兆芯：國(guó)產(chǎn)芯片生態(tài)為重，自主可控不只是芯片

長(zhǎng)久以來，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體市場(chǎng)始終面臨著自給率嚴(yán)重不足的問題，尤其國(guó)產(chǎn)通用CPU，包括服務(wù)器、個(gè)人電腦、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)核心集成電路市場(chǎng)占有率幾乎為零。為了打破這一局面，逐步實(shí)現(xiàn)自主可控，自主創(chuàng)新就成了必由之路。本刊編輯采訪了上海兆芯集成電路有限公司副總經(jīng)理羅勇博士，就當(dāng)下國(guó)內(nèi)集成電路市場(chǎng)發(fā)展相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

對(duì)標(biāo)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

作為國(guó)內(nèi)知名x86系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，兆芯同時(shí)掌握中央處理器（CPU）、圖形處理器（GPU）及芯片組三大核心技術(shù)，其自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)x86解決方案包括開先和開勝兩大系列，開先系列面向桌面整機(jī)（包括各類臺(tái)式機(jī)、筆記本）、嵌入式產(chǎn)品，開勝系列則面向服務(wù)器產(chǎn)品。

談到兆芯x86解決方案整體性能時(shí)，羅勇博士表示，兆芯處理器的整體性能已經(jīng)能夠?qū)?biāo)國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)，以ZX-C系列CPU及KX-5000為例，已經(jīng)可以對(duì)標(biāo)Intel第六代i3處理器，主機(jī)頻率可以達(dá)到2GHz，對(duì)于日常辦公應(yīng)用、4K解碼，甚至運(yùn)行使命召喚、古墓麗影等主流3D游戲已經(jīng)毫無壓力。而考慮到3GHz頻率已經(jīng)開始成為主流，兆芯又跟進(jìn)了最新的KX-6000系列，其整機(jī)性能對(duì)標(biāo)Intel的i5系列處理器，包括跑現(xiàn)在最火的（也是對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求很高的）“吃雞”游戲，仍可 流暢運(yùn)行。

表1 芯片性能對(duì)比圖

在集成電路，尤其是處理器芯片方面，要真正解讀一項(xiàng)技術(shù)需要花很長(zhǎng)時(shí)間，才能避免出現(xiàn)系統(tǒng)漏洞、安全問題，或在出現(xiàn)安全問題時(shí)及時(shí)查出原因并修復(fù)。兆芯用6年時(shí)間研發(fā)了ZX-C和KX-5000兩代處理器，從而完全解讀了x86系統(tǒng)架構(gòu)及相應(yīng)技術(shù)。

兆芯設(shè)計(jì)ZX-C系列用了4年時(shí)間，羅勇博士坦然表示，設(shè)計(jì)出的處理器雖然在功耗和面積上控制得很好，單核性能提升了20%，多核性能提升了兩倍，但是并沒有達(dá)到預(yù)期，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中走了很多彎路，因而進(jìn)一步研發(fā)了KX-5000系列。這一代芯片又將單核做了大幅度修改，同時(shí)將多核全部引入，打通了I/O頻率，從而達(dá)到現(xiàn)在能夠?qū)?biāo)Intel第六代i3處理器的性能，從而滿足日常辦公、大型游戲等應(yīng)用需求。

自主可控不該只考慮芯片架構(gòu)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)漏洞問題及中美貿(mào)易戰(zhàn)的出現(xiàn)，自主可控再一次成為國(guó)家發(fā)展規(guī)劃中的關(guān)鍵詞。羅勇博士告訴記者，兆芯選擇基于x86研發(fā)自己的微架構(gòu)是考慮到x86架構(gòu)擁有成熟的系統(tǒng)生態(tài)，而且不存在核與授權(quán)的問題。相比于海光的系統(tǒng)架構(gòu)，兆芯系統(tǒng)架構(gòu)在演進(jìn)、升級(jí)等方面是完全自主的，不存在授權(quán)問題。

