“龙芯之父”胡伟武一语惊人,阿里、华为成功造芯源于难度太低?

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电子发烧友网报道(文/黄山明)近日,龙芯中科技术股份有限公司董事长在接受媒体访问时表示,阿里、华为等企业如今做芯片为何能够做成,主要是因为如今集成电路芯片门槛很低。理论上只需要两三亿,就可以不用一个研发人员做出一个手机芯片,因为所有IP都可以买得到。
 
此言论一出,引起各方的激烈讨论。当前国内正值半导体行业蓬勃发展的阶段,也涌现了许多优秀的半导体芯片公司,而如今这些芯片公司产品能够成功,也是由于站到了前人的肩膀上,不仅是国内企业如此,包括业界巨头如高通、三星、联发科等,都是如此。但是,鲁迅说过,从来如此,便对吗?
 
国产芯的奋斗之路
 
胡伟武何许人也,从目前公开的资料显示,是现任龙芯中科技术股份有限公司董事长,中国科学院计算技术研究院研究员,总工程师,博士生导师。龙芯CPU便是在胡伟武带领团队艰苦攻关而诞生的。
 
在上世纪90年代,我国的高性能计算机与国外先进产品性能相差巨大,但石油勘探、天气预报等重要工作都需要使用到高性能计算机,而这些计算机也只能从国外通过特批的方式进行购买。
 
并且即便是购买回来的高性能计算机,也需要在国外操作人员的监督下使用。当年在科学界流传着一个“玻璃房子”的故事,在一间通透的玻璃房间内,摆放着一台美国购买来的超级计算机。而中国的科学家只能在美方的监视下才能上机操作,并且不得用于军事目的。
 
有鉴于此,中国的科研人员决心要做自己的高性能计算机。而制造高性能计算机的关键就在于CPU的自主研发,2000年,才刚刚33岁的胡伟武便承担了研发CPU的课题。
 
到了2001年,胡伟武团队终于做出了龙芯的原型系统,可以将操作系统跑起来了。到了2002年,在中科院计算所北楼,安装了“龙芯1号”CPU的计算机正常启动工作,这也标志着中国人只能依靠进口CPU制造计算机的历史已经终结。
 
但龙芯的出现,并没有彻底改变国内CPU市场的格局,尤其在2006年,国产汉芯事件发生以后,对于龙芯而言,境遇更加艰辛。
 
国产芯片面对Intel、Arm等国际大厂,压力巨大,尤其在半导体芯片领域,先发优势明显,当市场已经被国外厂商占据以后,就可以利用市场优势来进行产品的快速迭代,进一步拉开与国产芯片的距离,这对于国内厂商而言,几乎是一个死局。
 
以龙芯为例,尽管造出了中国人自己的CPU,但基本上只能应用在特定领域,在性能上更是与国外顶尖产品相差十几倍。
 
到了2012年,龙芯面临了一次危机,国家重大专项资助不再支持自主通用CPU。直到2015年,龙芯才终于实现了盈亏平衡。
 
站在巨人肩膀上的企业芯片
 
在当年,不管是龙芯、飞腾、神威等国内厂商,想要设计一款CPU都是非常困难,主要难点就在于架构的设计。如今许多芯片厂商可以直接使用Arm架构,但龙芯是自己设计的,当年指令集都需要得到授权,并且有钱也不一定买得到。
 
即便买到了指令集,还需要从头开始设计自己的体系,比如处理器指令集是一套标准,主板显示芯片是一套标准,就连显卡到显示器的接口都有自己的一套标准,如果要接入PC还需要转接才行。
 
好处当然是自主可控,并且手握标准就能够成为行业中的绝对上游,前提是行业中承认这个标准。但是如果标准还没有得到整个行业的认可,那么就会导致一家一个标准,互相都不兼容,开发成本高,性能可能也好不到哪里去,最终只能淘汰。而市场中的霸主x86架构基本是不对外授权的,因此厂商只能自己设计架构。
 
但是随着Arm的出现,市场改变了,Arm已经将架构设计好了,并且可以对外授权,还有配套的GPU总线,只需要打包购买就可以了。虽然芯片从设计到流片依然不容易,当时已经比当年简单太多。
 
Arm指令集的普及也让市场环境得到了改善,那就是拥有了操作系统和软件的支持,即便不购买Arm的架构,只是买指令集授权,然后厂商自己设计出处理器芯片,也不用担心没有软件进行支持。
 
