專家談國產CPU最新發(fā)展態(tài)勢：需強化標準建設

　　一、國產CPU發(fā)展現狀與成就

　　國內已開啟多技術路線并行的CPU技術產業(yè)新格局。在國家科技重大專項和國家級集成電路產業(yè)投資資金的推動之下,我國CPU產品技術研發(fā)已進入多技術路線同步推進的高速發(fā)展階段,并因發(fā)展模式和技術特性的不同而呈現出不同的發(fā)展特色,其中:

　　x86體系由intel封閉主導,國內企業(yè)通過商業(yè)合作進行CPU產品和部分技術的研發(fā)。Intel獨攬x86CPU的基礎架構、芯片設計、工藝制造三大環(huán)節(jié)并封閉發(fā)展,目前已積累了超過1.7萬件CPU相關專利。在硬件層面,不僅掌控與北橋CPU配套的南橋芯片組外圍接口、GPU等核心技術,也主導著與x86相關的標準技術和測試認證,例如內存條接口、硬盤接口以及PCIe總線接口等;在軟件層面,與微軟結成“Wintel”聯盟形成長期相互協(xié)同的利益閉環(huán),眾多應用廠商圍繞x86+windows體系開發(fā)產品。我國的兆芯和曙光分別通過與威盛和AMD的商業(yè)合作進行x86CPU的研發(fā),其中兆芯已推出3代CPU產品,并形成了完整的芯片組解決方案,在操作系統(tǒng)層面除兼容windows和linux外,也聯合方德、中標、普華等多家國內企業(yè)展開適配;曙光聯姻AMD加快在服務器領域的布局,自研安全加密模塊替代原有AMD的安全部分,提升安全保障能力,預計相關產品今年底實現正式商用。

　　ARM體系以開放共贏為基本原則,國內企業(yè)在獲得技術授權的基礎上進行芯片架構和芯片設計的研發(fā)。ARM公司是ARM生態(tài)的主導者和核心規(guī)則的制定者,通過基礎架構授權、IP核授權等方式獲得經濟收益。芯片設計企業(yè)基于ARM授權的基礎架構/IP核進行芯片研發(fā),降低了研發(fā)的難度、風險和成本,與ARM公司形成互惠互利的合作伙伴關系。而生態(tài)系統(tǒng)中大量的上下游軟硬件企業(yè)則遵循ARM統(tǒng)一制定的標準規(guī)范,對接眾多客戶需求而實現經濟利益獲取。國內基于ARM生態(tài)的CPU產業(yè)已有較好基礎,華為海思、展訊、聯芯、飛騰等眾多企業(yè)均已累積多年的ARM芯片研發(fā)經驗,在移動終端領域我國芯片設計技術已與國際主流水平同步,在高性能計算等應用領域也推出了相應的CPU產品。華為、展訊、國防科大等多家企業(yè)取得ARM自主化程度最高的架構授權,可進行自主CPU基礎架構的研發(fā)。2016年4月集合國內外數十家企業(yè)的綠色計算產業(yè)聯盟的成立,將繼續(xù)推動國內ARM生態(tài)的逐步壯大和在全球生態(tài)中話語權的提升。

　　MIPS體系基于架構授權構建開放生態(tài),國內企業(yè)是產品研發(fā)和生態(tài)推動的主要力量。2012年Imagination和ARM的母公司BridgeCrossing合力購得MIPS公司的580項專利,前者聯合多家MIPS芯片設計企業(yè)組建MIPS開源社區(qū)PRPL基金會,共同推進MIPS架構與IP的持續(xù)向前發(fā)展;后者則側重于戰(zhàn)略性收購以提升知識產權能力。我國目前是推動MIPS生態(tài)繁榮的主要力量,龍芯在MIPS精簡指令集基礎上自主擴展了指令集loongISA,并堅持自主研發(fā)微架構和編譯器,2015年8月發(fā)布的GS464E在整數運算性能方面基本追平了AMD的微結構,浮點運算性能方面接近Intel在2013年發(fā)布的Ivy。君正在MIPS基礎指令集的基礎之上自主擴展了SIMD指令集,側重于32位嵌入式CPU芯片及配套軟件的研發(fā)和銷售,主要應用于便攜教育電子、可穿戴設備等移動便攜設備領域。

