2021年12月21日
電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/黃山明)近日,龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長在接受媒體訪問時表示,阿里、華為等企業(yè)如今做芯片為何能夠做成,主要是因為如今集成電路芯片門檻很低。理論上只需要兩三億,就可以不用一個研發(fā)人員做出一個手機芯片,因為所有IP都可以買得到。
此言論一出,引起各方的激烈討論。當前國內(nèi)正值半導體行業(yè)蓬勃發(fā)展的階段,也涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的半導體芯片公司,而如今這些芯片公司產(chǎn)品能夠成功,也是由于站到了前人的肩膀上,不僅是國內(nèi)企業(yè)如此,包括業(yè)界巨頭如高通、三星、聯(lián)發(fā)科等,都是如此。但是,魯迅說過,從來如此,便對嗎?
胡偉武何許人也,從目前公開的資料顯示,是現(xiàn)任龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長,中國科學院計算技術(shù)研究院研究員,總工程師,博士生導師。龍芯CPU便是在胡偉武帶領(lǐng)團隊艱苦攻關(guān)而誕生的。
在上世紀90年代,我國的高性能計算機與國外先進產(chǎn)品性能相差巨大,但石油勘探、天氣預報等重要工作都需要使用到高性能計算機,而這些計算機也只能從國外通過特批的方式進行購買。
并且即便是購買回來的高性能計算機,也需要在國外操作人員的監(jiān)督下使用。當年在科學界流傳著一個“玻璃房子”的故事,在一間通透的玻璃房間內(nèi),擺放著一臺美國購買來的超級計算機。而中國的科學家只能在美方的監(jiān)視下才能上機操作,并且不得用于軍事目的。
有鑒于此,中國的科研人員決心要做自己的高性能計算機。而制造高性能計算機的關(guān)鍵就在于CPU的自主研發(fā),2000年,才剛剛33歲的胡偉武便承擔了研發(fā)CPU的課題。
到了2001年,胡偉武團隊終于做出了龍芯的原型系統(tǒng),可以將操作系統(tǒng)跑起來了。到了2002年,在中科院計算所北樓,安裝了“龍芯1號”CPU的計算機正常啟動工作,這也標志著中國人只能依靠進口CPU制造計算機的歷史已經(jīng)終結(jié)。
但龍芯的出現(xiàn),并沒有徹底改變國內(nèi)CPU市場的格局,尤其在2006年,國產(chǎn)漢芯事件發(fā)生以后,對于龍芯而言,境遇更加艱辛。
國產(chǎn)芯片面對Intel、Arm等國際大廠,壓力巨大,尤其在半導體芯片領(lǐng)域,先發(fā)優(yōu)勢明顯,當市場已經(jīng)被國外廠商占據(jù)以后,就可以利用市場優(yōu)勢來進行產(chǎn)品的快速迭代,進一步拉開與國產(chǎn)芯片的距離,這對于國內(nèi)廠商而言,幾乎是一個死局。
以龍芯為例,盡管造出了中國人自己的CPU,但基本上只能應(yīng)用在特定領(lǐng)域,在性能上更是與國外頂尖產(chǎn)品相差十幾倍。
到了2012年,龍芯面臨了一次危機,國家重大專項資助不再支持自主通用CPU。直到2015年,龍芯才終于實現(xiàn)了盈虧平衡。
在當年,不管是龍芯、飛騰、神威等國內(nèi)廠商,想要設(shè)計一款CPU都是非常困難,主要難點就在于架構(gòu)的設(shè)計。如今許多芯片廠商可以直接使用Arm架構(gòu),但龍芯是自己設(shè)計的,當年指令集都需要得到授權(quán),并且有錢也不一定買得到。
即便買到了指令集,還需要從頭開始設(shè)計自己的體系,比如處理器指令集是一套標準,主板顯示芯片是一套標準,就連顯卡到顯示器的接口都有自己的一套標準,如果要接入PC還需要轉(zhuǎn)接才行。
好處當然是自主可控,并且手握標準就能夠成為行業(yè)中的絕對上游,前提是行業(yè)中承認這個標準。但是如果標準還沒有得到整個行業(yè)的認可,那么就會導致一家一個標準,互相都不兼容,開發(fā)成本高,性能可能也好不到哪里去,最終只能淘汰。而市場中的霸主x86架構(gòu)基本是不對外授權(quán)的,因此廠商只能自己設(shè)計架構(gòu)。
但是隨著Arm的出現(xiàn),市場改變了,Arm已經(jīng)將架構(gòu)設(shè)計好了,并且可以對外授權(quán),還有配套的GPU總線,只需要打包購買就可以了。雖然芯片從設(shè)計到流片依然不容易,當時已經(jīng)比當年簡單太多。
Arm指令集的普及也讓市場環(huán)境得到了改善,那就是擁有了操作系統(tǒng)和軟件的支持,即便不購買Arm的架構(gòu),只是買指令集授權(quán),然后廠商自己設(shè)計出處理器芯片,也不用擔心沒有軟件進行支持。
這是Arm的一個巨大優(yōu)勢,要知道當年龍芯即便設(shè)計了自己的CPU,也很難有多少軟件可以支持。為了解決軟件生態(tài)的問題,龍芯選擇了MIPS架構(gòu),2009年中科院購買了MIPS架構(gòu)授權(quán),龍芯正式對外宣布兼容MIPS指令集。
