大時(shí)代背景下國產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機遇

5月30日，在中關(guān)村科技園區管理委員會(huì )、北京市海淀區人民政府、北京市發(fā)展和改革委員會(huì )、北京市經(jīng)濟和信息化局、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)應用與發(fā)展論壇”（中國國際服務(wù)貿易交易會(huì )—簡(jiǎn)稱(chēng)京交會(huì )的AI專(zhuān)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)代背景下國產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機遇”的主題演講，與現場(chǎng)嘉賓交流國產(chǎn)處理器的現狀及發(fā)展機遇。同時(shí)李科奕也簡(jiǎn)要介紹了華夏芯自主知識產(chǎn)權的Unity統一指令集架構和基于此架構的異構CPU、DSP及AI專(zhuān)用處理器系列，以及已經(jīng)量產(chǎn)投片的多核異構北極星SoC芯片。北極星SoC芯片集成了華夏芯的4核動(dòng)態(tài)超標量CPU和向量DSP處理單元，以及2核AI專(zhuān)用處理器。在第三方組織的實(shí)際評測中，CPU和DSP內核在28nm CMOS工藝上的工作主頻達到2.0Ghz。以下內容未經(jīng)演講者本人校訂，僅供參考。

芯片是今天中國最熱門(mén)的話(huà)題，隨著(zhù)國際環(huán)境的變化，芯片設計和自主創(chuàng )新的重要意義越來(lái)越凸顯。但是，全球沒(méi)有任何國家能夠實(shí)現全部芯片的國產(chǎn)化。因此，中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣需要強調開(kāi)放、繼續保持國際合作，不可能、也沒(méi)必要追求什么芯片都要國產(chǎn)化。

在不同種類(lèi)的芯片中，量大面廣的處理器芯片被公認為半導體皇冠上的明珠。其中最為大家熟悉的處理器是被俗稱(chēng)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)域的數字信號處理器芯片（DSP）。

根據海關(guān)的公開(kāi)數據顯示，2019年第一季度中國處理器及控制器進(jìn)口金額為289.54億美元，進(jìn)口數量為235.67億個(gè)；處理器及控制器出口金額為73.09億美元，出口數量為172.96億個(gè)。從進(jìn)、出口的數據來(lái)看，我國處理器，特別是高端處理器芯片，仍然主要依賴(lài)進(jìn)口。更為嚴重的是國產(chǎn)處理器（指令集、微架構、工具鏈等底層基礎架構源自于國內企業(yè)自主研發(fā)）在市場(chǎng)中的份額基本可以忽略不計，這在一定程度上反映了底層基礎架構的缺失制約了中國處理器行業(yè)的創(chuàng )新發(fā)展。

過(guò)去三十年人類(lèi)經(jīng)歷了數字化、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，也需要認識到國產(chǎn)處理器的創(chuàng )新能力代表了一個(gè)國家對新一代信息技術(shù)的掌控能力。今天，當大數據、人工智能、5G浪潮席卷而來(lái)，新一輪計算革命已然到來(lái)，全球處理器行業(yè)正面臨全新的挑戰。

在數字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，主要的計算任務(wù)運行在CPU處理器上；而大數據、人工智能、5G時(shí)代，主要的計算任務(wù)運行在GPU、DSP、人工智能專(zhuān)用處理器以及形式多樣的專(zhuān)用硬件加速器上。多種計算單元的混合、搭配、集成統稱(chēng)為異構計算。異構計算的發(fā)展由來(lái)已久，但新一代異構計算已經(jīng)成為處理器芯片設計創(chuàng )新的主要熱點(diǎn)之一，其特點(diǎn)是不同計算單元的軟、硬件要素相互協(xié)同，形成一個(gè)統一的、高效的、簡(jiǎn)化的異構計算芯片設計和應用開(kāi)發(fā)的平臺。

全球化是當今世界的必然趨勢。全球異構計算需要中國市場(chǎng)的支持；同時(shí)，中國異構計算也需要與國際異構計算廠(chǎng)商共建開(kāi)放、合作和共贏(yíng)的新賽道。但是，如果中國異構計算與國外先進(jìn)水平差距太大，也就沒(méi)有與國外廠(chǎng)商公平合作的基礎。