　　此外,國內對Power、Alpha等架構也有布局。國內已通過授權得到IBM的PowerCPU全套技術,對標行業(yè)應用市場。申威對自主的Alpha架構也在不斷深化升級,在雙核Alpha基礎上拓展了多核架構和SIMD等特色擴展指令集,主要面向高性能計算、服務器領域,在2016年國際超算大會評比中,基于申威26010處理器的“神威太湖之光”計算機系統(tǒng)首次亮相并奪冠,其峰值性能達每秒12.5億億次浮點運算,成為世界首臺運行速度超10億億次的超級計算機。

　　二、面臨挑戰(zhàn)和主要問題

　　國產CPU產業(yè)配套滯后于產品技術需求,后續(xù)升級壓力較大。一是,目前國內制造工藝落后國外兩代,CPU專用和高性能制造工藝尚處于起步階段,面向服務器和PC的國產CPU產品仍需依賴臺積電等國外廠商。二是,我國IP產值不足全球的10%,并且高端IP的缺乏難以支撐設計和制造發(fā)展的需求。華大九天等國內企業(yè)發(fā)展自主EDA工具,但目前仍較多應用在低端產品當中。此外,與工藝制造相關的裝備和材料技術的落后也制約國內制造工藝的升級,進而影響CPU生態(tài)的競爭力。

　　國產CPU生態(tài)環(huán)境薄弱且成熟緩慢,長遠發(fā)展空間受限。受CPU知識產權壁壘和國外CPU企業(yè)對商業(yè)模式的限制,目前國內孤立的CPU生態(tài)環(huán)境基礎薄弱且成熟緩慢,主要表現在合作伙伴少、軟硬件生態(tài)力量分散、無法建立Wintel聯盟的協(xié)同共贏模式、缺乏產業(yè)上下游間的融合發(fā)展和深度優(yōu)化等。

　　應用開發(fā)與CPU研制未形成良性互動,競爭力提升緩慢。當前國產CPU研發(fā)還極大依賴于國家項目扶植和支持,未結合市場需求,導致產品和應用脫節(jié)的情況較為突出,無法持續(xù)發(fā)展。目前各級單位正在大力推動國產CPU的應用,但因基于國產CPU的操作系統(tǒng)及應用軟件生態(tài)并不豐富,目前規(guī)模較小,產品競爭力提升緩慢。

　　三、對未來發(fā)展的建議

　　強化統(tǒng)籌協(xié)調,提升國內技術生態(tài)水平。依托國內的市場優(yōu)勢和企業(yè)的成長優(yōu)勢,以我國信息安全特殊需求為切入點,針對具有我國特色的個性化應用需求,聯合華為、國防科大、展訊等核心優(yōu)勢企業(yè),加大對CPU產品的研發(fā)和在相應生態(tài)中的影響力。深化國際合作,在兼容開放、專利申請等方面爭取更多權益。

　　強化配套供給,提升國內生態(tài)體系完備性。一是,推動國內芯片設計企業(yè)與中芯國際等制造企業(yè)、江蘇長電等封測企業(yè)間深化合作,圍繞服務器、移動芯片、物聯網芯片等專用需求,實現國內自有的專用制造和封測工藝技術。二是,加大對與芯片特色功能優(yōu)化緊密相關的基礎IP的自研力度,力圖逐步實現國產化替換。三是,支持企業(yè)積極參與國際開源社區(qū),深化對開源軟件技術的理解,提升國內CPU系列芯片產品配套應用的系統(tǒng)軟件和應用軟件供給能力。

　　強化應用驅動,提升國內技術產業(yè)化進程。面向國產化應用實際需求,開展研發(fā)攻關和國產化應用部署。整合各類專項資金和社會資金,繼續(xù)加大對核心技術/產品自主突破的支持力度。鼓勵應用企業(yè)主導建立應用牽引、研用融合的核心技術研發(fā)體系,形成研發(fā)、應用、糾錯、完善的體系化迭代創(chuàng)新模式,實現技術研發(fā)與應用的協(xié)同效應。

　　強化標準建設,提升國內差異化競爭優(yōu)勢。圍繞我國特定領域信息安全需求,構建完備標準化體系,并將其納入國內市場準入控制范疇。推動企業(yè)加強對專利申請的重視程度,適當降低知識產權申請的費用門檻和管理門檻,探索產業(yè)共建知識產權專利池,提升我國對外知識產權自我保護能力。

　　(作者簡介:周蘭,就職于中國信息通信研究院兩化融合所集成電路與軟件研究部。來源:中國信通院)