《電子技術(shù)應(yīng)用》
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方之熙:RISC-V架構(gòu)將是我國物聯(lián)網(wǎng)芯片逆襲機(jī)會

2018-09-13

  中興通訊事件之后,大家都非常關(guān)注中國芯片的發(fā)展,而事實(shí)上在此之前中國很早就意識到補(bǔ)“芯”的重要性,投入了巨大的人力物力發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)。“中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)缺乏專業(yè)角度的戰(zhàn)略分析,缺少對行業(yè)發(fā)展趨勢的預(yù)判。我們付出的努力應(yīng)該可以達(dá)到更大的成果,如果僅僅跟在別人后面做‘人云亦云、人有我有’的東西,就只能受制于人。中國芯片要趕超,需要調(diào)整發(fā)展思路。眼下有個換道超車的機(jī)會,如果抓住這個機(jī)會,中國的運(yùn)算平臺芯片翻身就不需要再等10-15年。”致象爾微電子科技有限公司創(chuàng)始人兼CEO方之熙在接受《》記者獨(dú)家采訪時表示。方之熙博士曾任英特爾公司副總裁、首任英特爾中國研究院院長(2010-2014),在英特爾(美國)任職二十余年,經(jīng)歷了芯片產(chǎn)業(yè)如何跨越3個計(jì)算平臺的過程。對于中國如何發(fā)展自主的運(yùn)算平臺芯片,且能在全球芯片領(lǐng)域中占得一席之地的這個機(jī)會有獨(dú)到的見解。

  中國發(fā)展芯片要在戰(zhàn)略上藐視困難戰(zhàn)術(shù)上重視困難

  目前中國在芯片研發(fā)上投入并不少,但投資回報率不盡如人意。“中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)的思路,應(yīng)如同我們面對一切困難時的思路,‘戰(zhàn)略上要藐視敵人,戰(zhàn)術(shù)上重視敵人’。”方之熙說。

  在戰(zhàn)略上我們要藐視對手。方之熙表示,我們不能在戰(zhàn)略上把自己放得太低,只敢做別人做過的東西,不敢嘗試新的東西。過去我們投資了許多項(xiàng)目,都是重復(fù)別人走過的那幾步,沒有集中力量把“1、2、3”做到“4、5、6”。從x86、Power、MIPS到ARM,我們幾乎試過所有架構(gòu)的國外芯片,但大部分是將國外系統(tǒng)架構(gòu)直接拿過來,在一些功能模塊上加上了自己的東西。

  方之熙表示,貿(mào)易摩擦著眼于商業(yè)利益的交換,全球產(chǎn)業(yè)還是有分工的,我們需要做出能與對方交換或是制衡的產(chǎn)品。舉個例子,比如說一個智能設(shè)備中所需的10顆芯片中,對手擁有7片,我們擁有3片是對手沒有的,彼此就能形成交換。但如果說我們是跟在對手后面做同樣10片,對方在技術(shù)上就會永遠(yuǎn)比我們高出一到兩個代次,我們總會受制于人,總被人卡脖子。“芯片行業(yè)只有老大沒有老二,人家做什么,我們就跟在后面做什么是很危險的。”

  方之熙說。

  俗話說,“傷其十指,不如斷其一指”。方之熙表示,我們可以集中力量打造一些有戰(zhàn)略意義的技術(shù)產(chǎn)品,做下一代的新技術(shù)。集成電路產(chǎn)業(yè)涉及的領(lǐng)域極廣,縱向看,芯片的生產(chǎn)鏈很長,從晶元材料,儀器設(shè)備,F(xiàn)ab生產(chǎn)線,到封裝測試;橫向看,芯片產(chǎn)品林林總總,從模擬電路,傳感器,存儲芯片,通訊芯片,專用芯片到運(yùn)算平臺通用芯片。這中間專業(yè)細(xì)分,每一個產(chǎn)品,每一個技術(shù)都有其獨(dú)特的規(guī)律,從上升期、成熟期到下坡期,我們不要投資處于下坡期的技術(shù)。如在每個領(lǐng)域,人云亦云,亦步亦趨,投入極大,而收效甚微;我們需要把控芯片行業(yè)的發(fā)展規(guī)律,根據(jù)我國的國情國力,找到戰(zhàn)略突破口,如能在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域,執(zhí)其龍頭,取得主導(dǎo)地位,就能事半功倍,而不再受制于人。

