大時(shí)代背景下國(guó)產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機(jī)遇

5月30日，在中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會(huì)、北京市海淀區(qū)人民政府、北京市發(fā)展和改革委員會(huì)、北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)共同主辦的“中關(guān)村人工智能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與發(fā)展論壇”（中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)—簡(jiǎn)稱京交會(huì)的AI專場(chǎng)論壇）上，華夏芯（北京）通用處理器技術(shù)有限公司CEO李科奕先生發(fā)表了“大時(shí)代背景下國(guó)產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機(jī)遇”的主題演講，與現(xiàn)場(chǎng)嘉賓交流國(guó)產(chǎn)處理器的現(xiàn)狀及發(fā)展機(jī)遇。同時(shí)李科奕也簡(jiǎn)要介紹了華夏芯自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Unity統(tǒng)一指令集架構(gòu)和基于此架構(gòu)的異構(gòu)CPU、DSP及AI專用處理器系列，以及已經(jīng)量產(chǎn)投片的多核異構(gòu)北極星SoC芯片。北極星SoC芯片集成了華夏芯的4核動(dòng)態(tài)超標(biāo)量CPU和向量DSP處理單元，以及2核AI專用處理器。在第三方組織的實(shí)際評(píng)測(cè)中，CPU和DSP內(nèi)核在28nm CMOS工藝上的工作主頻達(dá)到2.0Ghz。以下內(nèi)容未經(jīng)演講者本人校訂，僅供參考。

芯片是今天中國(guó)最熱門的話題，隨著國(guó)際環(huán)境的變化，芯片設(shè)計(jì)和自主創(chuàng)新的重要意義越來越凸顯。但是，全球沒有任何國(guó)家能夠?qū)崿F(xiàn)全部芯片的國(guó)產(chǎn)化。因此，中國(guó)發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣需要強(qiáng)調(diào)開放、繼續(xù)保持國(guó)際合作，不可能、也沒必要追求什么芯片都要國(guó)產(chǎn)化。

在不同種類的芯片中，量大面廣的處理器芯片被公認(rèn)為半導(dǎo)體皇冠上的明珠。其中最為大家熟悉的處理器是被俗稱為“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(yǔ)音、圖像處理等領(lǐng)域的數(shù)字信號(hào)處理器芯片（DSP）。

根據(jù)海關(guān)的公開數(shù)據(jù)顯示，2019年第一季度中國(guó)處理器及控制器進(jìn)口金額為289.54億美元，進(jìn)口數(shù)量為235.67億個(gè)；處理器及控制器出口金額為73.09億美元，出口數(shù)量為172.96億個(gè)。從進(jìn)、出口的數(shù)據(jù)來看，我國(guó)處理器，特別是高端處理器芯片，仍然主要依賴進(jìn)口。更為嚴(yán)重的是國(guó)產(chǎn)處理器（指令集、微架構(gòu)、工具鏈等底層基礎(chǔ)架構(gòu)源自于國(guó)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)）在市場(chǎng)中的份額基本可以忽略不計(jì)，這在一定程度上反映了底層基礎(chǔ)架構(gòu)的缺失制約了中國(guó)處理器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

過去三十年人類經(jīng)歷了數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)變革，背后關(guān)鍵的推手就是以處理器為代表的計(jì)算技術(shù)的飛速進(jìn)步。因此，即使是在芯片產(chǎn)業(yè)全球化的背景下，也需要認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)處理器的創(chuàng)新能力代表了一個(gè)國(guó)家對(duì)新一代信息技術(shù)的掌控能力。今天，當(dāng)大數(shù)據(jù)、人工智能、5G浪潮席卷而來，新一輪計(jì)算革命已然到來，全球處理器行業(yè)正面臨全新的挑戰(zhàn)。

在數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，主要的計(jì)算任務(wù)運(yùn)行在CPU處理器上；而大數(shù)據(jù)、人工智能、5G時(shí)代，主要的計(jì)算任務(wù)運(yùn)行在GPU、DSP、人工智能專用處理器以及形式多樣的專用硬件加速器上。多種計(jì)算單元的混合、搭配、集成統(tǒng)稱為異構(gòu)計(jì)算。異構(gòu)計(jì)算的發(fā)展由來已久，但新一代異構(gòu)計(jì)算已經(jīng)成為處理器芯片設(shè)計(jì)創(chuàng)新的主要熱點(diǎn)之一，其特點(diǎn)是不同計(jì)算單元的軟、硬件要素相互協(xié)同，形成一個(gè)統(tǒng)一的、高效的、簡(jiǎn)化的異構(gòu)計(jì)算芯片設(shè)計(jì)和應(yīng)用開發(fā)的平臺(tái)。

全球化是當(dāng)今世界的必然趨勢(shì)。全球異構(gòu)計(jì)算需要中國(guó)市場(chǎng)的支持；同時(shí)，中國(guó)異構(gòu)計(jì)算也需要與國(guó)際異構(gòu)計(jì)算廠商共建開放、合作和共贏的新賽道。但是，如果中國(guó)異構(gòu)計(jì)算與國(guó)外先進(jìn)水平差距太大，也就沒有與國(guó)外廠商公平合作的基礎(chǔ)。

