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新基建為國產高端芯片帶來新機遇

2020-05-21 10:22:59| 來源: 經濟參考報

當下,以5G為代表的新基建正成為建設數字中國、網絡強國、智慧社會、實現可持續發展目標的利器。

新基建帶來新風口,廣受關注的芯片產業鏈發展迎來新機遇。在接受記者采訪時,多位專家學者和公司高管表示,與傳統芯片相比,作為新基建計算引擎的5G、AI和智能計算等新一代高端芯片屬于新賽道,需要構建全新生態。因此,抓住以5G為代表的新基建市場機遇,將助推我國芯片產業創新發展,彌補長期以來國產高端芯片的生態短板。

國產高端芯片急需突破生態瓶頸

高端芯片,特別是處理器芯片被公認為半導體皇冠上的明珠。其中最為大家熟悉的處理器是俗稱“大腦芯片”的中央處理器(CPU)和“圖形芯片”的圖形處理器(GPU),以及用于通訊、語音、圖像處理等領域的數字信號處理器芯片(DSP)。

業內人士指出,過去三十年人們經歷了數字化、互聯網和移動互聯網等信息技術變革,背后關鍵的推手就是以處理器為代表的計算技術的飛速進步,處理器的創新能力在某種程度上反映了一個國家對新一代信息技術的掌控能力。因此,發展國產高端芯片,特別是CPU、DSP、GPU等新一代處理器和FPGA芯片刻不容緩。

如今,全球高端芯片的核心技術基本掌握在國外企業手里,而國內高端芯片的核心技術尚處于追趕階段,這一現狀急需改變。

根據國家發改委對于信息技術基礎設施的定義,處理器等高端芯片無疑成為5G等通訊網絡基礎設施、AI等新技術基礎設施、智能計算中心等算力基礎設施的核心引擎。數據顯示,2019年我國處理器及控制器進口金額1423億美元,同比增長12.8%。專家據此分析,從數據來看,我國處理器特別是高端處理器芯片仍然主要依賴進口。其中主要原因是,我國采用自主指令集的處理器芯片公司規模較小,很難撼動Intel、ARM、英偉達、德州儀器等國際處理器巨頭在這一領域長期以來構筑的生態優勢。

據了解,長期以來國內對如何發展CPU等高端處理器一直存在兩種聲音:一種是主張基于完全自主知識產權的指令集、微架構、工具鏈等核心技術的CPU研發,從而贏得戰略主動權;另一種是支持國內芯片廠商通過合資或高額付費獲得國外廠商的技術(架構)授權,快速占領一部分國內市場。

相關專家表示,顯然后一種模式不具備處理器關鍵技術的自主創新能力。這種模式雖然風險低、見效快,但不僅無法主動應對潛在硬件缺陷造成的安全隱患,而且持續發展的控制權仍然操控在國外廠商手中,幾無戰略主動權可言。

龍芯中科技術有限公司董事長胡偉武建議,走“市場帶技術”的道路,通過自主研發掌握CPU的核心技術,建立自主可控的信息技術體系。

“自主研發路線基于自主編寫的CPU源代碼研制芯片,就像基于自己設計的圖紙蓋樓。引進技術路線則是通過基于買來的CPU源代碼研制芯片,就像基于買來的圖紙蓋樓。” 胡偉武這樣形容發展以CPU為代表的國產高端芯片的重要性。

新基建助推國產高端芯片進入新賽道

隨著我國新基建重大措施的推進,在5G、人工智能、物聯網、工業互聯網等領域,并沒有出現壟斷的生態。恰恰相反,由于相關產業剛剛起步,中外芯片設計公司在創新賽道的同一起跑線上,都面臨著采用新架構、構建新生態的挑戰。

因此,國家信息化專家咨詢委員會常務副主任周宏仁建議,在新基建領域應該優先支持和鼓勵采用國產高端芯片。同時,國產高端處理器廠商更應借助這一東風,通過自主創新提升產品性能,力爭在新基建領域構建國產自主、面向全球市場的計算生態。