  方之熙表示,應(yīng)該說我們也有許多成功的例子,中國在通信標(biāo)準(zhǔn)和通信芯片上的戰(zhàn)略與布局是很成功的,也是體現(xiàn)了國家意志的,從3G到5G,每一代通信標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)都提前布局,在通信芯片上也有很多成功的公司,這些好的經(jīng)驗(yàn)都能用在運(yùn)算平臺芯片的研發(fā)上。

  另一方面在戰(zhàn)術(shù)上要重視對手。方之熙表示,當(dāng)我們在資源、裝備、人員等都不如對手的時候,要想取得勝利,要在每一個項(xiàng)目、每一個技術(shù)的開發(fā)上,都要腳踏實(shí)地、認(rèn)認(rèn)真真、老老實(shí)實(shí)、一步一個腳印的把每一行代碼、每一個步驟都做好。特別是在項(xiàng)目的投資上,在產(chǎn)品方向的確立決策上,更要慎之又慎,不可急于求成,。“中國在芯片布局上,戰(zhàn)略上不能畏懼對手,要敢于嘗試別人沒有做過的東西。戰(zhàn)術(shù)上要重視對手,特別體現(xiàn)在具體技術(shù)和產(chǎn)品的項(xiàng)目投資、引進(jìn)決定上,要有科學(xué)專業(yè)的認(rèn)真分析以及行業(yè)發(fā)展的趨勢預(yù)判。”方之熙說。

  方之熙表示,象英特爾這樣的公司做每一個產(chǎn)品都非常謹(jǐn)慎,會從很多方面做很多論證。特別是運(yùn)算平臺芯片的技術(shù)路線、項(xiàng)目的選擇要很小心,因?yàn)樽吡艘徊街缶蜁阶咴竭h(yuǎn),一步錯步步錯。從技術(shù)上講,每一個小芯片認(rèn)真做,經(jīng)驗(yàn)就慢慢積累起來了。芯片沒有那么難做,要有恒心長期堅(jiān)持做下去,真正實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的自主性、系統(tǒng)性和完整性。在產(chǎn)品的性能、成本和質(zhì)量上下功夫,形成在國際產(chǎn)業(yè)鏈中無法輕易替代的價值優(yōu)勢,獲得在貿(mào)易談判中有力的交換籌碼。

  芯片的成功不僅僅是技術(shù)問題

  方之熙說:“做芯片不僅僅要解決技術(shù)問題,更要解決商業(yè)上的問題。”事實(shí)上,英特爾之所以能夠在PC芯片和服務(wù)器芯片市場上成功,不僅僅是技術(shù)上的,更是生態(tài)和商業(yè)上的成功。憑心而論,在英特爾做PC芯片、服務(wù)器芯片之時,技術(shù)都不是市場上最先進(jìn)的,最后英特爾能夠一統(tǒng)江湖,認(rèn)真分析這其中的原因,能夠?qū)ξ覀儼l(fā)展運(yùn)算平臺芯片產(chǎn)業(yè)有很重要的借鑒意義。

  方之熙表示,在數(shù)字芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,特別是運(yùn)算平臺芯片產(chǎn)業(yè)方面,有兩個重要的定律,一個是摩爾定理,另一個是貝爾定理。摩爾定理大家比較熟悉,而貝爾定理相對提及較少。貝爾定律提出,系統(tǒng)架構(gòu)(CPU+OS)決定了運(yùn)算平臺,運(yùn)算平臺決定了應(yīng)用軟件生態(tài)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用市場增長的需求,每隔10~15年運(yùn)算平臺技術(shù)會發(fā)生一次重大演進(jìn),運(yùn)算芯片的系統(tǒng)架構(gòu)會隨著應(yīng)用場景及商業(yè)模式的變化而發(fā)生一次重大變革,伴隨著其新的編程平臺、網(wǎng)絡(luò)接口和用戶界面,會帶來新的用戶體驗(yàn)和新的商業(yè)機(jī)會。

