兆芯王惟林破解“缺芯”之困 引領(lǐng)高端CPU新突破

王惟林，科技重大專項(xiàng)課題研發(fā)負(fù)責(zé)人，高性能通用CPU技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，上海兆芯集成電路有限公司（以下簡稱“兆芯”）總工程師，畢業(yè)于中國科學(xué)院微電子中心。王惟林擁有多年CPU及芯片組研發(fā)設(shè)計(jì)和管理經(jīng)驗(yàn)，作為科技重大專項(xiàng)課題研發(fā)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)組建了高性能通用CPU和芯片組設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)，主持CPU和芯片組微架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)和總體實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)規(guī)范的制定，先后負(fù)責(zé)了多顆CPU及x86-SoC芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)及量產(chǎn)。

數(shù)字化時(shí)代的到來，芯片已成為極度關(guān)鍵的戰(zhàn)略性產(chǎn)品，不僅影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更與國家安全息息相關(guān)。當(dāng)今，我國作為全球數(shù)一數(shù)二的網(wǎng)絡(luò)大國，卻仍然飽受“缺芯”之痛，而國內(nèi)最缺的“芯”無疑是高端通用處理器、存儲(chǔ)器、FPGA、射頻芯片等“主角”。

所幸的是，國內(nèi)的IC人也在奮力追趕。前不久問世的、被業(yè)內(nèi)評(píng)為“可與英特爾第7代i5比肩”的x86架構(gòu)處理器KX-6000系列，其“幕后英雄”正是國內(nèi)高性能通用處理器企業(yè)上海兆芯的CTO王惟林帶領(lǐng)的500多人團(tuán)隊(duì)集結(jié)開發(fā)、歷經(jīng)無數(shù)個(gè)日夜的成果。這一切，要從他20年前的一個(gè)決定開始。

01轉(zhuǎn)身

時(shí)光回溯到2000年，從中科院微電子中心畢業(yè)不久，王惟林選擇進(jìn)入威盛電子。

當(dāng)時(shí)的威盛可謂IC業(yè)界的翹楚，1999年通過收購Cyrix成為第三大x86處理器廠商，2000年收購S3圖形部門成為第三大顯示芯片廠商，是第一家同時(shí)擁有CPU、GPU和芯片組的廠商，是***的股王，風(fēng)光可謂一時(shí)無倆。

但第一次面試就給了王惟林一記“悶棍”。王惟林還記憶猶新地說，當(dāng)時(shí)威盛公司研發(fā)副總面試，但很多問題涉及的設(shè)計(jì)理念和方法都沒有聽說過，只能勉強(qiáng)回答，但由于基礎(chǔ)還算扎實(shí)，被認(rèn)為面試表現(xiàn)不錯(cuò)的王惟林作為種子選手進(jìn)入威盛。

同期，威盛也在著力打造研發(fā)隊(duì)伍，當(dāng)時(shí)安排王惟林等有潛力的新晉員工到海外學(xué)習(xí)了半年，由研發(fā)副總和工程副總親自培訓(xùn)，掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法流程，回來之后，王惟林從PCIe模塊設(shè)計(jì)起步，開啟了芯片組等主力芯片的開發(fā)歷程。

而威盛內(nèi)部研發(fā)團(tuán)隊(duì)也在“PK”。王惟林說，當(dāng)時(shí)的機(jī)制是哪個(gè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)周期短、流片快，項(xiàng)目就由這一團(tuán)隊(duì)接盤。大陸研發(fā)團(tuán)隊(duì)士氣如虹，一般IC設(shè)計(jì)周期需10個(gè)月，大陸團(tuán)隊(duì)只用了6個(gè)月，成功勝出。并且，市場也給予積極反饋，芯片月銷量達(dá)200萬片。

一戰(zhàn)成名之后，王惟林也成為研發(fā)主力，而威盛的主要研發(fā)中心也由我國***轉(zhuǎn)移到大陸。

看起來，一切都順風(fēng)順?biāo)?，但前行的道路總是崎嶇不平，最大的考?yàn)已然來臨。

02煎熬

在一代代芯片的迭代歷練中，王惟林及其團(tuán)隊(duì)也不斷成長，而當(dāng)時(shí)光轉(zhuǎn)到2010年時(shí)，一個(gè)新的考驗(yàn)橫亙?cè)谕跷┝置媲啊?/p>

當(dāng)時(shí)威盛把x86技術(shù)帶到了大陸，需要王惟林領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)來“闖關(guān)”，沒想到這一闖就闖了兩年。

