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龍芯CPU的奮斗之路

lPCU_elecfans ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:電子發燒友網 ? 2021-12-25 14:30 ? 次閱讀

電子發燒友網報道(文/黃山明)近日,龍芯中科技術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。當前國內正值半導體行業蓬勃發展的階段,也涌現了許多優秀的半導體芯片公司,而如今這些芯片公司產品能夠成功,也是由于站到了前人的肩膀上,不僅是國內企業如此,包括業界巨頭如高通、三星、聯發科等,都是如此。但是,魯迅說過,從來如此,便對嗎?

國產芯的奮斗之路

胡偉武何許人也,從目前公開的資料顯示,是現任龍芯中科技術股份有限公司董事長,中國科學院計算技術研究院研究員,總工程師,博士生導師。龍芯CPU便是在胡偉武帶領團隊艱苦攻關而誕生的。

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,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鍵就在于CPU的自主研發,2000年,才剛剛33歲的胡偉武便承擔了研發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,可以將操作系統跑起來了。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終結。

但龍芯的出現,并沒有徹底改變國內CPU市場的格局,尤其在2006年,國產漢芯事件發生以后,對于龍芯而言,境遇更加艱辛。

國產芯片面對Intel、Arm等國際大廠,壓力巨大,尤其在半導體芯片領域,先發優勢明顯,當市場已經被國外廠商占據以后,就可以利用市場優勢來進行產品的快速迭代,進一步拉開與國產芯片的距離,這對于國內廠商而言,幾乎是一個死局。

以龍芯為例,盡管造出了中國人自己的CPU,但基本上只能應用在特定領域,在性能上更是與國外頂尖產品相差十幾倍。

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,龍芯才終于實現了盈虧平衡。

站在巨人肩膀上的企業芯片

在當年,不管是龍芯、飛騰、神威等國內廠商,想要設計一款CPU都是非常困難,主要難點就在于架構的設計。如今許多芯片廠商可以直接使用Arm架構,但龍芯是自己設計的,當年指令集都需要得到授權,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中的絕對上游,前提是行業中承認這個標準。但是如果標準還沒有得到整個行業的認可,那么就會導致一家一個標準,互相都不兼容,開發成本高,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架構基本是不對外授權的,因此廠商只能自己設計架構。

但是隨著Arm的出現,市場改變了,Arm已經將架構設計好了,并且可以對外授權,還有配套的GPU總線,只需要打包購買就可以了。雖然芯片從設計到流片依然不容易,當時已經比當年簡單太多。

Arm指令集的普及也讓市場環境得到了改善,那就是擁有了操作系統和軟件的支持,即便不購買Arm的架構,只是買指令集授權,然后廠商自己設計出處理器芯片,也不用擔心沒有軟件進行支持。

這是Arm的一個巨大優勢,要知道當年龍芯即便設計了自己的CPU,也很難有多少軟件可以支持。為了解決軟件生態的問題,龍芯選擇了MIPS架構,2009年中科院購買了MIPS架構授權,龍芯正式對外宣布兼容MIPS指令集。

今年4月15日,龍芯發布新一代自主指令系統架構——龍芯架構 (LoongArch)。胡偉武介紹,龍芯架構從整個架構的頂層規劃,到各部分的功能定義,再到細節上每條指令的編碼、名稱、含義,在架構上進行自主重新設計,具有充分的自主性,同時也能兼容多種主流指令系統。

而在一些廠商購買了Arm的IP之后,設計出來的高性能核心,其生態系統天然就是存在的,依靠Arm架構,國內廠商可以設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國內大廠如華為、阿里等,都選擇用Arm架構。

當然,如今RISC-V開源指令集架構也開始受到國內廠商的廣泛關注,也可以做到在技術上完全自主,不過這就是另一個故事了。

憂慮與希望

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。如果不會設計,還可以付費讓國內一些企業做好,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的成本,讓國內芯片廠商增加自己的競爭力。同時還可以通過市場來培養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,國內廠商在使用Arm架構的同時,也需要堅持研發自己的架構,做到自己定義指令集,自主生產半導體制造設備,設計自主可控的處理器,采用自主定義的接口,GPU、網絡協議、操作系統,都可以實現完全國產化。

實話說,在過去經濟全球化的市場格局下,這種提議顯然是不符合市場規律的,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,美國專注于芯片設計IP,荷蘭擁有頂尖的光刻機技術,韓國以及中國臺灣地區擁有高端的芯片制造技術,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發生了改變,國產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,甚至一度做得比Arm的公版核心還要更優秀一些,當然還比不上蘋果。

而聯發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,轉而學習聯發科用Arm公版核心進行堆疊。

三星的自研核心架構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,各家已經沒有太大的區別。

所以,自研架構想要成功并不是一件容易的事。好消息是,近幾年國內半導體市場景氣高漲,國家政策大力扶持,涌現了許多優秀的半導體企業。也有許多立志做真正全國產芯片的公司誕生,從架構、設計、制造到封裝,都全部國產化,中國市場很大,如今也給了這些企業生存的空間。

當前全球信息產業主要有兩個體系,一個是Wintel(微軟+英特爾),另一個是AA(安卓+Arm),不論是龍芯架構,還是RISC-V,打造第三套屬于中國自主的新生態,應當成為未來堅定的目標。只有打造自己的企業,才能掌握主導權,才能讓產業有利潤健康發展。

小結

集成電路芯片作為核心技術,最好要有自己的技術壁壘,現在技術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。技術不強就通過研發去改進,讓產品在使用中不斷迭代優化。至少目前來看,龍芯的路走對了。

原文標題:“龍芯之父”胡偉武一語驚人,阿里、華為成功造芯源于門檻太低?

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審核編輯:彭菁
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原文標題:“龍芯之父”胡偉武一語驚人,阿里、華為成功造芯源于門檻太低?

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