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          我國(guó)高端芯片的發(fā)展機(jī)遇

          作者:?jiǎn)瘫?/span> 時(shí)間:2017-02-28 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:在2016年11月舉辦的“2016中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)”的高端芯片發(fā)展論壇上,天津飛騰信息技術(shù)有限公司總經(jīng)理谷虹、上海安路信息科技有限公司市場(chǎng)與應(yīng)用副總裁陳利光和龍芯中科技術(shù)有限公司副總裁張戈就高端芯片的安全、eFPGA和生態(tài)建設(shè)為切入點(diǎn),介紹了中國(guó)芯片在高端芯片領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

          作者/ 喬北 《電子產(chǎn)品世界》編輯

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201702/344560.htm

          摘要:在2016年11月舉辦的“2016中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)促進(jìn)大會(huì)”的發(fā)展論壇上,天津飛騰信息技術(shù)有限公司總經(jīng)理谷虹、上海安路信息科技有限公司市場(chǎng)與應(yīng)用副總裁陳利光和龍芯中科技術(shù)有限公司副總裁張戈就、eFPGA和建設(shè)為切入點(diǎn),介紹了中國(guó)芯片在領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

          1 高端芯片的和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

          1.1 CPU發(fā)展階段

            就CPU的角度,一共有三個(gè)發(fā)展階段,即X86+windows、ARM+Android和X+Linux。第一個(gè)階段是X86+windows階段,在這一階段,微軟和英特爾兩大企業(yè)抓住了個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代,成為IT界一代霸主;第二個(gè)階段是ARM+Android階段,在這一階段,蘋(píng)果和ARM抓住了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的機(jī)會(huì),在這個(gè)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域成為一代霸主,如今,手機(jī)越來(lái)越多的人將其當(dāng)做生活和工作中的簡(jiǎn)易電腦來(lái)用;第三個(gè)階段是X+Linux階段,在這一階段,我們能否抓住可控的全球戰(zhàn)略需求,成就中國(guó)安全產(chǎn)業(yè)?

            中國(guó)CPU有幾家技術(shù)很強(qiáng)的企業(yè),國(guó)家支持了十幾年,卻一直沒(méi)有做起來(lái),最難的在于。普京曾說(shuō)過(guò),只有中國(guó)才能造成安全的大企業(yè),中國(guó)有13億人口,有大市場(chǎng),俄羅斯只有2億人。要解決CPU安全問(wèn)題確實(shí)需要一個(gè)大的市場(chǎng),因?yàn)镃PU是一個(gè)IT技術(shù)的基礎(chǔ)核心。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)有一個(gè)三千萬(wàn)用戶(hù)的時(shí)候,就可以培養(yǎng)一個(gè)系統(tǒng)。也就是說(shuō),如果一個(gè)新的生態(tài)系統(tǒng)要進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)是需要這樣一個(gè)大數(shù)據(jù)的。中國(guó)擁有很大的市場(chǎng),這個(gè)市場(chǎng)剛開(kāi)始的時(shí)候一定不是國(guó)產(chǎn)CPU和國(guó)產(chǎn)芯片的用戶(hù),在安全領(lǐng)域如果三千萬(wàn)用戶(hù)可以培養(yǎng)一個(gè)市場(chǎng),中國(guó)這個(gè)市場(chǎng)還是有能力去培養(yǎng)出生態(tài)系統(tǒng),讓我們的CPU得以應(yīng)用。

          1.2 安全是企業(yè)新的切入點(diǎn)

            安全的信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)有核心部件和軟硬件的生態(tài),主要是軟件生態(tài),軟件生態(tài)進(jìn)步了,硬件生態(tài)也就跟進(jìn)了。安全產(chǎn)業(yè)是我們的切入點(diǎn),核心安全/最底層的安全一共是兩塊,即后門(mén)和漏洞。后門(mén)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中人為設(shè)計(jì)的特權(quán)指令,漏洞是軟硬件協(xié)議實(shí)現(xiàn)過(guò)程存在的缺陷。一個(gè)是主動(dòng)性的,一個(gè)是被動(dòng)性的,而就這兩個(gè)核心問(wèn)題,我們第一步是從主動(dòng)安全切入進(jìn)行主動(dòng)防御,至于漏洞,我們要通過(guò)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中通過(guò)大量的應(yīng)用逐步完善。

            實(shí)際上,通信協(xié)議是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定,本身并不存在安全問(wèn)題,真正的安全問(wèn)題在于其中的計(jì)算內(nèi)核。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)最好要跟著世界主流走,如果自己做標(biāo)準(zhǔn)的話,既費(fèi)錢(qián),又累,還不好用,做出來(lái)的協(xié)議如果沒(méi)人用,也就談不上安全。

