專家談國(guó)產(chǎn)CPU最新發(fā)展態(tài)勢(shì)：需強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

　　一、國(guó)產(chǎn)CPU發(fā)展現(xiàn)狀與成就

　　國(guó)內(nèi)已開啟多技術(shù)路線并行的CPU技術(shù)產(chǎn)業(yè)新格局。在國(guó)家科技重大專項(xiàng)和國(guó)家級(jí)集成電路產(chǎn)業(yè)投資資金的推動(dòng)之下,我國(guó)CPU產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)已進(jìn)入多技術(shù)路線同步推進(jìn)的高速發(fā)展階段,并因發(fā)展模式和技術(shù)特性的不同而呈現(xiàn)出不同的發(fā)展特色,其中:

　　x86體系由intel封閉主導(dǎo),國(guó)內(nèi)企業(yè)通過商業(yè)合作進(jìn)行CPU產(chǎn)品和部分技術(shù)的研發(fā)。Intel獨(dú)攬x86CPU的基礎(chǔ)架構(gòu)、芯片設(shè)計(jì)、工藝制造三大環(huán)節(jié)并封閉發(fā)展,目前已積累了超過1.7萬(wàn)件CPU相關(guān)專利。在硬件層面,不僅掌控與北橋CPU配套的南橋芯片組外圍接口、GPU等核心技術(shù),也主導(dǎo)著與x86相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和測(cè)試認(rèn)證,例如內(nèi)存條接口、硬盤接口以及PCIe總線接口等;在軟件層面,與微軟結(jié)成“Wintel”聯(lián)盟形成長(zhǎng)期相互協(xié)同的利益閉環(huán),眾多應(yīng)用廠商圍繞x86+windows體系開發(fā)產(chǎn)品。我國(guó)的兆芯和曙光分別通過與威盛和AMD的商業(yè)合作進(jìn)行x86CPU的研發(fā),其中兆芯已推出3代CPU產(chǎn)品,并形成了完整的芯片組解決方案,在操作系統(tǒng)層面除兼容windows和linux外,也聯(lián)合方德、中標(biāo)、普華等多家國(guó)內(nèi)企業(yè)展開適配;曙光聯(lián)姻AMD加快在服務(wù)器領(lǐng)域的布局,自研安全加密模塊替代原有AMD的安全部分,提升安全保障能力,預(yù)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品今年底實(shí)現(xiàn)正式商用。

　　ARM體系以開放共贏為基本原則,國(guó)內(nèi)企業(yè)在獲得技術(shù)授權(quán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行芯片架構(gòu)和芯片設(shè)計(jì)的研發(fā)。ARM公司是ARM生態(tài)的主導(dǎo)者和核心規(guī)則的制定者,通過基礎(chǔ)架構(gòu)授權(quán)、IP核授權(quán)等方式獲得經(jīng)濟(jì)收益。芯片設(shè)計(jì)企業(yè)基于ARM授權(quán)的基礎(chǔ)架構(gòu)/IP核進(jìn)行芯片研發(fā),降低了研發(fā)的難度、風(fēng)險(xiǎn)和成本,與ARM公司形成互惠互利的合作伙伴關(guān)系。而生態(tài)系統(tǒng)中大量的上下游軟硬件企業(yè)則遵循ARM統(tǒng)一制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對(duì)接眾多客戶需求而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益獲取。國(guó)內(nèi)基于ARM生態(tài)的CPU產(chǎn)業(yè)已有較好基礎(chǔ),華為海思、展訊、聯(lián)芯、飛騰等眾多企業(yè)均已累積多年的ARM芯片研發(fā)經(jīng)驗(yàn),在移動(dòng)終端領(lǐng)域我國(guó)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)已與國(guó)際主流水平同步,在高性能計(jì)算等應(yīng)用領(lǐng)域也推出了相應(yīng)的CPU產(chǎn)品。華為、展訊、國(guó)防科大等多家企業(yè)取得ARM自主化程度最高的架構(gòu)授權(quán),可進(jìn)行自主CPU基礎(chǔ)架構(gòu)的研發(fā)。2016年4月集合國(guó)內(nèi)外數(shù)十家企業(yè)的綠色計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立,將繼續(xù)推動(dòng)國(guó)內(nèi)ARM生態(tài)的逐步壯大和在全球生態(tài)中話語(yǔ)權(quán)的提升。