需要指出的是，今天大家談?wù)摰梅浅６嗟纳疃葘W(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI技術(shù)，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，與感知、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸、安全加密等技術(shù)結(jié)合起來，也就是需要將AI專用計(jì)算單元和其它處理器、加速器、存儲(chǔ)器單元通過不同形式異構(gòu)融合在一起，才能構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品。因此，如果沒有處理器芯片，單靠深度學(xué)習(xí)的專用芯片是無(wú)法支撐中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)展國(guó)產(chǎn)處理器，一個(gè)繞不開的話題是生態(tài)。在CPU主宰計(jì)算的時(shí)代，PC和服務(wù)器處理器芯片巨頭Intel公司的CPU+微軟的Windows操作系統(tǒng)、手機(jī)處理器芯片巨頭ARM公司的CPU+谷歌安卓（以及蘋果iOS操作系統(tǒng)）形成了所謂的WinTel、AA生態(tài)，因?yàn)閃inTel和AA提供了一個(gè)統(tǒng)一的、高效的、簡(jiǎn)化的軟硬件開發(fā)平臺(tái)。在WinTel和AA平臺(tái)上，匯聚了眾多廠商的應(yīng)用開發(fā)，它們一起構(gòu)成了良好的用戶體驗(yàn)。從技術(shù)層面上來說，替換WinTel和AA完全可以做到，最大的挑戰(zhàn)是用什么樣的利益機(jī)制引導(dǎo)全球眾多的應(yīng)用開發(fā)廠商自愿把它們的軟、硬件開發(fā)移植到新的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)平臺(tái)上。過去這基本上是不可能完成的任務(wù)。

但是，在人工智能為代表的新一波信息技術(shù)浪潮中，一切都變得可能了。首先，人工智能不再由CPU主導(dǎo)生態(tài)，也沒有出現(xiàn)任何一種占主導(dǎo)地位的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)的平臺(tái)，主流的生態(tài)尚在形成當(dāng)中。其次，人工智能植根于日常生活與各行各業(yè)，大部分場(chǎng)景都是由單一的、或者最多有限的幾個(gè)碎片化和定制化的應(yīng)用組成。因此，并不需要一個(gè)像手機(jī)、PC一樣匯集眾多應(yīng)用、全球通用的軟、硬件開發(fā)平臺(tái)，而且完全可能通過價(jià)格、性能、定制開發(fā)等機(jī)制引導(dǎo)應(yīng)用開發(fā)廠商自愿把它們的軟、硬件開發(fā)移植到新的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)平臺(tái)上。再次，Intel、ARM等傳統(tǒng)處理器廠商并沒有提前預(yù)見和針對(duì)人工智能等應(yīng)用進(jìn)行布局并形成壟斷，導(dǎo)致AI芯片賽道涌入了眾多互聯(lián)網(wǎng)廠商、終端設(shè)備廠商和算法廠商等新興競(jìng)爭(zhēng)者?，F(xiàn)狀是群雄并起、縱橫捭闔，未來鹿死誰(shuí)手還看不出來。

因此，我們應(yīng)當(dāng)站在大時(shí)代的背景下思考，抓住發(fā)展國(guó)產(chǎn)處理器的重大機(jī)遇。今天是發(fā)展國(guó)產(chǎn)處理器的最好的時(shí)代，因?yàn)橛辛恕皞涮ァ鞭D(zhuǎn)“正胎”的機(jī)會(huì)；但這也是最壞的時(shí)代，因?yàn)閷?duì)手已經(jīng)把眼光從CPU轉(zhuǎn)向了新一代異構(gòu)計(jì)算乃至“超異構(gòu)”，而我們還在爭(zhēng)論是利用國(guó)外Risc V還是MIPS開源指令集去設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)CPU處理器。今天是一個(gè)需要自信的時(shí)刻，因?yàn)锳I的飛速發(fā)展，讓國(guó)產(chǎn)處理器廠商與國(guó)外老牌處理器廠商在AI新賽道、新生態(tài)的構(gòu)建上站在了同一起跑線上；但也是許多人依然對(duì)國(guó)產(chǎn)處理器廠商疑慮重重的時(shí)刻，因?yàn)檫^去三十年我們負(fù)重前行，尚未成功。今天是黎明前的黑暗，因?yàn)槲覀儾坏貌恢泵鍵P授權(quán)和合資不能取代自主創(chuàng)新這一事實(shí)；但是，正在發(fā)生的中國(guó)及全球芯片供應(yīng)鏈的重構(gòu)給國(guó)產(chǎn)處理器廠商帶來了希望的光芒。今天的競(jìng)爭(zhēng)是生態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)，我們既是無(wú)所不有，因?yàn)橹袊?guó)擁有全球最大的單一市場(chǎng)；我們又是一無(wú)所有，因?yàn)槲覀冎荒軓牧汩_始、歷經(jīng)艱難去努力構(gòu)建一個(gè)開放的、與國(guó)際主流融合和共贏的繁榮生態(tài)。

是看見才相信，還是相信才看見？要么奮力抓住三十年一遇的機(jī)會(huì)，為人類的計(jì)算革命做出來自中國(guó)企業(yè)的一份貢獻(xiàn)；要么在前途未卜的崎嶇山路上，不得不再等待下一個(gè)三十年！中國(guó)國(guó)產(chǎn)處理器廠商其實(shí)沒有選擇的余地。