的CPU源代碼研制芯片，就像基于買來的圖紙蓋樓?！焙鷤ノ溥@樣形容發(fā)展以CPU為代表的國產(chǎn)高端芯片的重要性。

新基建助推國產(chǎn)高端芯片進(jìn)入新賽道

隨著我國新基建重大措施的推進(jìn)，在5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，并沒有出現(xiàn)壟斷的生態(tài)。恰恰相反，由于相關(guān)產(chǎn)業(yè)剛剛起步，中外芯片設(shè)計公司在創(chuàng)新賽道的同一起跑線上，都面臨著采用新架構(gòu)、構(gòu)建新生態(tài)的挑戰(zhàn)。

因此，國家信息化專家咨詢委員會常務(wù)副主任周宏仁建議，在新基建領(lǐng)域應(yīng)該優(yōu)先支持和鼓勵采用國產(chǎn)高端芯片。同時，國產(chǎn)高端處理器廠商更應(yīng)借助這一東風(fēng)，通過自主創(chuàng)新提升產(chǎn)品性能，力爭在新基建領(lǐng)域構(gòu)建國產(chǎn)自主、面向全球市場的計算生態(tài)。

胡偉武表示，目前以CPU和操作系統(tǒng)為代表的我國高端芯片的自主基礎(chǔ)軟硬件正處在關(guān)鍵發(fā)展階段。用自主基礎(chǔ)軟硬件支撐國家安全和產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為共識。建設(shè)獨立于Wintel體系和AA體系外的第三套甚至第四套信息技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，應(yīng)該成為新基建的重要組成部分。

事實上，我國基于自主指令集的高端芯片公司已經(jīng)開始取得不錯的成績。在“信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新”工程等應(yīng)用的牽引下，自主基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)品快速迭代、產(chǎn)業(yè)鏈深度融合、資本高度活躍的良好勢頭。龍芯在政企、安全、金融、能源、交通、教育等各個應(yīng)用場景中都有了廣泛應(yīng)用，通用處理性能達(dá)到產(chǎn)品級的世界先進(jìn)水平。

而在異構(gòu)計算領(lǐng)域，華夏芯（北京）通用處理器技術(shù)有限公司不僅推出了基于全自主統(tǒng)一指令集平臺的嵌入式CPU、DSP和AI IP，打破了國外IP廠商的壟斷，而且在異構(gòu)計算領(lǐng)域特別是解決異構(gòu)編程的挑戰(zhàn)方面，做出自己的創(chuàng)新。華夏芯發(fā)布的基于華夏芯CPU、矢量DSP和張量處理器的異構(gòu)SoC芯片“北極星”，張量處理器提供優(yōu)異的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速能力，目前正在智慧物流、機(jī)器人、邊緣計算等領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用。

華夏芯CEO李科奕表示，抓住新基建帶來的發(fā)展機(jī)遇，依靠創(chuàng)新驅(qū)動，在異構(gòu)計算等新賽道緊盯國際先進(jìn)水平，我國完全有機(jī)會實現(xiàn)從高端芯片市場大國到創(chuàng)新強(qiáng)國的歷史性突破。

創(chuàng)新成為高端芯片行業(yè)新熱點

過去很長時間里，集成電路一直強(qiáng)調(diào)通過采用更先進(jìn)的工藝實現(xiàn)PPA（即更高的性能、更低的功耗、更小的面積）。中國工程院院士、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會榮譽顧問許居衍指出，這個邏輯方向到了需要修正的時候了。

分析人士表示，在先進(jìn)工藝節(jié)點設(shè)計一款芯片產(chǎn)品的投入動輒數(shù)千萬美元，在這種情況下，如果芯片銷量達(dá)不到一定規(guī)模，采用先進(jìn)工藝就變成少數(shù)芯片巨頭的專屬特權(quán)了。

因此，采用芯片架構(gòu)創(chuàng)新、系統(tǒng)創(chuàng)新等新技術(shù)，例如異質(zhì)集成、多樣化芯粒（chiplet）等新技術(shù)設(shè)計芯片，可以提供更靈活的工藝選擇、最經(jīng)濟(jì)的資源投入和更快速的上市時間等諸多好處。

此外，隨著異構(gòu)計算在人工智能、5G等領(lǐng)域的發(fā)展，不少國際巨頭推出了基于新一代異構(gòu)計算的“新物種”，其中有些創(chuàng)新與傳統(tǒng)的生態(tài)并不完全兼容。譬如，英偉達(dá)推出了包含RISC V CPU和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的GPU芯片，賽靈思推出了融合CPU、DSP和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器的FPGA芯片。據(jù)李科奕介紹，異構(gòu)計算推動了國際芯片巨頭在產(chǎn)品線上重新布局，從設(shè)計單一的處理器或FPGA芯片轉(zhuǎn)變到設(shè)計兼顧高靈活性和高性能、集成多種架構(gòu)的新一代高端芯片。

專家表示，大家談?wù)摫容^多的深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI技術(shù)，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景，與感知、數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸、安全加密等技術(shù)結(jié)合起來，也就是需要將AI專用計算單元和CPU等其他處理器、加速器、存儲器單元通過不同形式異構(gòu)融合在一起，才能構(gòu)成一個完整的產(chǎn)品。因此，如果沒有CPU等處理器芯片，單靠深度學(xué)習(xí)的專用芯片是無法支撐我國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的。

根據(jù)專家的建議，我國應(yīng)加強(qiáng)高端芯片從技術(shù)創(chuàng)新到應(yīng)用生態(tài)的全面布局，加強(qiáng)5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能計算等新基建和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用場景與自主創(chuàng)新的核心軟硬件底層架構(gòu)的協(xié)同整合，努力實現(xiàn)我國高端芯片產(chǎn)業(yè)在5G時代的歷史性超越，為人類新一波產(chǎn)業(yè)浪潮做出源自于中國的重要貢獻(xiàn)。