          1.3 生態(tài)創(chuàng)建要靠“吸引”

            在產(chǎn)業(yè)界,企業(yè)還是要遵循一些產(chǎn)業(yè)規(guī)律,要在兼容國(guó)際的產(chǎn)業(yè)界的基礎(chǔ)上,把安全做好,這是中國(guó)CPU產(chǎn)業(yè)界需要考慮的事情。你的生態(tài)如果和國(guó)際主流兼容,就會(huì)吸引更多的生態(tài)和產(chǎn)業(yè)。天津飛騰信息技術(shù)有限公司總經(jīng)理谷虹表示,針對(duì)生態(tài)的建設(shè)和吸引,我們認(rèn)為后者會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加良性。因?yàn)槟愕纳鷳B(tài)環(huán)境好,一定會(huì)有更多的用戶(hù)跟著你一塊做生態(tài),以CPU為例,CPU中OS是基礎(chǔ)的,圍繞它的外圍生態(tài)有軟件、網(wǎng)絡(luò)、安全認(rèn)證、整機(jī)、存儲(chǔ)等,再外圍還包括我們的開(kāi)發(fā)者,有多少人愿意學(xué)你的這個(gè)系統(tǒng),來(lái)幫助你未來(lái)往前開(kāi)發(fā),良性的東西能夠吸引生態(tài),最終一起走。

            中國(guó)安全產(chǎn)品已經(jīng)在路上了,產(chǎn)業(yè)環(huán)境也越來(lái)越好,現(xiàn)在通過(guò)飛騰的實(shí)用性芯片做的事務(wù)性處理服務(wù)器,配上四核芯片做的桌面終端,運(yùn)行一般性的信息化應(yīng)用,例如office、郵件處理、上網(wǎng)、看電影、看電視,還有一般的打游戲,用戶(hù)體驗(yàn)和目前一般主流上的機(jī)器差別不大。

          2 嵌入式FPGA IP核技術(shù)與應(yīng)用

          2.1 eFPGA的概念

            英特爾巨資收購(gòu)了ALTERA,F(xiàn)PGA也作為IP核進(jìn)入至強(qiáng)處理器,另外,以硅谷FPGA startup公司(新興公司)來(lái)看,他們也都轉(zhuǎn)向了FPGA IP核方向。

            FPGA IP核不是一個(gè)新概念,在十幾年前,無(wú)論是在學(xué)術(shù)界還是在工業(yè)界,已經(jīng)有很多人開(kāi)始探索。從學(xué)術(shù)界來(lái)看,主要做的工作是如何實(shí)現(xiàn)FPGA IP核自動(dòng)化生產(chǎn),例如,有些人做了一些軟核的IP核,這與工業(yè)無(wú)關(guān);有些人做了一些版圖的自動(dòng)生成,就是eFPGA(嵌入式FPGA)編譯器,自動(dòng)生成一塊eFPGA;有些人做了一些eFPGA架構(gòu)設(shè)計(jì)空間的探索。從2000年開(kāi)始,很多公司開(kāi)始嘗試這一架構(gòu)。

            FPGA IP就是將一個(gè)FPGA作為一個(gè)IP的形式放在SoC(片上系統(tǒng))中。如何將FPGA放進(jìn)去,這里也有一些不同的辦法,包括作為總線設(shè)備/協(xié)處理器的形式放到SoC中,也可以作為一個(gè)數(shù)據(jù)格式形式或IO連接的設(shè)備。

          2.2 eFPGA的優(yōu)勢(shì)

            FPGA IP核放入SoC中有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

            1)提升接口帶寬的性能。一個(gè)eFPGA可以輕松地實(shí)現(xiàn)10000個(gè)以上的IO連接,我們看到商業(yè)上最大的芯片也是很難超過(guò)2000個(gè)IO數(shù)量級(jí)的,如果IO數(shù)量這個(gè)瓶頸破解后,在設(shè)計(jì)SoC的時(shí)候就會(huì)更加靈活;由于考慮連接問(wèn)題,之前設(shè)計(jì)SoC時(shí)會(huì)有很多的折中,現(xiàn)在很靈活的一個(gè)FPGA放在其中可以做更多靈活的工作;放在SoC中,信號(hào)可以直接連接,性能可以做得更好;內(nèi)部的信號(hào)頻率可以輕松地做到500MHz,延遲也可以做得很低,最低可以達(dá)到2ns;可以做成一個(gè)同步的設(shè)計(jì),省去外部做FPGA處理器,降低了設(shè)計(jì)難度。

