中國芯暗流涌動,龍芯/飛騰都在走什么樣的路

　　近年來，在核高基項目補貼和國家級集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的扶持下，國內(nèi)從事高性能CPU設(shè)計的單位或公司數(shù)量也不斷壯大，這當中有像龍芯、飛騰、申威這樣 擁有深厚技術(shù)底蘊的老牌IC設(shè)計單位，也有像宏芯、兆芯這樣新秀;既有展訊這樣的國有控股公司，也有海思這樣的非國有制企業(yè)。

　　有人評價這是“百家爭鳴、百花齊放”，也有人評價這是“重復建設(shè)、互相傾軋”。

　　事實上，在眼花繚亂的設(shè)計單位和公司中，根據(jù)自主可控程度高低和市場化運營的難易，可以分為三種難度模式：

　　一種走獨立自主路線，構(gòu)建自己技術(shù)體系的Hard模式，其代表是龍芯、申威;

　　另一種是自己設(shè)計微結(jié)構(gòu)，保障芯片安全可控，但依附于Wintel或AA體系，兼容其軟件生態(tài)的Normal模式，其代表是飛騰、君正、眾志;

　　最后一種是和大陸外廠商合作、合資，或者在軟件和硬件方面完全依附于AA體系的Simple模式，前者的代表是兆芯、宏芯，后者的代表是海思、展訊。

　　下面，我們就從三種難度模式的發(fā)展路線盤點國產(chǎn)CPU的技術(shù)路線和市場前景。

一、Hard模式發(fā)展路線

　　獨立自主發(fā)展路線顧名思義在知識產(chǎn)權(quán)、發(fā)展路線選擇權(quán)方面是完全由自己說了算，走自主路線有以下幾個特點：

　　一是擁有自主發(fā)展權(quán)。

　　擁有自己的指令集，可以自主擴展指令集，在發(fā)展方向上可以自主選擇。例如龍芯就在獲得Mips永久授權(quán)的同時，自行擴展了148條loongEXT、5條loongVM指令、213條loongBT、1014條loongSIMD，將Mips原本的527條指令，擴展為1907條，發(fā)展成為龍芯自己的loongISA，申威對Alpha的指令集也進行了很大程度的擴展。

　　二是安全可控。

　　自主構(gòu)建技術(shù)體系，可以實現(xiàn)從軟件和硬件上同時實現(xiàn)安全可控。例如，龍芯正在以“l(fā)oongISA+LCC+GS464E等自主研發(fā)的微結(jié)構(gòu)+社區(qū)操作系統(tǒng)loongnix+軟件生態(tài)+產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”為基礎(chǔ)，力爭打造自己的體系，由于軟件和硬件皆自己搭建，因而安全性較高。申威也在積極構(gòu)建自己的軟硬件體系，開發(fā)了自己的神威睿智編譯器，研發(fā)了基于Linux的神威睿思操作系統(tǒng)，加上超算領(lǐng)域不像PC領(lǐng)域那樣存在軟件生態(tài)的掣肘，申威構(gòu)建自主技術(shù)體系的道路可謂一片坦途——于2012年9月投入使用的神威藍光超算使用了8704片申威1600，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。

　　(龍芯GS464E流水線示意圖)

　　三是利潤全部在國內(nèi)。

　　舉例來說，龍芯構(gòu)建了一個涵蓋兩三百家企業(yè)，上萬名技術(shù)人員的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。因為擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，可以實現(xiàn)所有利潤都留在龍芯構(gòu)建的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟內(nèi)，國外廠商除非加入龍芯的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，給龍芯當馬仔，否則無法分走一分一毫利潤。申威因?qū)Ｗ⒊泐I(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟比較封閉，目前除神威超算的液冷系統(tǒng)從國外采購外，其余大多實現(xiàn)國產(chǎn)化。

　　Hard模式之下也有兩個不利因素：

　　一是技術(shù)門檻高，產(chǎn)業(yè)化難度大。

　　設(shè)計單位要獨立完成指令集擴展、微結(jié)構(gòu)設(shè)計、編譯器研發(fā)、軟件生態(tài)搭建等工作，還要吸引足夠多、足夠強的合作伙伴加盟，建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

