中國發(fā)展嵌入式芯片的思考

開(kāi)發(fā)通用CPU技術(shù)基礎
的障礙和困難
在IC設計人才、設計經(jīng)驗/環(huán)境上,我國還遠遠落后于世界先進(jìn)水平。而CPU是屬于IC設計的最高端產(chǎn)品， 設計出如此高性能高端的CPU仍需要相當的各類(lèi)資源(設計人才和設計經(jīng)驗首當)和相當長(cháng)的時(shí)間。大家公認，中國的CPU方面的技術(shù)與國外的差距有一二十年。而在同時(shí), 我們在許多低端IC產(chǎn)品上還大量依賴(lài)進(jìn)口。 在最缺乏的IC設計人才資源上, 我國現在只有數千人。 而在國外，單Intel公司就有數千名很有經(jīng)驗的高級IC設計工程師。顯而易見(jiàn), 我們現在設計人才和設計經(jīng)驗還不具備與世界CPU頂尖企業(yè)挑戰的能力。 我們應當利用這個(gè)有限的瓶頸資源去大力發(fā)展中低端IC產(chǎn)品以獲取最大的回報, 并以此建立IC產(chǎn)業(yè)基礎, 為今后的發(fā)展打下良好的基礎。 提供全方位的支持來(lái)大辦IC設計人才的教育和培訓是保持高速發(fā)展的最重要的一環(huán)。
在IC制作工藝水平上, 如今的各類(lèi)CPU已發(fā)展到了0.13微米制程， 12寸晶圓, 集成度超過(guò)4500萬(wàn)顆晶體管。我國現在還處于0.25～ 0.35微米制程，6～8寸晶圓水平上。 由于外國的出口限制等, 我國還仍相當困難獲得像高速高精度光刻機等高端設備。在3～5年內, 我們還無(wú)法達到IC制作工藝水平的世界先進(jìn)水平。 這也決定了,就是我們設計出了有我們自主知識產(chǎn)權并且達到世界先進(jìn)水平的CPU, 我們也無(wú)法制作出達到世界先進(jìn)水平的CPU。同時(shí)，Intel的芯片生產(chǎn)能力和革新速度也是全球所有IC生產(chǎn)廠(chǎng)商們所難以媲美的。
在對應的操作系統(OS)上, 開(kāi)發(fā)自主CPU并非是單一的CPU IC開(kāi)發(fā)。 主流的OS必須支持和跟進(jìn),其OS核心必須開(kāi)放。 遺憾的是, 我國目前尚不存在這樣的主流OS商,也不可能指望Microsoft來(lái)支持和跟進(jìn)。 這樣, 我們需要捆綁在似乎是唯一的LINUX選擇上。但 LINUX 近年來(lái)并沒(méi)有如初期想象的那樣奪取更大的OS市場(chǎng)份額。
在高端服務(wù)器ＣＰＵ上，Intel Itanium使用開(kāi)放的體系，比起基于RISC服務(wù)器來(lái)，從操作系統到應用軟件都更能得到豐富的支持，且擴充性、操作性也相對更好，對一般企業(yè)來(lái)說(shuō)更具實(shí)用性。服務(wù)器的大廠(chǎng)商HP/Compaq、IBM都紛紛跳上了Itanium快車(chē)，然后專(zhuān)注于自己的核心技術(shù)領(lǐng)域諸如核心的軟硬件系統架構與解決方案。在高端服務(wù)器CPU領(lǐng)域，將可能再次體現“一兩家獨大”的游戲規則?！≡谶@個(gè)眾多大廠(chǎng)商都無(wú)力招架、紛紛退出的時(shí)候，高端服務(wù)器CPU就更不是我們需要發(fā)展的了。

開(kāi)發(fā)CPU知識產(chǎn)權
的障礙和困難
我個(gè)人認為, 知識產(chǎn)權障礙和困難是一個(gè)更嚴重的問(wèn)題。世界上有許多著(zhù)名大公司諸如IBM, MOTOROLA, HP等都有能力設計一流的x86架構CPU及其x86架構兼容的CPU(IBM, MOTOROLA本身已有它們自己的一流的非x86架構CPU)。有這么大的全球市場(chǎng), 有技術(shù)設計能力, 有CPU研發(fā)經(jīng)驗, 又有龐大的全球的營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò ), 為什么它們不去發(fā)展x86架構CPU? 顯然，這不是技術(shù)能力問(wèn)題。 是知識產(chǎn)權障礙和困難及市場(chǎng)壟斷問(wèn)題。