  回顧計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史可以看出這一點(diǎn)。先是計(jì)算機(jī)主機(jī)(IBM)時代:1946年ENIAC計(jì)算誕生,1964年IBM宣布了360計(jì)算機(jī),獨(dú)占了這個市場;再是個人電腦(Intel+Microsoft)時代:1981年IBM—PC英特爾8088+微軟的DOC推出,1994年第一臺配置Pentium處理器的筆記本電腦東芝T4900CT、1995年ThinkPad760cd問世;現(xiàn)在是智能手機(jī)(ARM+iOS/Android)時代:2002年Symbian操作系統(tǒng)智能手機(jī)諾基亞7650發(fā)布,2006年蘋果公司發(fā)布iOS的iPhone,2008年谷歌推出Android手機(jī)操作系統(tǒng)。

  方之熙回憶,上世紀(jì)80年代從主機(jī)進(jìn)入到PC時,在英特爾推出PC芯片的同時,市場上有十幾二十家企業(yè)在做CPU,而英特爾的芯片當(dāng)時在技術(shù)上也不是最好的,英特爾之所以能夠一統(tǒng)江湖,是因?yàn)橛⑻貭柡臀④浡?lián)手控制了系統(tǒng)架構(gòu),決定了運(yùn)算平臺,運(yùn)算平臺控制了整個軟件生態(tài)。在CPU設(shè)計(jì)中,有很多約定,包括核和核之間如何通信、需要幾個時鐘等,如果沒有在英特爾是不知道的,因?yàn)樗皇窍到y(tǒng)架構(gòu)約定的,而是在實(shí)現(xiàn)的時候定下來的,而英特爾的微系統(tǒng)架構(gòu)是不對外公開的,這其中有很多的軟件接口、總線與緩存的知識產(chǎn)權(quán)。英特爾擁有了大部分IP,其他人很難繞過去,很難躲開。再加上與微軟兩者的聯(lián)手的WINTEL一統(tǒng)天下之后,其他的CPU廠商很難打進(jìn)這個市場去。

  另外一個例子是關(guān)于服務(wù)器芯片。上世紀(jì)九十年代,英特爾在PC芯片市場大獲全勝,是非常賺錢的公司。然后,英特爾希望進(jìn)入新的市場領(lǐng)域。在上個世紀(jì)末這個世紀(jì)初,對于新市場拓展的方向,重點(diǎn)是做服務(wù)器芯片還是做手機(jī)芯片,英特爾公司進(jìn)行了長時間的認(rèn)真討論,因?yàn)槿肆ξ锪ω?cái)力所限,在服務(wù)器芯片和手機(jī)芯片上英特爾公司重點(diǎn)投入也只能二選一。從手機(jī)市場來看,英特爾的優(yōu)勢和積累不是通信,而要進(jìn)軍服務(wù)器芯片同樣是一場硬仗,因?yàn)楫?dāng)時市場上有太多的對手,包括IBM、SUN、HP等,這些公司有服務(wù)器芯片還有系統(tǒng)軟件,而且已在企業(yè)市場的應(yīng)用生態(tài)上建立了自己壁壘,英特爾要想進(jìn)入并不容易。經(jīng)過高層多輪討論,最后決定重點(diǎn)投入做服務(wù)器芯片,并預(yù)測這將是一個會越來越大的市場。

  一旦決定投入,英特爾是全力以赴。方之熙表示,做服務(wù)器芯片技術(shù)難題是一部分,更難的是應(yīng)用軟件生態(tài)的建立,對于企業(yè)級應(yīng)用生態(tài)的遷移和建立比個人電腦更難,因?yàn)槠髽I(yè)級客戶要將業(yè)務(wù)遷移非常不容易,要想讓SAP、甲骨文等等這些企業(yè)級應(yīng)用的軟件遷移到英特爾的平臺上,只能是一個一個地做,一個一個地優(yōu)化。