　　二是不利于市場化運營。

　　目前，PC領(lǐng)域是Wintel體系的天下，而移動端芯片是AA體系的天下，服務器方面中低端市場基本被X86芯片占領(lǐng)，而高端服務器則是IBM的傳統(tǒng)市場。構(gòu)建自己的體系必然無法兼容國外Wintel體系和AA體系，不利于市場化運營。

　　二、Normal模式發(fā)展路線

　　Normal模式發(fā)展路線是指設(shè)計單位購買國外指令集授權(quán)，自主設(shè)計微結(jié)構(gòu)，但依附于Wintel或AA體系，兼容其軟件生態(tài)的發(fā)展路線。典型代表：飛騰(ARM)、君正、眾志。

　　Normal模式有以下兩個特點：

　　一是購買國外指令集授權(quán)。

　　舉例來說，飛騰購買了ARM V8指令集授權(quán)，君正購買了MIPS授權(quán)，北大眾志則獲得了X86授權(quán)(龍芯課題組成立后，AMD主動找上門給的。至于其中的原因，你懂得)。

　　(國防科大設(shè)計的兼容ARM V8指令的“小米”)

　　二是自主設(shè)計微結(jié)構(gòu)和CPU，從硬件上來保障硬件安全可控。

　　舉例來說，飛騰設(shè)計了“小米”，并有“火星”和“地球”兩款產(chǎn)品;君正設(shè)計了XBurst0、XBurst1 、XBurst2，并有Z系列、X系列、M系列三條產(chǎn)品線;北大眾志自主設(shè)計了UniCore-1、UniCore-2，以及眾志-805、PKUnity-3-130 、PKUnity-3(65)、 PKUnity86-2、PKUnity86-3等CPU或SOC，其中PKUnity86-3具有非常高的集成度，實現(xiàn)將CPU、GPU、DSP，北橋與南橋芯片組集成為單一芯片，最大程度地規(guī)避了大批量整機生產(chǎn)中的國外配套芯片斷貨和停產(chǎn)風險。

　　三是能兼容國外Wintel體系、AA體系的軟件生態(tài)。

　　舉例來說，“火星”和“地球”能流暢運行安卓及其應用程序;君正則是因為大量應用軟件都是針對ARM寫的，導致君正無法運行這些應用軟件，針對這個問題，君正正在開發(fā)的MC轉(zhuǎn)碼，能在部分程度上改善兼容性的問題。另外，君正的智能手表inWatch T搭載了TencentOS;北大眾志則是能完全兼容Window98、WindowXP、Window7等操作系統(tǒng)。

　　(君正用于智能手表inWatch T的Ingenic Newton2 - 可穿戴設(shè)備開源開發(fā)平臺)

　　雖然Normal模式下，設(shè)計單位無法自主擴展指令集，技術(shù)發(fā)展只能按照外商劃定的路線圖亦步亦趨，無法自主選擇發(fā)展方向。而且無論是授權(quán)到期還是指令集更新，都要再次購買指令集授權(quán)，始終是受制于人，淪為高級打工仔。

　　但在沒有自己的體系可以依托或沒有資本和技術(shù)自建體系的情況下，依附于國外體系，是獨立自主發(fā)展向市場化運營妥協(xié)的無奈選擇。

　　利弊相伴、禍福相依。Normal模式也能帶來以下優(yōu)勢：

　　一是研發(fā)的技術(shù)門檻、時間成本和資金成本大幅降低。

　　例如飛騰和君正就不需要自己擴展指令集，不需要開發(fā)自己的編譯器，更不需要構(gòu)建軟件生態(tài)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，只需要設(shè)計“小米”、XBurst和UniCore-2等微結(jié)構(gòu)以及“火星”、M150、M200、X1000、PKUnity86-3即可。

　　(君正用于物聯(lián)網(wǎng)的M150)

　　二是有利于市場化運營。

　　在依附于國外體系后，可以兼容其已經(jīng)發(fā)展得很成熟且豐富的軟件生態(tài)，不會遭遇Hard模式下的軟件生態(tài)瓶頸。這對于飛騰、君正和眾志市場化運營來說是一大利好。

　　三、Simple模式發(fā)展路線

　　Simple模式有兩種情況：

　　一種是和大陸外廠商合作、合資;