Intel等老牌CPU廠(chǎng)家, 由于早期的市場(chǎng)進(jìn)入和主導, 申請和獲得了不少專(zhuān)利。 正如倪光南院士在“NC和自主知識產(chǎn)權CPU”—文中所說(shuō), “想繞過(guò)Intel的專(zhuān)利是非常難的”。

開(kāi)發(fā)CPU市場(chǎng)壟斷
的障礙和困難
Intel和AMD已形成對x86架構CPU市場(chǎng)壟斷。 高新科技產(chǎn)品在市場(chǎng)上嚴格奉行著(zhù)“先入為主”、“一兩家獨大”的游戲規則。爭奪市場(chǎng)必須搶占先機，并且在經(jīng)過(guò)激烈地競爭后，最終將僅有最大一兩家公司分享整個(gè)市場(chǎng)的絕大部分。如微軟的DOS操作系統就是通過(guò)在早期捆綁IBM計算機出售，而迅速占領(lǐng)了市場(chǎng)，建立了不可撼動(dòng)的地位。而在PC類(lèi)CPU領(lǐng)域中，Intel和AMD就分享了幾乎所有的市場(chǎng)，就連通過(guò)兩次購并在1999年進(jìn)入CPU市場(chǎng)，在業(yè)界排行第三的威盛，也僅能分到小于2％的全球市場(chǎng)份額。品牌的認知度和用戶(hù)的可接受性是對任何一個(gè)新產(chǎn)品的挑戰。
打破CPU壟斷的難度有多大可從LINUX與微軟操作系統看出。 LINUX有全球的支持。全球開(kāi)發(fā)LINUX沒(méi)有 像在中國開(kāi)發(fā)通用CPU的技術(shù)基礎障礙和困難。全球開(kāi)發(fā)LINUX沒(méi)有像開(kāi)發(fā)CPU的知識產(chǎn)權障礙和困難。 但是在10余年之后, 在許多雄厚的商界的支持下, 甚至政府部門(mén)的行政干預下, LINUX仍然有待脫穎而出。 可見(jiàn)打破壟斷之艱難。
發(fā)展自己的嵌入式CPU
是可行之路
信息時(shí)代中，人們需要無(wú)處不在的連接和無(wú)處不能的資訊獲取能力，對于信息設備的需求遠遠超過(guò)了對PC的需求。我國目前PC年增長(cháng)率只有30％左右，而網(wǎng)民的年增長(cháng)率卻達到了200％左右。網(wǎng)絡(luò )第一次給予了大多數人能夠在同一時(shí)間獲得同樣的信息的可能，消弭了人們在信息獲取上速度的不平等。為進(jìn)一步提高信息化程度，跨越隨之而來(lái)的“數字?zhù)櫆稀?，市?chǎng)迫切需求多方位、低廉的信息設備?，F在手機、PDA、機頂盒，?。危?網(wǎng)絡(luò )計算機)等產(chǎn)品有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)，作為這些信息設備核心的嵌入式CPU在如今顯得舉足重要。
嵌入式CPU領(lǐng)域的現狀與其它領(lǐng)域的“獨大”局面不同，相對來(lái)說(shuō)它呈現的是一個(gè)百家爭鳴的景象。因為信息設備的種類(lèi)繁多，且每類(lèi)中的產(chǎn)品也是層出不窮，市場(chǎng)現在仍處于迅速擴張的初期階段，無(wú)法象PC和服務(wù)器領(lǐng)域一樣形成大公司壟斷的局面?，F階段嵌入式CPU的軟件也沒(méi)有被少數公司所壟斷。操作系統方面，我們可以選擇內核開(kāi)放的Linux。在這個(gè)仍處于混戰狀態(tài)的嵌入式CPU領(lǐng)域中，歷史第一次給予了我們發(fā)展建立自己的標準、建立核心優(yōu)勢、實(shí)現跳躍式發(fā)展的極好機遇。