需要指出的是，今天大家談?wù)摰梅浅６嗟纳疃葘W(xué)習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等AI技術(shù)，需要根據不同的應用場(chǎng)景，與感知、數據采集、存儲和傳輸、安全加密等技術(shù)結合起來(lái)，也就是需要將AI專(zhuān)用計算單元和其它處理器、加速器、存儲器單元通過(guò)不同形式異構融合在一起，才能構成一個(gè)完整的產(chǎn)品。因此，如果沒(méi)有處理器芯片，單靠深度學(xué)習的專(zhuān)用芯片是無(wú)法支撐中國人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)展國產(chǎn)處理器，一個(gè)繞不開(kāi)的話(huà)題是生態(tài)。在CPU主宰計算的時(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、手機處理器芯片巨頭ARM公司的CPU+谷歌安卓（以及蘋(píng)果iOS操作系統）形成了所謂的WinTel、AA生態(tài)，因為WinTel和AA提供了一個(gè)統一的、高效的、簡(jiǎn)化的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺。在WinTel和AA平臺上，匯聚了眾多廠(chǎng)商的應用開(kāi)發(fā)，它們一起構成了良好的用戶(hù)體驗。從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，替換WinTel和AA完全可以做到，最大的挑戰是用什么樣的利益機制引導全球眾多的應用開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商自愿把它們的軟、硬件開(kāi)發(fā)移植到新的處理器架構+操作系統平臺上。過(guò)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主導生態(tài)，也沒(méi)有出現任何一種占主導地位的處理器架構+操作系統的平臺，主流的生態(tài)尚在形成當中。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用組成。因此，并不需要一個(gè)像手機、PC一樣匯集眾多應用、全球通用的軟、硬件開(kāi)發(fā)平臺，而且完全可能通過(guò)價(jià)格、性能、定制開(kāi)發(fā)等機制引導應用開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商自愿把它們的軟、硬件開(kāi)發(fā)移植到新的處理器架構+操作系統平臺上。再次，Intel、ARM等傳統處理器廠(chǎng)商并沒(méi)有提前預見(jiàn)和針對人工智能等應用進(jìn)行布局并形成壟斷，導致AI芯片賽道涌入了眾多互聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商、終端設備廠(chǎng)商和算法廠(chǎng)商等新興競爭者?，F狀是群雄并起、縱橫捭闔，未來(lái)鹿死誰(shuí)手還看不出來(lái)。

因此，我們應當站在大時(shí)代的背景下思考，抓住發(fā)展國產(chǎn)處理器的重大機遇。今天是發(fā)展國產(chǎn)處理器的最好的時(shí)代，因為有了“備胎”轉“正胎”的機會(huì )；但這也是最壞的時(shí)代，因為對手已經(jīng)把眼光從CPU轉向了新一代異構計算乃至“超異構”，而我們還在爭論是利用國外Risc V還是MIPS開(kāi)源指令集去設計國產(chǎn)CPU處理器。今天是一個(gè)需要自信的時(shí)刻，因為AI的飛速發(fā)展，讓國產(chǎn)處理器廠(chǎng)商與國外老牌處理器廠(chǎng)商在A(yíng)I新賽道、新生態(tài)的構建上站在了同一起跑線(xiàn)上；但也是許多人依然對國產(chǎn)處理器廠(chǎng)商疑慮重重的時(shí)刻，因為過(guò)去三十年我們負重前行，尚未成功。今天是黎明前的黑暗，因為我們不得不直面IP授權和合資不能取代自主創(chuàng )新這一事實(shí)；但是，正在發(fā)生的中國及全球芯片供應鏈的重構給國產(chǎn)處理器廠(chǎng)商帶來(lái)了希望的光芒。今天的競爭是生態(tài)的競爭，我們既是無(wú)所不有，因為中國擁有全球最大的單一市場(chǎng)；我們又是一無(wú)所有，因為我們只能從零開(kāi)始、歷經(jīng)艱難去努力構建一個(gè)開(kāi)放的、與國際主流融合和共贏(yíng)的繁榮生態(tài)。

是看見(jiàn)才相信，還是相信才看見(jiàn)？要么奮力抓住三十年一遇的機會(huì )，為人類(lèi)的計算革命做出來(lái)自中國企業(yè)的一份貢獻；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！中國國產(chǎn)處理器廠(chǎng)商其實(shí)沒(méi)有選擇的余地。