　　另一種是軟件和硬件方面完全依附于AA體系。

　　前者的代表是兆芯、宏芯，后者的代表是海思、展訊。

　　對于像兆芯、宏芯這樣和國外廠商合資或者合作的企業(yè)來說，優(yōu)勢是顯而易見的，大樹底下好乘涼——兆芯可以得到Wintel體系的庇護，而宏芯能夠得到IBM的技術(shù)支持。當然，代價同樣巨大。從此往后，兆芯淪為Wintel體系的馬仔，宏芯也被IBM綁在了OPENPOWER的戰(zhàn)車上，永遠的失去了像龍芯、申威那樣自主發(fā)展的可能性。

　　而且，在引進技術(shù)中，往往有這樣一個過程，先貼牌，后仿制，再修改原始設(shè)計，最后在將引進的技術(shù)融會貫通后自主創(chuàng)新。因此，宏芯今年發(fā)布的CP1，其實就是IBM的Power8的馬甲，兆芯目前唯一一款桌面芯片ZX-A就是VIA Nano的馬甲。

　　按照兆芯和宏芯公布的PPT，要走完貼牌、仿制、修改、自主創(chuàng)新這個過程基本要到2018年左右的ZX-E和CP3。在此之前的產(chǎn)品，基本上談不上自主知識產(chǎn)權(quán)，就更談不上安全可控。

　　另外，對兆芯和宏芯來說，還存在另一些風險：

　　對于宏芯而言，IBM對宏芯的技術(shù)扶持是受限制的!POWER 8最有價值的浮點運算方面的技術(shù)是不對宏芯開放的。另外，IBM將技術(shù)轉(zhuǎn)讓給宏芯的意圖是扶持一個打工仔，做四核或八核處理器去和Intel搶市場。

　　如果宏芯想用IBM的技術(shù)自己設(shè)計微結(jié)構(gòu)，做高端服務器的CPU和IBM競爭，那么宏芯將無法得到IBM的技術(shù)支持。

　　對于兆芯而言，風險就更大。

　　臺灣VIA的X86專利來自收購的Cyrix公司，雖然獲得了部分X86專利的使用權(quán)，但VIA在技術(shù)積累方面缺乏底蘊，在遭受Intel專利大棒的襲擊下，VIA的X86芯片銷聲匿跡。

　　雖然在英特爾與美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會(FTC)達成協(xié)議后，英特爾需向威盛提供x86授權(quán)協(xié)議延長至2018年4月——在2018年4月前，VIA與Intel將可相互使用對方的專利，但2018年4月之后，VIA就不能再使用Intel的新專利(舊專利能繼續(xù)使用)。

　　那么，到了2018年后，兆芯若不用Intel的新專利技術(shù)，那么很有可能在性能方面被Intel越拉越遠，若是使用Intel的新專利，那么就很有可能被Intel專利大棒打的半身不遂，重蹈VIA當年的悲劇。

　　另外，兆芯技術(shù)起點很低。Cyrix公司早在2000年就有大批技術(shù)骨干人才流失，VIA的X86芯片在09年左右技術(shù)發(fā)展就基本停滯了，VIA官網(wǎng)上更是萬年不更新，目前最好的產(chǎn)品是VIA Nano，但其性能實在是慘目忍睹，不要說和Intel的haswel比較，就是和龍芯GS464E相比都有很大的差距。

　　(圖表為1G主頻下SPEC2000測試分數(shù)，各款CPU的編譯環(huán)境未說明，僅供參考)

　　不過VIA最新的 QuadCore E C4650有一定進步，在制程工藝和主頻方面比Nano有一定提升，但根據(jù)官網(wǎng)資料，微結(jié)構(gòu)依舊是以賽亞的小改版本，單線程能力還是相對較弱。

　　另外，不知道VIA是否將QuadCore E C4650轉(zhuǎn)移給兆芯， QuadCore E C4650是否就是兆芯的ZX-C。

　　對于像海思、展訊這樣的公司來說

　　依附于AA體系下，有利于商業(yè)運營，能賺快錢，但在購買ARM微結(jié)構(gòu)，集成自己的SOC的過程中，ARM微結(jié)構(gòu)授權(quán)費和每生產(chǎn)一枚芯片的專利費猶如ARM稅在吸血，榨取了IC設(shè)計公司的利潤。

　　海思和展訊的日子過得蠻滋潤，原因在于海思是華為子公司，麒麟芯片自產(chǎn)自銷不愁賣，定價上不受市場影響，華為內(nèi)部說了算，而且華為產(chǎn)品的高溢價可以為海思留出充足的利潤空間。