  英特爾在技術(shù)研發(fā)上和生態(tài)建立上投入巨大的資源,據(jù)方之熙透露,他在英特爾美國研究院屬下的一個工程師因?yàn)榉?wù)器芯片的研發(fā)派駐到甲骨文公司,協(xié)助甲骨文將應(yīng)用移植到英特爾平臺,通過調(diào)試、優(yōu)化,改進(jìn)英特爾的服務(wù)器芯片技術(shù),把服務(wù)器芯片與應(yīng)用適配,這項(xiàng)工作做了十年,這個英特爾工程師辦公室就設(shè)在甲骨文,作為英特爾研究院的人在甲骨文上班,一上就是十年。從這個例子來看,研發(fā)芯片和建立生態(tài),真的不是一個簡單的事情,也不僅僅是技術(shù)的問題。

  今天服務(wù)器芯片是英特爾公司最盈利的業(yè)務(wù)支柱,英特爾的X86服務(wù)器芯片占據(jù)了整個服務(wù)器市場絕大部分的市場份額,打敗了IBM

  的Power、甲骨文的SPAC(原Sun Microsystem)等等這些企業(yè)級的老牌巨頭,至今這些企業(yè)的服務(wù)器芯片技術(shù)上可能依然部分領(lǐng)先于英特爾的芯片技術(shù),但是服務(wù)器的市場和生態(tài)已是英特爾的江湖。

  RISC-V是中國運(yùn)算平臺芯片成功的機(jī)會

  在芯片產(chǎn)業(yè)的江湖上,并非一成不變,搶占未來制高點(diǎn),搶占未來商業(yè)機(jī)會,就有機(jī)會換道超車。

  每一次應(yīng)用場景的變遷,都會孕育新的技術(shù)平臺的變革,也是孕育新的企業(yè)巨頭的機(jī)會。現(xiàn)在又到了貝爾節(jié)點(diǎn)將發(fā)生作用的時候了,物聯(lián)網(wǎng)時代的到來,將需要新的系統(tǒng)架構(gòu)。這次運(yùn)算平臺的技術(shù)變局,我們能夠抓住機(jī)會嗎?

  在物聯(lián)網(wǎng)前期的嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)里,目前采用比較多的是ARM的處理器架構(gòu),數(shù)據(jù)顯示在嵌入式領(lǐng)域有75%的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用了ARM公司的微處理器架構(gòu)。ARM是由ARM公司擁有的精簡指令集(RISC)處理器架構(gòu),由于具有節(jié)能的特點(diǎn),非常適用于移動通信、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),所以在移動互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域成為主流。ARM所采取的商業(yè)模式是IP授權(quán),它的架構(gòu)授權(quán)有三種模式:架構(gòu)層級授權(quán)、內(nèi)核層級授權(quán)、使用層級授權(quán),架構(gòu)層級授權(quán)在獲得ARM公司授權(quán)后可以對ARM架構(gòu)進(jìn)行大幅度改造,使用層級授權(quán)是只可以用但不可以修改。

  在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域另一個后起之秀是RISC-V,它是2010年加州大學(xué)伯克利分校的David Peterson(2017年兩位圖靈獎得主之一)和Krste Asanovic領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的開源指令集系統(tǒng)架構(gòu),通過將核心指令集以及其CPU設(shè)計(jì)的IP開源,很大程度上改變運(yùn)算平臺芯片的設(shè)計(jì)生態(tài)。RISC-V由RISC-V基金會管理,包括西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá)、谷歌等硅谷巨頭都加入RISC-V基金會。因?yàn)樗敲赓M(fèi)開源的,而且可以靈活地進(jìn)行修改并加入新的功能,所以RISC-V正在吸引越來越多的科技公司采用。根據(jù)IPnest的調(diào)研,ARM公司在2017年的IP授權(quán)收入下滑了6.8%,原因之一是因?yàn)镽ISC-V加入了競爭。

