中國發(fā)展嵌入式芯片的思考

開發(fā)通用CPU技術(shù)基礎(chǔ)
的障礙和困難
在IC設(shè)計(jì)人才、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)/環(huán)境上,我國還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平。而CPU是屬于IC設(shè)計(jì)的最高端產(chǎn)品， 設(shè)計(jì)出如此高性能高端的CPU仍需要相當(dāng)?shù)母黝愘Y源(設(shè)計(jì)人才和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)首當(dāng))和相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。大家公認(rèn)，中國的CPU方面的技術(shù)與國外的差距有一二十年。而在同時(shí), 我們?cè)谠S多低端IC產(chǎn)品上還大量依賴進(jìn)口。 在最缺乏的IC設(shè)計(jì)人才資源上, 我國現(xiàn)在只有數(shù)千人。 而在國外，單Intel公司就有數(shù)千名很有經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)IC設(shè)計(jì)工程師。顯而易見, 我們現(xiàn)在設(shè)計(jì)人才和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還不具備與世界CPU頂尖企業(yè)挑戰(zhàn)的能力。 我們應(yīng)當(dāng)利用這個(gè)有限的瓶頸資源去大力發(fā)展中低端IC產(chǎn)品以獲取最大的回報(bào), 并以此建立IC產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ), 為今后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。 提供全方位的支持來大辦IC設(shè)計(jì)人才的教育和培訓(xùn)是保持高速發(fā)展的最重要的一環(huán)。
在IC制作工藝水平上, 如今的各類CPU已發(fā)展到了0.13微米制程， 12寸晶圓, 集成度超過4500萬顆晶體管。我國現(xiàn)在還處于0.25～ 0.35微米制程，6～8寸晶圓水平上。 由于外國的出口限制等, 我國還仍相當(dāng)困難獲得像高速高精度光刻機(jī)等高端設(shè)備。在3～5年內(nèi), 我們還無法達(dá)到IC制作工藝水平的世界先進(jìn)水平。 這也決定了,就是我們?cè)O(shè)計(jì)出了有我們自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并且達(dá)到世界先進(jìn)水平的CPU, 我們也無法制作出達(dá)到世界先進(jìn)水平的CPU。同時(shí)，Intel的芯片生產(chǎn)能力和革新速度也是全球所有IC生產(chǎn)廠商們所難以媲美的。
在對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)(OS)上, 開發(fā)自主CPU并非是單一的CPU IC開發(fā)。 主流的OS必須支持和跟進(jìn),其OS核心必須開放。 遺憾的是, 我國目前尚不存在這樣的主流OS商,也不可能指望Microsoft來支持和跟進(jìn)。 這樣, 我們需要捆綁在似乎是唯一的LINUX選擇上。但 LINUX 近年來并沒有如初期想象的那樣奪取更大的OS市場(chǎng)份額。
在高端服務(wù)器ＣＰＵ上，Intel Itanium使用開放的體系，比起基于RISC服務(wù)器來，從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件都更能得到豐富的支持，且擴(kuò)充性、操作性也相對(duì)更好，對(duì)一般企業(yè)來說更具實(shí)用性。服務(wù)器的大廠商HP/Compaq、IBM都紛紛跳上了Itanium快車，然后專注于自己的核心技術(shù)領(lǐng)域諸如核心的軟硬件系統(tǒng)架構(gòu)與解決方案。在高端服務(wù)器CPU領(lǐng)域，將可能再次體現(xiàn)“一兩家獨(dú)大”的游戲規(guī)則?！≡谶@個(gè)眾多大廠商都無力招架、紛紛退出的時(shí)候，高端服務(wù)器CPU就更不是我們需要發(fā)展的了。

開發(fā)CPU知識(shí)產(chǎn)權(quán)
的障礙和困難