近兩年的網(wǎng)絡(luò)漏洞其實(shí)是芯片組中出現(xiàn)的問題。兆芯擁有完全自主的GPU和芯片組，從而能夠很好地規(guī)避這一問題?，F(xiàn)在兆芯的GPU是集成在CPU芯片中的，即集成顯卡。羅勇博士稱，將來隨著國(guó)產(chǎn)GPU需求不斷擴(kuò)大，也可能將GPU獨(dú)立來做。但是芯片組一直是獨(dú)立的，例如開先ZX-C系列處理器配合自主研發(fā)的ZX-100S芯片組，而開先KX-5000系列處理器和后續(xù)產(chǎn)品都會(huì)采用SoC架構(gòu)，將芯片組功能與CPU核心等整合到一顆芯片上，可選擇性配合ZX-200 IO拓展芯片，滿足多樣化外設(shè)接口需求。

從下到上依次為：ZX-C、KX-5000、KX-6000

另外，在軍工領(lǐng)域，尤其是軍用裝備上對(duì)國(guó)產(chǎn)化剛需很強(qiáng)，即使用10顆國(guó)產(chǎn)芯片去替代3顆Intel芯片，也是必須的。在這樣嵌入式及特殊垂直行業(yè)兆芯雖然相對(duì)起步較晚，但是逐漸有更多產(chǎn)品出現(xiàn)并取代國(guó)外芯片。

談到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控，羅勇博士不無擔(dān)心，其實(shí)就半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控來講，國(guó)內(nèi)往往過度強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)、架構(gòu)，但卻忽略了設(shè)計(jì)工藝和設(shè)計(jì)工具（EDA）。還存在很多問題，包括以下幾個(gè)方面：第一，技術(shù)并沒有達(dá)到，可靠性、穩(wěn)定性及生態(tài)兼容性問題仍有待改進(jìn)；第二，設(shè)計(jì)工藝方面，TSMC及華虹宏力雖然給國(guó)產(chǎn)芯片解決了一定問題，但是仍難以對(duì)標(biāo)國(guó)際高端能力；第三，EDA方面，到目前為止，最大三家公司——Synopsis、Cadence、MentorGraphics都是美國(guó)公司，國(guó)內(nèi)還沒有一個(gè)大型整體的設(shè)計(jì)工具。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)兼容性

x86最大的優(yōu)勢(shì)在于生態(tài)兼容上。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在很多系統(tǒng)芯片做得確實(shí)很好，但是由于用戶大量的應(yīng)用是基于Windows系統(tǒng)的，而國(guó)產(chǎn)芯片并不兼容，帶來無法推廣的問題。羅勇博士談到，市場(chǎng)生態(tài)是慢慢積累下來的，Intel和微軟用40年做的生態(tài)，沒有一家芯片廠商可以在短時(shí)間內(nèi)將其替代。我們更應(yīng)該尊重原有生態(tài)，并基于此開發(fā)自己的產(chǎn)品。

兆芯設(shè)計(jì)的處理器到目前為止針對(duì)國(guó)內(nèi)桌面應(yīng)用，在單核、多核性能上已經(jīng)表現(xiàn)很好，整機(jī)性能可以對(duì)標(biāo)Intel的i3和i5處理器，基本可以滿足桌面的主流應(yīng)用。由于現(xiàn)在絕大部分軟件生態(tài)都是建立在x86架構(gòu)的Windows系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，因而兆芯處理器可以很好地兼容其配套的外設(shè)、軟件及驅(qū)動(dòng)。

借助新興領(lǐng)域，直面國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)

隨著新興技術(shù)的不斷興起，羅勇博士表示，兆芯現(xiàn)在關(guān)注下一代的規(guī)劃，包括AI、邊緣計(jì)算、異構(gòu)計(jì)算等。因?yàn)檫@些市場(chǎng)本身剛剛起步，Intel也只是領(lǐng)先兩三年，不像云存儲(chǔ)、處理器領(lǐng)域領(lǐng)先二十年，你得一步一步追。

對(duì)于這些新興領(lǐng)域，我們更有希望做出性能相近，針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)有更多差異化的東西，我們做國(guó)產(chǎn)芯片遲早要到市場(chǎng)直面國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，而這些新興領(lǐng)域就是我們實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。兆芯下一代芯片一定不只是在桌面性能提升、容量擴(kuò)大，也包括針對(duì)這些新興領(lǐng)域的應(yīng)用能力。