　　MIPS體系基于架構(gòu)授權(quán)構(gòu)建開放生態(tài),國(guó)內(nèi)企業(yè)是產(chǎn)品研發(fā)和生態(tài)推動(dòng)的主要力量。2012年Imagination和ARM的母公司BridgeCrossing合力購(gòu)得MIPS公司的580項(xiàng)專利,前者聯(lián)合多家MIPS芯片設(shè)計(jì)企業(yè)組建MIPS開源社區(qū)PRPL基金會(huì),共同推進(jìn)MIPS架構(gòu)與IP的持續(xù)向前發(fā)展;后者則側(cè)重于戰(zhàn)略性收購(gòu)以提升知識(shí)產(chǎn)權(quán)能力。我國(guó)目前是推動(dòng)MIPS生態(tài)繁榮的主要力量,龍芯在MIPS精簡(jiǎn)指令集基礎(chǔ)上自主擴(kuò)展了指令集loongISA,并堅(jiān)持自主研發(fā)微架構(gòu)和編譯器,2015年8月發(fā)布的GS464E在整數(shù)運(yùn)算性能方面基本追平了AMD的微結(jié)構(gòu),浮點(diǎn)運(yùn)算性能方面接近Intel在2013年發(fā)布的Ivy。君正在MIPS基礎(chǔ)指令集的基礎(chǔ)之上自主擴(kuò)展了SIMD指令集,側(cè)重于32位嵌入式CPU芯片及配套軟件的研發(fā)和銷售,主要應(yīng)用于便攜教育電子、可穿戴設(shè)備等移動(dòng)便攜設(shè)備領(lǐng)域。

　　此外,國(guó)內(nèi)對(duì)Power、Alpha等架構(gòu)也有布局。國(guó)內(nèi)已通過授權(quán)得到IBM的PowerCPU全套技術(shù),對(duì)標(biāo)行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。申威對(duì)自主的Alpha架構(gòu)也在不斷深化升級(jí),在雙核Alpha基礎(chǔ)上拓展了多核架構(gòu)和SIMD等特色擴(kuò)展指令集,主要面向高性能計(jì)算、服務(wù)器領(lǐng)域,在2016年國(guó)際超算大會(huì)評(píng)比中,基于申威26010處理器的“神威太湖之光”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)首次亮相并奪冠,其峰值性能達(dá)每秒12.5億億次浮點(diǎn)運(yùn)算,成為世界首臺(tái)運(yùn)行速度超10億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

　　二、面臨挑戰(zhàn)和主要問題

　　國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)配套滯后于產(chǎn)品技術(shù)需求,后續(xù)升級(jí)壓力較大。一是,目前國(guó)內(nèi)制造工藝落后國(guó)外兩代,CPU專用和高性能制造工藝尚處于起步階段,面向服務(wù)器和PC的國(guó)產(chǎn)CPU產(chǎn)品仍需依賴臺(tái)積電等國(guó)外廠商。二是,我國(guó)IP產(chǎn)值不足全球的10%,并且高端IP的缺乏難以支撐設(shè)計(jì)和制造發(fā)展的需求。華大九天等國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)展自主EDA工具,但目前仍較多應(yīng)用在低端產(chǎn)品當(dāng)中。此外,與工藝制造相關(guān)的裝備和材料技術(shù)的落后也制約國(guó)內(nèi)制造工藝的升級(jí),進(jìn)而影響CPU生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　國(guó)產(chǎn)CPU生態(tài)環(huán)境薄弱且成熟緩慢,長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展空間受限。受CPU知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘和國(guó)外CPU企業(yè)對(duì)商業(yè)模式的限制,目前國(guó)內(nèi)孤立的CPU生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)薄弱且成熟緩慢,主要表現(xiàn)在合作伙伴少、軟硬件生態(tài)力量分散、無法建立Wintel聯(lián)盟的協(xié)同共贏模式、缺乏產(chǎn)業(yè)上下游間的融合發(fā)展和深度優(yōu)化等。