            2)大幅度降低系統(tǒng)功耗及成本。一個(gè)典型的FPGA應(yīng)用的IO的功耗可能會(huì)占到50%,如果把它作為嵌入式IP,這50%的功耗就可以省掉,這對(duì)電源設(shè)計(jì)也有很好的促進(jìn),當(dāng)然最重要的是在做大批量應(yīng)用的時(shí)候,成本會(huì)有顯著的降低。另外,大規(guī)模FPGA的封裝很復(fù)雜,在做芯片的過(guò)程中,很多時(shí)候封裝的成本已經(jīng)超過(guò)了其中芯片,做成嵌入式則可以降低相關(guān)成本。因此,做成SoC之后,整體成本可能會(huì)降低10%~20%。

          2.3 eFPGA的市場(chǎng)及發(fā)展

            eFPGA雖然有這么多的好處,但是在過(guò)去二十年中并沒(méi)有太多成功的案例,原因在于過(guò)去這些年,這個(gè)市場(chǎng)是一個(gè)高度壟斷的市場(chǎng),這個(gè)市場(chǎng)的IP巨頭不愿提供嵌入式IP的技術(shù);同時(shí),IP技術(shù)發(fā)展比較快,更新?lián)Q代也比較快;另外一個(gè)更重要的原因是,對(duì)于做eFPGA startup公司來(lái)說(shuō),軟件的技術(shù)不夠成熟,造成這方面技術(shù)比較難做。

            現(xiàn)在集成電路的工藝進(jìn)入到一個(gè)瓶頸期,發(fā)展越來(lái)越慢,同時(shí)還需要考慮很多處理器方面的問(wèn)題,這就需要不同的方案來(lái)促進(jìn)集成電路的發(fā)展;另外一方面是國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體市場(chǎng)的崛起,包括國(guó)內(nèi)在eFPGA行業(yè)也有很多公司在做,這為行業(yè)帶來(lái)了很多機(jī)會(huì)。很多時(shí)候,原來(lái)在硅谷做不成的事情,在中國(guó)反而可以做成。

            從FPGA本身來(lái)看,現(xiàn)在做的產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜,集成越來(lái)越多各種IP。像eFPGA這個(gè)概念已經(jīng)成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),eFPGA使得不僅硬件可以編程,軟件也可以編程,成為全可編程化。而全可編程化也是整個(gè)行業(yè)的一個(gè)發(fā)展目標(biāo)。

            eFPGA應(yīng)用市場(chǎng)很廣闊,有FPGA應(yīng)用的系統(tǒng)中都存在這樣的機(jī)會(huì),像做硬件加速、云計(jì)算、超級(jí)計(jì)算機(jī)、無(wú)線通信等。用FPGA加速可以將產(chǎn)品的性能提升一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí),功耗也會(huì)降低很多,如果采用eFPGA,可能結(jié)構(gòu)會(huì)更好。在國(guó)防軍工領(lǐng)域,例如雷達(dá)處理、加解密等也需要eFPGA技術(shù);另外,人工智能、安防監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等都將可以用到eFPGA。

          2.4 技術(shù)難點(diǎn)

            1)產(chǎn)品的可靠性。之前已經(jīng)有eFPGA相關(guān)技術(shù),之所以沒(méi)有做成功是因?yàn)楫a(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。如果本身的FPGA都沒(méi)有量產(chǎn)的話,做成IP的可靠性是無(wú)法保障的。

            2)軟件技術(shù)成熟程度。因?yàn)檐浖夹g(shù)是在最核心的位置,你怎么支持IP技術(shù)的應(yīng)用和設(shè)計(jì),另外,IP核和IP芯片是不一樣的,它的規(guī)格需要與應(yīng)用的需求很快生成定制IP,因而需要靈活的平臺(tái),從而使這些軟件很快地支持新的架構(gòu)。

            3)產(chǎn)品驗(yàn)證問(wèn)題。IP核做好并交付后,還要去解決一個(gè)集成驗(yàn)證的問(wèn)題,復(fù)雜的SoC的驗(yàn)證是一個(gè)很大的問(wèn)題。驗(yàn)證方面需要做多個(gè)層次的驗(yàn)證,另外,因?yàn)樽鳛镮P核,要放到SoC中,后端的集成,包括芯片測(cè)試方案都需要一個(gè)完整的解決方案進(jìn)行測(cè)試。

            上海安路信息科技有限公司是2001年成立的,其在FPGA技術(shù)應(yīng)用方面,在低/中/高端產(chǎn)品方面都有相關(guān)的布局,支持整套的FPGA IP核驗(yàn)證技術(shù)。2015年12月成功交付千萬(wàn)門(mén)級(jí)eFPGA,該eFPGA基于EG130 FPGA IP核,支持兩千個(gè)以上的IO。