王惟林至今仍歷歷在目：當(dāng)時(shí)手上還有其他項(xiàng)目，但至少一半時(shí)間在琢磨CPU設(shè)計(jì)。他自言說“成員們經(jīng)常關(guān)在小黑屋里”看源代碼到深夜，還要經(jīng)常組織討論答疑解惑。因?yàn)橐粋€(gè)CPU內(nèi)核就有220個(gè)模塊，而有180個(gè)模塊拿手工畫的，是定制化設(shè)計(jì)，他形容說真的讓人十分“抓狂”。當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)的許多工程師因?yàn)橹芷陂L、設(shè)計(jì)復(fù)雜，同時(shí)覺得看著高大上但不能做產(chǎn)品，缺乏實(shí)際意義，陸陸續(xù)續(xù)地離開了不少。

但王惟林仍在矢志不渝地堅(jiān)守，也實(shí)打?qū)嵉卮銦捔?年才“通關(guān)”?！皬脑?、架構(gòu)、代碼、設(shè)計(jì)方法和流程，一整套體系全吃透才行。我們邊看邊改進(jìn)，不停試錯(cuò)，2年多來終于摸清楚了來龍去脈。認(rèn)識(shí)到如何對(duì)微架構(gòu)改進(jìn)，提高IPC和頻率等，同時(shí)也看到采用全定制化時(shí)間太長，而采用工具進(jìn)行半定制化能將時(shí)間縮短一半，面積和功耗縮小一半?！蓖跷┝直硎?。

而此時(shí)新的變局來臨。由于時(shí)代及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，威盛最終于2013年與上海市國資委旗下聯(lián)和投資合資成立了上海兆芯集成電路有限公司，其中上海聯(lián)和投資出資2億美元占股80%，威盛電子占股20%，王惟林團(tuán)隊(duì)的人馬被全部轉(zhuǎn)入了兆芯。

命運(yùn)的車輪帶著王惟林駛?cè)肓苏仔镜能壍?，而首要的是需要攻下x86 CPU內(nèi)核這一“堡壘”。

03跨越

這是必須要攻克的“山頭”，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)十分“緊迫”。

經(jīng)過數(shù)十年之功，英特爾借助Wintel聯(lián)盟已在桌面處理器領(lǐng)域占據(jù)了絕對(duì)霸主地位，雖然AMD、英偉達(dá)甚至ARM陣營想發(fā)起沖鋒，但撼山易撼英特爾實(shí)難。而且，英特爾雖在移動(dòng)芯片領(lǐng)域?qū)掖螖∠玛噥?，但其x86架構(gòu)已延伸至通信和服務(wù)器領(lǐng)域并橫掃天下。而在國內(nèi)向高端通用處理器進(jìn)軍的兆芯、龍芯、飛騰等艦隊(duì)中，由于架構(gòu)不同，生態(tài)各異，表現(xiàn)出眾的兆芯亦承擔(dān)破局的重任。

畢竟，王惟林對(duì)兆芯有更高的期許：在滿足高端通用桌面處理器的需求后，將向筆記本、服務(wù)器、嵌入式計(jì)算平臺(tái)等市場多元化擴(kuò)展。

而如果不在桌面處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破和作為，從而以點(diǎn)帶面向服務(wù)器等高階領(lǐng)域進(jìn)軍，那所謂的信息安全只能是“空中樓閣”。作為追趕者，沒有捷徑，唯有咬緊牙關(guān)打攻堅(jiān)戰(zhàn)。

“雖然兆芯從威盛團(tuán)隊(duì)承接了大量x86技術(shù)資源和x86專利交叉授權(quán)，但是我們拿到的原始代碼與主流水平差距太大，每一代優(yōu)化改進(jìn)難度相關(guān)于重新設(shè)計(jì)一個(gè)新芯片，只能是小步快跑，積硅步以至千里?！蓖跷┝指锌卣f。

而之前CPU內(nèi)核“攻關(guān)”的積累，只是一個(gè)開始，只表示有“紙上談兵”的能力。王惟林坦言，在看懂之后進(jìn)行可行化改進(jìn)還面臨重重關(guān)卡，一方面做原有架構(gòu)如多核流水線、內(nèi)存讀取、多核互連方面等改進(jìn)，另一方面要改進(jìn)流程設(shè)計(jì)方法，評(píng)估性能功耗，包括SoC驗(yàn)證環(huán)境等均需重新搭建。