  方之熙認(rèn)為RISC-V是中國發(fā)展運(yùn)算平臺芯片產(chǎn)業(yè)的新機(jī)會,中國如果能夠抓住RISC-V,就有機(jī)會實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)芯片產(chǎn)業(yè)的逆襲。方之熙透露,目前在硅谷,越來越多的初創(chuàng)企業(yè)采用RISC-V,而且RISC-V非常適合小公司,除了免費(fèi),而且修改外圍也可以不上傳。但這樣既有好處也存在問題,因?yàn)榇蠹叶伎梢孕薷亩簧蟼鳎腿菀酌媾R碎片化的問題,就很難形成廣泛接受的通用運(yùn)算平臺。如果有一個大公司來接手,它的發(fā)展命運(yùn)就有點(diǎn)像當(dāng)年的安卓,由于有谷歌的接手和控制,安卓就能維持持續(xù)化發(fā)展和規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)。RISC-V的勢頭正冉冉升起,如果中國通過大力支持RISC-V,并成為其中開源的最大貢獻(xiàn)者,共同搭建一個基于“開源架構(gòu)”RISC-V的芯片公共服務(wù)平臺,面向國內(nèi)外用戶提供各種軟硬件設(shè)計(jì)的公共服務(wù)。通過免費(fèi)而高效的服務(wù)來控制這個架構(gòu),從而使中國從技術(shù)的追隨者、采用者,演變?yōu)橹鲃油苿诱摺⒔ㄔO(shè)者,形成以我國主導(dǎo)的“物聯(lián)網(wǎng)芯片生態(tài)系統(tǒng)”,換道超車,在物聯(lián)網(wǎng)時代獲得逆襲。況且根據(jù)以往的貝爾定律的經(jīng)驗(yàn),一旦新的運(yùn)算平臺生態(tài)系統(tǒng)確立后,將會“反噬”上一代運(yùn)算平臺的市場份額。我國如能執(zhí)此龍頭,就能領(lǐng)導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)算平臺潮流,擁有完全自主的知識產(chǎn)權(quán)(包括信息安全機(jī)制),并可推廣到其它領(lǐng)域的芯片上去。如此一來,可望形成與X86、ARM三足鼎立的局面,不再受制于人。

  據(jù)方之熙透露,印度政府在硅谷印度藉高管們的影響下,已經(jīng)看到了這樣的機(jī)會,印度政府從2011年開始實(shí)施處理器芯片戰(zhàn)略計(jì)劃,這幾年印度政府資助的處理器項(xiàng)目都不斷向RISC-V靠攏,這有可能讓RISC-V成為了印度的事實(shí)國家指令集。據(jù)悉,這幾天,RISC-V基金會主席,加州大學(xué)伯克利分校的Krste Asanovic就在印度多地進(jìn)行交流訪問。事實(shí)上不僅僅是印度,包括美國DARPA,以色列國家創(chuàng)新局(Israel Innovation Authority)都選擇基于RISC-V研制作為全國企業(yè)服務(wù)的處理平臺,越來越多的國家看到了RISC-V的機(jī)會,如果這樣的機(jī)會被印度政府或者任何一個國家或者任何一個大公司抓走,我們再慢一步,未來中國要想贏得這樣的機(jī)會,要等下一個運(yùn)算平臺的變遷,可能需要再等10到15年。

  中國應(yīng)該如何對待RISC-V?方之熙表示,目前中國有不少公司關(guān)注到RISC-V。不過目前中國大部分公司僅僅使用開源的RISC-V代碼,而在RISC-V開源社區(qū)的貢獻(xiàn)依然非常少,也沒有太多的話語權(quán)。方之熙建議,中國應(yīng)該從更高的層次上看到RISC-V的戰(zhàn)略意義,及早對運(yùn)算平臺進(jìn)行布局,推行指令集國家標(biāo)準(zhǔn),是基于開源指令集RISC-V、還是其它已有的成熟的指令集,亦或重新設(shè)計(jì)一套自己的指令集,來開發(fā)我們物聯(lián)網(wǎng)及其它領(lǐng)域的運(yùn)算平臺芯片,做更多的考量。

  我國于2017年進(jìn)口以ARM為系統(tǒng)架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)芯片約300億元。據(jù)預(yù)測,再過幾年,物聯(lián)網(wǎng)芯片全球需求為2000-3000億人民幣,方之熙相信,如我們有自主的系統(tǒng)架構(gòu)及其上的生態(tài)系統(tǒng),我國的芯片產(chǎn)業(yè)不光能滿足中國智能制造的需要,還能出口芯片,占有這3000億元中相當(dāng)大的份額。


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