今年4月15日,龍芯發(fā)布新一代自主指令系統(tǒng)架構(gòu)——龍芯架構(gòu) (LoongArch)。胡偉武介紹,龍芯架構(gòu)從整個架構(gòu)的頂層規(guī)劃,到各部分的功能定義,再到細節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義,在架構(gòu)上進行自主重新設(shè)計,具有充分的自主性,同時也能兼容多種主流指令系統(tǒng)。
而在一些廠商購買了Arm的IP之后,設(shè)計出來的高性能核心,其生態(tài)系統(tǒng)天然就是存在的,依靠Arm架構(gòu),國內(nèi)廠商可以設(shè)計出性能不輸于國外大廠的高性能芯片。這也是為何如今大多數(shù)國內(nèi)大廠如華為、阿里等,都選擇用Arm架構(gòu)。
當然,如今RISC-V開源指令集架構(gòu)也開始受到國內(nèi)廠商的廣泛關(guān)注,也可以做到在技術(shù)上完全自主,不過這就是另一個故事了。
胡偉武評價如今阿里、華為造芯之所以能夠成功,主要由于集成電路的制造門檻已經(jīng)降低了,這并不是刻意貶低。而是釋放出一種憂慮,因為芯片雖然成功造出,但并沒有形成真正的技術(shù)壁壘。
胡偉武透露只需要兩三億元,就可以在不用一個研究員的情況下造出一個手機芯片,因為如今所有的IP都可以買得到。如果不會設(shè)計,還可以付費讓國內(nèi)一些企業(yè)做好,再找臺積電或者中心國際將芯片封裝完成,一顆全新的芯片就做好了。
在當前時間段,選擇這樣去做并沒有什么不好,甚至可以顯著地降低企業(yè)的成本,讓國內(nèi)芯片廠商增加自己的競爭力。同時還可以通過市場來培養(yǎng)大量的高端集成電路人才,來彌補過去幾十年所欠缺的空白。
而讓胡偉武真正憂慮的是,國內(nèi)廠商在使用Arm架構(gòu)的同時,也需要堅持研發(fā)自己的架構(gòu),做到自己定義指令集,自主生產(chǎn)半導體制造設(shè)備,設(shè)計自主可控的處理器,采用自主定義的接口,GPU、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、操作系統(tǒng),都可以實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。
實話說,在過去經(jīng)濟全球化的市場格局下,這種提議顯然是不符合市場規(guī)律的,因為什么東西都要自己來,顯然是無法競爭的過全球一起合作制造出的產(chǎn)品。并且分工合作,不僅能夠有效降低成本,還能讓這個市場更加專注,做出性能更強勁的芯片。
比如日本專注于半導體原材料,美國專注于芯片設(shè)計IP,荷蘭擁有頂尖的光刻機技術(shù),韓國以及中國臺灣地區(qū)擁有高端的芯片制造技術(shù),而中國大陸具有廣袤的市場以及大量的成熟技工。
如今,受到疫情以及中美沖突的影響,全球合作的氛圍已經(jīng)發(fā)生了改變,國產(chǎn)替代的浪潮也開始興起。因此,胡偉武的建議是有必要性和長遠性的。
需要明確的是,想要做到真正的自研太難了,高通與三星都曾自研過核心架構(gòu),甚至一度做得比Arm的公版核心還要更優(yōu)秀一些,當然還比不上蘋果。
而聯(lián)發(fā)科選擇了堆疊核心這種簡單粗暴的方式來提升芯片的性能,受到性能不足、成本高企的高通最終也放棄了自研核心架構(gòu),轉(zhuǎn)而學習聯(lián)發(fā)科用Arm公版核心進行堆疊。
三星的自研核心架構(gòu)更是屢屢爆出兼容性問題,最終甚至導致三星的手機部門都不愿意采用自己的芯片,轉(zhuǎn)而采用高通的芯片。因此如果來說,安卓陣營手機芯片廠商基本都是采用Arm公版核心進行堆疊的方式,再交給臺積電或者三星來代工,各家已經(jīng)沒有太大的區(qū)別。
所以,自研架構(gòu)想要成功并不是一件容易的事。好消息是,近幾年國內(nèi)半導體市場景氣高漲,國家政策大力扶持,涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的半導體企業(yè)。也有許多立志做真正全國產(chǎn)芯片的公司誕生,從架構(gòu)、設(shè)計、制造到封裝,都全部國產(chǎn)化,中國市場很大,如今也給了這些企業(yè)生存的空間。
當前全球信息產(chǎn)業(yè)主要有兩個體系,一個是Wintel(微軟+英特爾),另一個是AA(安卓+Arm),不論是龍芯架構(gòu),還是RISC-V,打造第三套屬于中國自主的新生態(tài),應(yīng)當成為未來堅定的目標。只有打造自己的企業(yè),才能掌握主導權(quán),才能讓產(chǎn)業(yè)有利潤健康發(fā)展。
集成電路芯片作為核心技術(shù),最好要有自己的技術(shù)壁壘,現(xiàn)在技術(shù)不強學習別人的路子也沒錯,但最好別忘了最后要走出自己的路。技術(shù)不強就通過研發(fā)去改進,讓產(chǎn)品在使用中不斷迭代優(yōu)化。至少目前來看,龍芯的路走對了。