在IT業(yè)中，沒(méi)有什么比“標準”和“芯片”這兩個(gè)詞更有含金量的了。如PC領(lǐng)域中，Intel和微軟就掌握了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈80％的利潤。在信息設備領(lǐng)域中，我們擁有世界上最有潛力的消費群市場(chǎng)。如在2001年，我國已超過(guò)了美國、成長(cháng)為全球最大的手機市場(chǎng)。我們還有龐大的IT生產(chǎn)基地。我們完全可以結合自己的市場(chǎng)優(yōu)勢，發(fā)展有自主知識產(chǎn)權的嵌入式CPU，并利用在國內的渠道優(yōu)勢，用市場(chǎng)推動(dòng)標準的建立，跳躍性地進(jìn)入到這個(gè)高回報率的領(lǐng)域中來(lái)。
一般來(lái)說(shuō)，發(fā)展高科技產(chǎn)品可以走自主開(kāi)發(fā)或合作開(kāi)發(fā)兩條路線(xiàn)。一切從零開(kāi)始的自主開(kāi)發(fā)，普遍認為是不太現實(shí)的，市場(chǎng)也不會(huì )等待，并且有悖于“創(chuàng )新”和“速度”高科技產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)不二的法寶，要希望在嵌入式CPU這樣的新興領(lǐng)域中建立自己的標準，就必須選擇一條快速發(fā)展的道路。另一條路線(xiàn)就是選擇一個(gè)在技術(shù)上已處于優(yōu)勢的合作伙伴共同開(kāi)發(fā)，這樣可以利用現成的技術(shù)，快速地提升自己的技術(shù)水平和盡早地研制出自己的產(chǎn)品，這不失為一條適合我國發(fā)展自主知識產(chǎn)權CPU的道路。
選擇合適的合作伙伴是成功的關(guān)鍵。在嵌入式CPU領(lǐng)域中，掌握嵌入式CPU核心技術(shù)的公司有Transmeta、威盛(VIA)、ARM和MIPS等。其中ARM、MIPS的CPU采用全新的架構，與這類(lèi)的公司合作，意味著(zhù)軟件系統也將受其專(zhuān)利技術(shù)的限制。而威盛、Transmeta的CPU采用的是x86或兼容的架構，可以很方便地利用現成流行的操作系統和應用軟件，在技術(shù)少了一道發(fā)展的屏障。
從市場(chǎng)的發(fā)展趨勢看，現在應是改變一味強調CPU不斷升級的時(shí)候了，各種BENCHMARK也指出，　瓶頸問(wèn)題不再是CPU的絕對時(shí)鐘速度，　而是內外部連接。提高一倍的時(shí)鐘速度可能才提高10％左右的總的執行效能。威盛提出的“Total Connectivity”是對這個(gè)問(wèn)題的全面解決方案 。信息時(shí)代強調的是全方位的連接和應用，如何設計CPU使其能更好地應用于各種信息設備中，這才是CPU發(fā)展的方向。順應信息時(shí)代市場(chǎng)需要大量小巧、輕便的信息設備的趨勢，威盛、Transmeta的設計路線(xiàn)則是致力于打破以往的“越來(lái)越復雜”電路設計的概念，秉持著(zhù)一個(gè)“小巧、簡(jiǎn)單”的原則，整個(gè)CPU的設計也走向環(huán)保、低耗電與效能/晶體管的平衡性去努力。在同樣時(shí)效的產(chǎn)品中，因晶體管數少，所以芯片面積小，耗電量、表面散熱量也小。
發(fā)展自主知識產(chǎn)權的CPU還應考慮到本國制造業(yè)的發(fā)展現狀，現在我國仍無(wú)0.18微米制程的芯片生產(chǎn)線(xiàn)，而嵌入式CPU的精簡(jiǎn)化設計，使其可以在較低的制程上制造出符合市場(chǎng)的小面積芯片，這將全面帶動(dòng)我國半導體產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展?！?/span>