我個(gè)人認(rèn)為, 知識(shí)產(chǎn)權(quán)障礙和困難是一個(gè)更嚴(yán)重的問題。世界上有許多著名大公司諸如IBM, MOTOROLA, HP等都有能力設(shè)計(jì)一流的x86架構(gòu)CPU及其x86架構(gòu)兼容的CPU(IBM, MOTOROLA本身已有它們自己的一流的非x86架構(gòu)CPU)。有這么大的全球市場(chǎng), 有技術(shù)設(shè)計(jì)能力, 有CPU研發(fā)經(jīng)驗(yàn), 又有龐大的全球的營銷網(wǎng)絡(luò), 為什么它們不去發(fā)展x86架構(gòu)CPU? 顯然，這不是技術(shù)能力問題。 是知識(shí)產(chǎn)權(quán)障礙和困難及市場(chǎng)壟斷問題。
Intel等老牌CPU廠家, 由于早期的市場(chǎng)進(jìn)入和主導(dǎo), 申請(qǐng)和獲得了不少專利。 正如倪光南院士在“NC和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)CPU”—文中所說, “想繞過Intel的專利是非常難的”。

開發(fā)CPU市場(chǎng)壟斷
的障礙和困難
Intel和AMD已形成對(duì)x86架構(gòu)CPU市場(chǎng)壟斷。 高新科技產(chǎn)品在市場(chǎng)上嚴(yán)格奉行著“先入為主”、“一兩家獨(dú)大”的游戲規(guī)則。爭(zhēng)奪市場(chǎng)必須搶占先機(jī)，并且在經(jīng)過激烈地競(jìng)爭(zhēng)后，最終將僅有最大一兩家公司分享整個(gè)市場(chǎng)的絕大部分。如微軟的DOS操作系統(tǒng)就是通過在早期捆綁IBM計(jì)算機(jī)出售，而迅速占領(lǐng)了市場(chǎng)，建立了不可撼動(dòng)的地位。而在PC類CPU領(lǐng)域中，Intel和AMD就分享了幾乎所有的市場(chǎng)，就連通過兩次購并在1999年進(jìn)入CPU市場(chǎng)，在業(yè)界排行第三的威盛，也僅能分到小于2％的全球市場(chǎng)份額。品牌的認(rèn)知度和用戶的可接受性是對(duì)任何一個(gè)新產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。
打破CPU壟斷的難度有多大可從LINUX與微軟操作系統(tǒng)看出。 LINUX有全球的支持。全球開發(fā)LINUX沒有 像在中國開發(fā)通用CPU的技術(shù)基礎(chǔ)障礙和困難。全球開發(fā)LINUX沒有像開發(fā)CPU的知識(shí)產(chǎn)權(quán)障礙和困難。 但是在10余年之后, 在許多雄厚的商界的支持下, 甚至政府部門的行政干預(yù)下, LINUX仍然有待脫穎而出。 可見打破壟斷之艱難。
發(fā)展自己的嵌入式CPU
是可行之路
信息時(shí)代中，人們需要無處不在的連接和無處不能的資訊獲取能力，對(duì)于信息設(shè)備的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了對(duì)PC的需求。我國目前PC年增長(zhǎng)率只有30％左右，而網(wǎng)民的年增長(zhǎng)率卻達(dá)到了200％左右。網(wǎng)絡(luò)第一次給予了大多數(shù)人能夠在同一時(shí)間獲得同樣的信息的可能，消弭了人們?cè)谛畔@取上速度的不平等。為進(jìn)一步提高信息化程度，跨越隨之而來的“數(shù)字鴻溝”，市場(chǎng)迫切需求多方位、低廉的信息設(shè)備?，F(xiàn)在手機(jī)、PDA、機(jī)頂盒，　ＮＣ(網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī))等產(chǎn)品有著廣闊的市場(chǎng)，作為這些信息設(shè)備核心的嵌入式CPU在如今顯得舉足重要。
嵌入式CPU領(lǐng)域的現(xiàn)狀與其它領(lǐng)域的“獨(dú)大”局面不同，相對(duì)來說它呈現(xiàn)的是一個(gè)百家爭(zhēng)鳴的景象。因?yàn)樾畔⒃O(shè)備的種類繁多，且每類中的產(chǎn)品也是層出不窮，市場(chǎng)現(xiàn)在仍處于迅速擴(kuò)張的初期階段，無法象PC和服務(wù)器領(lǐng)域一樣形成大公司壟斷的局面。現(xiàn)階段嵌入式CPU的軟件也沒有被少數(shù)公司所壟斷。操作系統(tǒng)方面，我們可以選擇內(nèi)核開放的Linux。在這個(gè)仍處于混戰(zhàn)狀態(tài)的嵌入式CPU領(lǐng)域中，歷史第一次給予了我們發(fā)展建立自己的標(biāo)準(zhǔn)、建立核心優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)跳躍式發(fā)展的極好機(jī)遇。在IT業(yè)中，沒有什么比“標(biāo)準(zhǔn)”和“芯片”這兩個(gè)詞更有含金量的了。