小步快跑的背后亦掩藏著無數(shù)的艱辛：“通用處理器這一規(guī)模的芯片開發(fā)需要大集團(tuán)作戰(zhàn)，我們團(tuán)隊(duì)四五百人左右，傾力研發(fā)了三四年時(shí)間，也只能維持CPU這樣規(guī)模一個(gè)半項(xiàng)目的開發(fā)。”王惟林提到，“上一代CPU將近20億晶體管，從微架構(gòu)定義到流片，從數(shù)字、模擬IP設(shè)計(jì)集成到測試，從性能、功耗到兼容性、穩(wěn)定性，可謂亦步亦趨、誠惶誠恐，每一節(jié)點(diǎn)都不能出差錯(cuò)，投入的人力、時(shí)間、資金難以想象，經(jīng)過無數(shù)次反復(fù)審驗(yàn)，才敢最終量產(chǎn)。”

雖然難上加難，但快跑的結(jié)果也很顯著：2012年國內(nèi)CPU水平只是當(dāng)時(shí)英特爾產(chǎn)品的7%，而兆芯推出C系列芯片之后則提升至50%（數(shù)據(jù)源自《科技日?qǐng)?bào)》），最新推出的KX-6000處理器完整集成CPU、GPU、芯片組，具有八個(gè)CPU核心、主頻最高3.0GHz、支持雙通道DDR4-3200、最大容量可達(dá)64GB，不僅刷新了國產(chǎn)高性能通用處理器的里程碑，性能上更是可與英特爾主流產(chǎn)品媲美。

而這一小步，卻實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)高性能通用桌面處理器從能用、可用到好用的一大步。

04突圍

雖然CPU的研發(fā)迭代一直在穩(wěn)步推進(jìn)，王惟林頭上的“緊箍咒”卻一直懸著。

因?yàn)樵O(shè)計(jì)一個(gè)CPU實(shí)打?qū)嵉刈鲬?zhàn)還可以完勝，但技術(shù)上的突破只是第一步，構(gòu)筑商業(yè)或生態(tài)系統(tǒng)才是終極挑戰(zhàn)。

幸而x86架構(gòu)相對(duì)有一定的生態(tài)基礎(chǔ)，可以不必從零開始搭建自己的生態(tài)，有利于兆芯CPU的推廣，王惟林也認(rèn)為兆芯是站在了巨人的肩膀上。

但他也直言，x86生態(tài)雖相對(duì)完善，但仍會(huì)遇到諸多問題，要與生態(tài)伙伴一起解決。比如x86在操作系統(tǒng)如Windows上適配較好，但國內(nèi)OS大都基于Linux，對(duì)x86 CPU雖然比其它的指令友好多了，但仍有很多適配的工作要花功夫、要做實(shí)，包括固件、軟件、應(yīng)用、系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)，需要與合作伙伴一起擴(kuò)大和完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

可喜的是，兆芯經(jīng)過幾年的“征戰(zhàn)”，目前已與多家知名整機(jī)廠商合作，包括聯(lián)想、清華同方等系列臺(tái)式機(jī)廠商；昂達(dá)、技訊、聯(lián)想開天、上海儀電智通秉時(shí)等一體電腦廠商，以及中科曙光、火星高科、眾新等服務(wù)器公司。采用兆芯通用CPU的多品牌臺(tái)式電腦、筆記本均已量產(chǎn)并完全達(dá)到成熟產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，且兼容性出色。

一組對(duì)比數(shù)字成為兆芯CPU表現(xiàn)的最佳注解：2018年?duì)I收比2017年漲了3倍，預(yù)計(jì)2019年與去年相比營收將增長4倍。

但反觀現(xiàn)實(shí)，仍讓王惟林唏噓。他提到，在高端通用處理器領(lǐng)域，國外廠商擁有多年積累的技術(shù)、資本、生態(tài)等方面優(yōu)勢，國內(nèi)起步晚，技術(shù)積累有限，困難和挑戰(zhàn)依然重重，但國內(nèi)一定要傾力發(fā)展自己的高性能通用處理器，因?yàn)檫@才是真正保證信息安全和產(chǎn)業(yè)鏈安全的基石。

而在信息安全已上升到產(chǎn)業(yè)安全、供應(yīng)鏈安全的時(shí)刻，留給國內(nèi)高端處理器企業(yè)的考驗(yàn)仍將持續(xù)。而正如古語所言：天下有大勇者，卒然臨之而不驚，無故加之而不怒。此其所挾持者甚大，而其志甚遠(yuǎn)也。在王惟林引領(lǐng)下的兆芯，又會(huì)帶給我們哪些新的“吉兆”呢？