　　應(yīng)用開發(fā)與CPU研制未形成良性互動(dòng),競(jìng)爭(zhēng)力提升緩慢。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)CPU研發(fā)還極大依賴于國(guó)家項(xiàng)目扶植和支持,未結(jié)合市場(chǎng)需求,導(dǎo)致產(chǎn)品和應(yīng)用脫節(jié)的情況較為突出,無法持續(xù)發(fā)展。目前各級(jí)單位正在大力推動(dòng)國(guó)產(chǎn)CPU的應(yīng)用,但因基于國(guó)產(chǎn)CPU的操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件生態(tài)并不豐富,目前規(guī)模較小,產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力提升緩慢。

　　三、對(duì)未來發(fā)展的建議

　　強(qiáng)化統(tǒng)籌協(xié)調(diào),提升國(guó)內(nèi)技術(shù)生態(tài)水平。依托國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和企業(yè)的成長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),以我國(guó)信息安全特殊需求為切入點(diǎn),針對(duì)具有我國(guó)特色的個(gè)性化應(yīng)用需求,聯(lián)合華為、國(guó)防科大、展訊等核心優(yōu)勢(shì)企業(yè),加大對(duì)CPU產(chǎn)品的研發(fā)和在相應(yīng)生態(tài)中的影響力。深化國(guó)際合作,在兼容開放、專利申請(qǐng)等方面爭(zhēng)取更多權(quán)益。

　　強(qiáng)化配套供給,提升國(guó)內(nèi)生態(tài)體系完備性。一是,推動(dòng)國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)與中芯國(guó)際等制造企業(yè)、江蘇長(zhǎng)電等封測(cè)企業(yè)間深化合作,圍繞服務(wù)器、移動(dòng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等專用需求,實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)自有的專用制造和封測(cè)工藝技術(shù)。二是,加大對(duì)與芯片特色功能優(yōu)化緊密相關(guān)的基礎(chǔ)IP的自研力度,力圖逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替換。三是,支持企業(yè)積極參與國(guó)際開源社區(qū),深化對(duì)開源軟件技術(shù)的理解,提升國(guó)內(nèi)CPU系列芯片產(chǎn)品配套應(yīng)用的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件供給能力。

　　強(qiáng)化應(yīng)用驅(qū)動(dòng),提升國(guó)內(nèi)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。面向國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用實(shí)際需求,開展研發(fā)攻關(guān)和國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用部署。整合各類專項(xiàng)資金和社會(huì)資金,繼續(xù)加大對(duì)核心技術(shù)/產(chǎn)品自主突破的支持力度。鼓勵(lì)應(yīng)用企業(yè)主導(dǎo)建立應(yīng)用牽引、研用融合的核心技術(shù)研發(fā)體系,形成研發(fā)、應(yīng)用、糾錯(cuò)、完善的體系化迭代創(chuàng)新模式,實(shí)現(xiàn)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的協(xié)同效應(yīng)。

　　強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),提升國(guó)內(nèi)差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。圍繞我國(guó)特定領(lǐng)域信息安全需求,構(gòu)建完備標(biāo)準(zhǔn)化體系,并將其納入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)準(zhǔn)入控制范疇。推動(dòng)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)專利申請(qǐng)的重視程度,適當(dāng)降低知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)的費(fèi)用門檻和管理門檻,探索產(chǎn)業(yè)共建知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利池,提升我國(guó)對(duì)外知識(shí)產(chǎn)權(quán)自我保護(hù)能力。

　　(作者簡(jiǎn)介:周蘭,就職于中國(guó)信息通信研究院兩化融合所集成電路與軟件研究部。來源:中國(guó)信通院)