如PC領(lǐng)域中，Intel和微軟就掌握了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈80％的利潤。在信息設(shè)備領(lǐng)域中，我們擁有世界上最有潛力的消費(fèi)群市場(chǎng)。如在2001年，我國已超過了美國、成長(zhǎng)為全球最大的手機(jī)市場(chǎng)。我們還有龐大的IT生產(chǎn)基地。我們完全可以結(jié)合自己的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，發(fā)展有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式CPU，并利用在國內(nèi)的渠道優(yōu)勢(shì)，用市場(chǎng)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的建立，跳躍性地進(jìn)入到這個(gè)高回報(bào)率的領(lǐng)域中來。
一般來說，發(fā)展高科技產(chǎn)品可以走自主開發(fā)或合作開發(fā)兩條路線。一切從零開始的自主開發(fā)，普遍認(rèn)為是不太現(xiàn)實(shí)的，市場(chǎng)也不會(huì)等待，并且有悖于“創(chuàng)新”和“速度”高科技產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)不二的法寶，要希望在嵌入式CPU這樣的新興領(lǐng)域中建立自己的標(biāo)準(zhǔn)，就必須選擇一條快速發(fā)展的道路。另一條路線就是選擇一個(gè)在技術(shù)上已處于優(yōu)勢(shì)的合作伙伴共同開發(fā)，這樣可以利用現(xiàn)成的技術(shù)，快速地提升自己的技術(shù)水平和盡早地研制出自己的產(chǎn)品，這不失為一條適合我國發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)CPU的道路。
選擇合適的合作伙伴是成功的關(guān)鍵。在嵌入式CPU領(lǐng)域中，掌握嵌入式CPU核心技術(shù)的公司有Transmeta、威盛(VIA)、ARM和MIPS等。其中ARM、MIPS的CPU采用全新的架構(gòu)，與這類的公司合作，意味著軟件系統(tǒng)也將受其專利技術(shù)的限制。而威盛、Transmeta的CPU采用的是x86或兼容的架構(gòu)，可以很方便地利用現(xiàn)成流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，在技術(shù)少了一道發(fā)展的屏障。
從市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)看，現(xiàn)在應(yīng)是改變一味強(qiáng)調(diào)CPU不斷升級(jí)的時(shí)候了，各種BENCHMARK也指出，　瓶頸問題不再是CPU的絕對(duì)時(shí)鐘速度，　而是內(nèi)外部連接。提高一倍的時(shí)鐘速度可能才提高10％左右的總的執(zhí)行效能。威盛提出的“Total Connectivity”是對(duì)這個(gè)問題的全面解決方案 。信息時(shí)代強(qiáng)調(diào)的是全方位的連接和應(yīng)用，如何設(shè)計(jì)CPU使其能更好地應(yīng)用于各種信息設(shè)備中，這才是CPU發(fā)展的方向。順應(yīng)信息時(shí)代市場(chǎng)需要大量小巧、輕便的信息設(shè)備的趨勢(shì)，威盛、Transmeta的設(shè)計(jì)路線則是致力于打破以往的“越來越復(fù)雜”電路設(shè)計(jì)的概念，秉持著一個(gè)“小巧、簡(jiǎn)單”的原則，整個(gè)CPU的設(shè)計(jì)也走向環(huán)保、低耗電與效能/晶體管的平衡性去努力。在同樣時(shí)效的產(chǎn)品中，因晶體管數(shù)少，所以芯片面積小，耗電量、表面散熱量也小。
發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU還應(yīng)考慮到本國制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)在我國仍無0.18微米制程的芯片生產(chǎn)線，而嵌入式CPU的精簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使其可以在較低的制程上制造出符合市場(chǎng)的小面積芯片，這將全面帶動(dòng)我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展?！?/span>