專(zhuān)家談國產(chǎn)CPU最新發(fā)展態(tài)勢：需強化標準建設

　　一、國產(chǎn)CPU發(fā)展現狀與成就

　　國內已開(kāi)啟多技術(shù)路線(xiàn)并行的CPU技術(shù)產(chǎn)業(yè)新格局。在國家科技重大專(zhuān)項和國家級集成電路產(chǎn)業(yè)投資資金的推動(dòng)之下,我國CPU產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)已進(jìn)入多技術(shù)路線(xiàn)同步推進(jìn)的高速發(fā)展階段,并因發(fā)展模式和技術(shù)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(guò)商業(yè)合作進(jìn)行CPU產(chǎn)品和部分技術(shù)的研發(fā)。Intel獨攬x86 CPU的基礎架構、芯片設計、工藝制造三大環(huán)節并封閉發(fā)展,目前已積累了超過(guò)1.7萬(wàn)件CPU相關(guān)專(zhuān)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(shù),也主導著(zhù)與x86相關(guān)的標準技術(shù)和測試認證,例如內存條接口、硬盤(pán)接口以及PCIe總線(xiàn)接口等;在軟件層面,與微軟結成“Wintel”聯(lián)盟形成長(cháng)期相互協(xié)同的利益閉環(huán),眾多應用廠(chǎng)商圍繞x86+windows體系開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。我國的兆芯和曙光分別通過(guò)與威盛和AMD的商業(yè)合作進(jìn)行x86 CPU的研發(fā),其中兆芯已推出3代CPU產(chǎn)品,并形成了完整的芯片組解決方案,在操作系統層面除兼容windows和linux外,也聯(lián)合方德、中標、普華等多家國內企業(yè)展開(kāi)適配;曙光聯(lián)姻AMD加快在服務(wù)器領(lǐng)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(guān)產(chǎn)品今年底實(shí)現正式商用。

　　ARM體系以開(kāi)放共贏(yíng)為基本原則,國內企業(yè)在獲得技術(shù)授權的基礎上進(jìn)行芯片架構和芯片設計的研發(fā)。ARM公司是ARM生態(tài)的主導者和核心規則的制定者,通過(guò)基礎架構授權、IP核授權等方式獲得經(jīng)濟收益。芯片設計企業(yè)基于A(yíng)RM授權的基礎架構/IP核進(jìn)行芯片研發(fā),降低了研發(fā)的難度、風(fēng)險和成本,與ARM公司形成互惠互利的合作伙伴關(guān)系。而生態(tài)系統中大量的上下游軟硬件企業(yè)則遵循ARM統一制定的標準規范,對接眾多客戶(hù)需求而實(shí)現經(jīng)濟利益獲取。國內基于A(yíng)RM生態(tài)的CPU產(chǎn)業(yè)已有較好基礎,華為海思、展訊、聯(lián)芯、飛騰等眾多企業(yè)均已累積多年的ARM芯片研發(fā)經(jīng)驗,在移動(dòng)終端領(lǐng)域我國芯片設計技術(shù)已與國際主流水平同步,在高性能計算等應用領(lǐng)域也推出了相應的CPU產(chǎn)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(jìn)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(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立,將繼續推動(dòng)國內ARM生態(tài)的逐步壯大和在全球生態(tài)中話(huà)語(yǔ)權的提升。

　　MIPS體系基于架構授權構建開(kāi)放生態(tài),國內企業(yè)是產(chǎn)品研發(fā)和生態(tài)推動(dòng)的主要力量。2012年Imagination和ARM的母公司Bridge Crossing合力購得MIPS公司的580項專(zhuān)利,前者聯(lián)合多家MIPS芯片設計企業(yè)組建MIPS開(kāi)源社區PRPL基金會(huì ),共同推進(jìn)MIPS架構與IP的持續向前發(fā)展;后者則側重于戰略性收購以提升知識產(chǎn)權能力。我國目前是推動(dòng)MIPS生態(tài)繁榮的主要力量,龍芯在MIPS精簡(jiǎn)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(diǎn)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(xiāo)售,主要應用于便攜教育電子、可穿戴設備等移動(dòng)便攜設備領(lǐng)域。

　　此外,國內對Power、Alpha等架構也有布局。國內已通過(guò)授權得到IBM的Power CPU全套技術(shù),對標行業(yè)應用市場(chǎng)。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(wù)器領(lǐng)域,在2016年國際超算大會(huì )評比中,基于申威26010處理器的“神威太湖之光”計算機系統首次亮相并奪冠,其峰值性能達每秒12.5億億次浮點(diǎn)運算,成為世界首臺運行速度超10億億次的超級計算機。

　　二、面臨挑戰和主要問(wèn)題

　　國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)配套滯后于產(chǎn)品技術(shù)需求,后續升級壓力較大。一是,目前國內制造工藝落后國外兩代,CPU專(zhuān)用和高性能制造工藝尚處于起步階段,面向服務(wù)器和PC的國產(chǎn)CPU產(chǎn)品仍需依賴(lài)臺積電等國外廠(chǎng)商。二是,我國IP產(chǎn)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(chǎn)品當中。此外,與工藝制造相關(guān)的裝備和材料技術(shù)的落后也制約國內制造工藝的升級,進(jìn)而影響CPU生態(tài)的競爭力。

　　國產(chǎn)CPU生態(tài)環(huán)境薄弱且成熟緩慢,長(cháng)遠發(fā)展空間受限。受CPU知識產(chǎn)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(wú)法建立Wintel聯(lián)盟的協(xié)同共贏(yíng)模式、缺乏產(chǎn)業(yè)上下游間的融合發(fā)展和深度優(yōu)化等。

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

　　三、對未來(lái)發(fā)展的建議

　　強化統籌協(xié)調,提升國內技術(shù)生態(tài)水平。依托國內的市場(chǎng)優(yōu)勢和企業(yè)的成長(cháng)優(yōu)勢,以我國信息安全特殊需求為切入點(diǎn),針對具有我國特色的個(gè)性化應用需求,聯(lián)合華為、國防科大、展訊等核心優(yōu)勢企業(yè),加大對CPU產(chǎn)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(kāi)放、專(zhuān)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(dòng)國內芯片設計企業(yè)與中芯國際等制造企業(yè)、江蘇長(cháng)電等封測企業(yè)間深化合作,圍繞服務(wù)器、移動(dòng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等專(zhuān)用需求,實(shí)現國內自有的專(zhuān)用制造和封測工藝技術(shù)。二是,加大對與芯片特色功能優(yōu)化緊密相關(guān)的基礎IP的自研力度,力圖逐步實(shí)現國產(chǎn)化替換。三是,支持企業(yè)積極參與國際開(kāi)源社區,深化對開(kāi)源軟件技術(shù)的理解,提升國內CPU系列芯片產(chǎn)品配套應用的系統軟件和應用軟件供給能力。

　　強化應用驅動(dòng),提升國內技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。面向國產(chǎn)化應用實(shí)際需求,開(kāi)展研發(fā)攻關(guān)和國產(chǎn)化應用部署。整合各類(lèi)專(zhuān)項資金和社會(huì )資金,繼續加大對核心技術(shù)/產(chǎn)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(shù)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(shí)現技術(shù)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(lǐng)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(chǎng)準入控制范疇。推動(dòng)企業(yè)加強對專(zhuān)利申請的重視程度,適當降低知識產(chǎn)權申請的費用門(mén)檻和管理門(mén)檻,探索產(chǎn)業(yè)共建知識產(chǎn)權專(zhuān)利池,提升我國對外知識產(chǎn)權自我保護能力。