胡偉武表示,目前以CPU和操作系統為代表的我國高端芯片的自主基礎軟硬件正處在關鍵發展階段。用自主基礎軟硬件支撐國家安全和產業發展已經成為共識。建設獨立于Wintel體系和AA體系外的第三套甚至第四套信息技術體系和產業生態,應該成為新基建的重要組成部分。

事實上,我國基于自主指令集的高端芯片公司已經開始取得不錯的成績。在“信息技術應用創新”工程等應用的牽引下,自主基礎軟硬件產業出現產品快速迭代、產業鏈深度融合、資本高度活躍的良好勢頭。龍芯在政企、安全、金融、能源、交通、教育等各個應用場景中都有了廣泛應用,通用處理性能達到產品級的世界先進水平。

而在異構計算領域,華夏芯(北京)通用處理器技術有限公司不僅推出了基于全自主統一指令集平臺的嵌入式CPU、DSP和AI IP,打破了國外IP廠商的壟斷,而且在異構計算領域特別是解決異構編程的挑戰方面,做出自己的創新。華夏芯發布的基于華夏芯CPU、矢量DSP和張量處理器的異構SoC芯片“北極星”,張量處理器提供優異的神經網絡加速能力,目前正在智慧物流、機器人、邊緣計算等領域進行推廣應用。

華夏芯CEO李科奕表示,抓住新基建帶來的發展機遇,依靠創新驅動,在異構計算等新賽道緊盯國際先進水平,我國完全有機會實現從高端芯片市場大國到創新強國的歷史性突破。

創新成為高端芯片行業新熱點

過去很長時間里,集成電路一直強調通過采用更先進的工藝實現PPA(即更高的性能、更低的功耗、更小的面積)。中國工程院院士、中國半導體行業協會榮譽顧問許居衍指出,這個邏輯方向到了需要修正的時候了。

分析人士表示,在先進工藝節點設計一款芯片產品的投入動輒數千萬美元,在這種情況下,如果芯片銷量達不到一定規模,采用先進工藝就變成少數芯片巨頭的專屬特權了。

因此,采用芯片架構創新、系統創新等新技術,例如異質集成、多樣化芯粒(chiplet)等新技術設計芯片,可以提供更靈活的工藝選擇、最經濟的資源投入和更快速的上市時間等諸多好處。

此外,隨著異構計算在人工智能、5G等領域的發展,不少國際巨頭推出了基于新一代異構計算的“新物種”,其中有些創新與傳統的生態并不完全兼容。譬如,英偉達推出了包含RISC V CPU和神經網絡加速器的GPU芯片,賽靈思推出了融合CPU、DSP和神經網絡加速器的FPGA芯片。據李科奕介紹,異構計算推動了國際芯片巨頭在產品線上重新布局,從設計單一的處理器或FPGA芯片轉變到設計兼顧高靈活性和高性能、集成多種架構的新一代高端芯片。

專家表示,大家談論比較多的深度學習、神經網絡等AI技術,需要根據不同的應用場景,與感知、數據采集、存儲和傳輸、安全加密等技術結合起來,也就是需要將AI專用計算單元和CPU等其他處理器、加速器、存儲器單元通過不同形式異構融合在一起,才能構成一個完整的產品。因此,如果沒有CPU等處理器芯片,單靠深度學習的專用芯片是無法支撐我國人工智能產業發展的。

根據專家的建議,我國應加強高端芯片從技術創新到應用生態的全面布局,加強5G、工業互聯網、智能計算等新基建和數字經濟的應用場景與自主創新的核心軟硬件底層架構的協同整合,努力實現我國高端芯片產業在5G時代的歷史性超越,為人類新一波產業浪潮做出源自于中國的重要貢獻。

(張漢青)

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