　　展訊在被紫光收購后，Intel又以15億美元入股展訊獲得2成股權(quán)，另外國家集成電路大基金給予紫光400億資金。在紫光和Intel的輸血下，展訊自然是能夠縱橫捭闔。而那些不能“拼爹”，或者雖然有個爹，但爹不是李剛的ARM陣營廠商，比如聯(lián)芯、炬力、新岸線、全志、瑞芯微等就沒這么幸運了。

　　另外，因為大家都是購買ARM的微結(jié)構(gòu)，帶來了產(chǎn)品高度同質(zhì)化、缺乏核心技術(shù)、利潤普遍偏低、市場競爭激烈、生存壓力大、產(chǎn)品存在安全風險等問題。

　　四、選擇一個發(fā)展方向，集中攻堅是否可行?

　　目前，如果算上被飛騰終止開發(fā)的SPARC，在國內(nèi)可謂集齊了X86、ARM、MIPS、Alhpa、POWER、SPARC六大陣營，而且還各搞一套軟件生態(tài)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，說是重復建設(shè)、互相傾軋也不無道理。

　　那么，國家是否能夠出面協(xié)調(diào)，選擇1-2個主攻方向，實現(xiàn)集中力量，重點攻堅嗎?

　　難!

　　除了部門利益難以調(diào)和外，彼此之間發(fā)展路線的不認同也是重要因素——在龍芯、申威看來，選擇Normal模式、Simple模式，永遠受制于人，無法形成自己的軟件生態(tài)，也無法自主選擇發(fā)展方向，永遠不能實現(xiàn)獨立自主。

　　對于龍芯和申威來說，一個擁有國內(nèi)最強微結(jié)構(gòu)，另一個擁有國內(nèi)最好的高性能眾核CPU，經(jīng)過十多年的技術(shù)積累，龍芯和申威已經(jīng)有了自己的指令集、編譯器，和頗具雛形的軟件生態(tài)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，要他們放棄現(xiàn)有的技術(shù)積累，轉(zhuǎn)投X86、ARM陣營顯然是不可能的。

　　而在兆芯、海思等看來，選擇Hard模式不僅技術(shù)門檻高，市場化運營更是難以上青天，是土八路斗美械師，自尋死路。在可以依附于Wintel體系和AA體系的大樹下乘涼之時，根本不可能選擇Hard模式。

　　另外，Hard模式成功了固然好，無論是信息安全方面還是商業(yè)利益上都是無與倫比的，但風險異常巨大，失敗了就是血本無歸。而Normal模式、Simple模式雖然在信息安全還是商業(yè)利益方面的收益不能和Hard模式比，但風險較低，是在國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)總體落后西方的情況下，向現(xiàn)實妥協(xié)后的無奈選擇。

　　因此，國家決策層想必也是難以抉擇，于是來個“八仙過海各顯神通”，把能走的路都走一遍，總有個把能成。但以中國在IC設(shè)計方面的人才積累和資金投入，我們真的有這個資本和時間去揮霍么?

　　五、為什么國家對各家IC設(shè)計公司扶持差異巨大

　　盤點各家公司獲得國家資金扶持情況：

　　2014年紫光(控股展訊)獲得國家集成電路大基金400億元人民幣。

　　宏芯成立時獲6億注冊資本，從2014年成立至今，獲得補助不少于20億元人民幣。

　　兆芯成立時上海市政府出資12億元，從2013年成立至今，獲得補助不少于70億元人民幣。

　　龍芯自2001年成立以來，從國家863計劃、核高基專項中累計獲得項目經(jīng)費5億人民幣。龍芯中科公司成立后，獲得北京市政府2億人民幣的股權(quán)投資。2010年后未獲得國家項目資金扶持。

　　飛騰、申威因是軍方項目，并沒有數(shù)據(jù)。

　　在中國的國情下，獲得國家補助并不依靠各家的技術(shù)水平、技術(shù)成果、技術(shù)路線(技術(shù)水平最好，也是技術(shù)成果最豐富的龍芯、申威、飛騰，顯然不如兆芯、展訊受國家重視)，而是取決于各家單位的公關(guān)能力和國際巨頭的在華影響力。

　　六、結(jié)語

　　五大陣營互相傾軋，一方面是重復建設(shè)、資源浪費，同時也帶來了激烈的競爭。