          3 建立自主產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系

          3.1 龍芯的發(fā)展

            龍芯從2001年開(kāi)始作為一個(gè)科研性的隊(duì)伍發(fā)展到現(xiàn)在,一共經(jīng)歷了三個(gè)比較大的發(fā)展階段。

            第一個(gè)階段是從2001年至2010年,這是龍芯團(tuán)隊(duì)的一個(gè)技術(shù)的積累時(shí)期,在這一階段,龍芯致力于研究CPU;從2010年開(kāi)始,龍芯團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)型成立公司,與市場(chǎng)結(jié)合,形成大、中、小三大系列CPU產(chǎn)品,主要面向安全應(yīng)用、通用計(jì)算機(jī)、嵌入式應(yīng)用三大市場(chǎng)方向;從2014年開(kāi)始,龍芯進(jìn)入了高速發(fā)展階段,下游客戶(hù)中基于龍芯CPU的軟硬件研發(fā)人員達(dá)到上萬(wàn)人,龍芯的銷(xiāo)售收入也連續(xù)兩年增長(zhǎng)50%。

            龍芯的產(chǎn)品主要基于三個(gè)產(chǎn)品系列定位,即龍芯1號(hào)、龍芯2號(hào)和龍芯3號(hào)。其中龍芯1號(hào)是面向特定應(yīng)用需求定制的“小CPU”系列芯片,龍芯2號(hào)是面向工控和終端類(lèi)應(yīng)用的“中CPU”系列芯片,龍芯3號(hào)則是面向桌面/服務(wù)器類(lèi)應(yīng)用的“大CPU”系列芯片。

          3.2 建立自主的IT生態(tài)體系

            建立自主的IT生態(tài)體系至關(guān)重要。由整個(gè)世界市場(chǎng)來(lái)看,對(duì)于不關(guān)注生態(tài)建設(shè)的企業(yè),公司發(fā)展都無(wú)法得到較大的突破。

            建立生態(tài)系統(tǒng)其實(shí)沒(méi)有想象的那么難。ARM和谷歌的CPU和OS研發(fā)人員在數(shù)百人的量級(jí)上,在應(yīng)用中形成了對(duì)產(chǎn)業(yè)深刻的、正確的理解。我國(guó)自主基礎(chǔ)軟硬件在應(yīng)用磨合中逐漸形成了對(duì)CPU和OS產(chǎn)業(yè)的正確理解,并不斷深化,完全可以在方興未艾的自主化應(yīng)用中,通過(guò)打通技術(shù)鏈,實(shí)現(xiàn)在每個(gè)局部都不如國(guó)外系統(tǒng)的情況下,做到整體性能優(yōu)于國(guó)外系統(tǒng),走出一條“應(yīng)用牽引、系統(tǒng)優(yōu)化、軟硬結(jié)合、規(guī)范適用”的自主化道路,形成自主生態(tài)。

            針對(duì)生態(tài)建設(shè)可以分為三個(gè)層次,即生產(chǎn)力、生產(chǎn)關(guān)系和上層建筑。

            1)生產(chǎn)力即為技術(shù)平臺(tái)。建設(shè)自主生態(tài)的關(guān)鍵在于API(應(yīng)用編程接口),而不是ISA(指令集),同時(shí),基礎(chǔ)軟硬件核心技術(shù)必須掌握在自己手中;另外還需要打通從API到晶體管的技術(shù)鏈,形成自主技術(shù)能力。

            2)生產(chǎn)關(guān)系是指產(chǎn)業(yè)鏈。自然生態(tài)的核心是能量的傳遞,產(chǎn)業(yè)生態(tài)的核心是價(jià)值的傳遞,龍芯公司通過(guò)軟件解決方案和產(chǎn)業(yè)投資基金等多種方式加速價(jià)值的傳遞。

            3)上層建筑則是指產(chǎn)業(yè)環(huán)境。生態(tài)是在一定環(huán)境中自己生長(zhǎng)起來(lái)的,要想在沙漠中長(zhǎng)出雨林,就需要大量雨水,而我們要做的就是共同努力營(yíng)造生態(tài)成長(zhǎng)的環(huán)境。

          參考文獻(xiàn):

            [1]王瑩.龍芯:安全芯片需要真正的自主可控[J].電子產(chǎn)品世界,2015(9):17-19.

            [2]倪光南.發(fā)展自主可控的信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)[J].電子產(chǎn)品世界,2015(10):25-26.

            [3]王金旺.“中國(guó)芯”穩(wěn)步發(fā)展,高端芯片仍待突破[J].電子產(chǎn)品世界,2016(1):25-26.


          本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第2期第15頁(yè),歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用,并注明出處。




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