这是Arm的一个巨大优势,要知道当年龙芯即便设计了自己的CPU,也很难有多少软件可以支持。为了解决软件生态的问题,龙芯选择了MIPS架构,2009年中科院购买了MIPS架构授权,龙芯正式对外宣布兼容MIPS指令集。
 
今年4月15日,龙芯发布新一代自主指令系统架构——龙芯架构 (LoongArch)。胡伟武介绍,龙芯架构从整个架构的顶层规划,到各部分的功能定义,再到细节上每条指令的编码、名称、含义,在架构上进行自主重新设计,具有充分的自主性,同时也能兼容多种主流指令系统。
 
而在一些厂商购买了Arm的IP之后,设计出来的高性能核心,其生态系统天然就是存在的,依靠Arm架构,国内厂商可以设计出性能不输于国外大厂的高性能芯片。这也是为何如今大多数国内大厂如华为、阿里等,都选择用Arm架构。
 
当然,如今RISC-V开源指令集架构也开始受到国内厂商的广泛关注,也可以做到在技术上完全自主,不过这就是另一个故事了。
 
忧虑与希望
 
胡伟武评价如今阿里、华为造芯之所以能够成功,主要由于集成电路的制造门槛已经降低了,这并不是刻意贬低。而是释放出一种忧虑,因为芯片虽然成功造出,但并没有形成真正的技术壁垒。
 
胡伟武透露只需要两三亿元,就可以在不用一个研究员的情况下造出一个手机芯片,因为如今所有的IP都可以买得到。如果不会设计,还可以付费让国内一些企业做好,再找台积电或者中心国际将芯片封装完成,一颗全新的芯片就做好了。
 
在当前时间段,选择这样去做并没有什么不好,甚至可以显著地降低企业的成本,让国内芯片厂商增加自己的竞争力。同时还可以通过市场来培养大量的高端集成电路人才,来弥补过去几十年所欠缺的空白。
 
而让胡伟武真正忧虑的是,国内厂商在使用Arm架构的同时,也需要坚持研发自己的架构,做到自己定义指令集,自主生产半导体制造设备,设计自主可控的处理器,采用自主定义的接口,GPU、网络协议、操作系统,都可以实现完全国产化。
 
实话说,在过去经济全球化的市场格局下,这种提议显然是不符合市场规律的,因为什么东西都要自己来,显然是无法竞争的过全球一起合作制造出的产品。并且分工合作,不仅能够有效降低成本,还能让这个市场更加专注,做出性能更强劲的芯片。
 
比如日本专注于半导体原材料,美国专注于芯片设计IP,荷兰拥有顶尖的光刻机技术,韩国以及中国台湾地区拥有高端的芯片制造技术,而中国大陆具有广袤的市场以及大量的成熟技工。
 
如今,受到疫情以及中美冲突的影响,全球合作的氛围已经发生了改变,国产替代的浪潮也开始兴起。因此,胡伟武的建议是有必要性和长远性的。
 
需要明确的是,想要做到真正的自研太难了,高通与三星都曾自研过核心架构,甚至一度做得比Arm的公版核心还要更优秀一些,当然还比不上苹果。
 
而联发科选择了堆叠核心这种简单粗暴的方式来提升芯片的性能,受到性能不足、成本高企的高通最终也放弃了自研核心架构,转而学习联发科用Arm公版核心进行堆叠。
 
三星的自研核心架构更是屡屡爆出兼容性问题,最终甚至导致三星的手机部门都不愿意采用自己的芯片,转而采用高通的芯片。因此如果来说,安卓阵营手机芯片厂商基本都是采用Arm公版核心进行堆叠的方式,再交给台积电或者三星来代工,各家已经没有太大的区别。
 
所以,自研架构想要成功并不是一件容易的事。好消息是,近几年国内半导体市场景气高涨,国家政策大力扶持,涌现了许多优秀的半导体企业。也有许多立志做真正全国产芯片的公司诞生,从架构、设计、制造到封装,都全部国产化,中国市场很大,如今也给了这些企业生存的空间。
 
当前全球信息产业主要有两个体系,一个是Wintel(微软+英特尔),另一个是AA(安卓+Arm),不论是龙芯架构,还是RISC-V,打造第三套属于中国自主的新生态,应当成为未来坚定的目标。只有打造自己的企业,才能掌握主导权,才能让产业有利润健康发展。
 
小结
 
集成电路芯片作为核心技术,最好要有自己的技术壁垒,现在技术不强学习别人的路子也没错,但最好别忘了最后要走出自己的路。技术不强就通过研发去改进,让产品在使用中不断迭代优化。至少目前来看,龙芯的路走对了。
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