中國芯暗流涌動,龍芯/飛騰都在走什么樣的路
近年來,在核高基項目補貼和國家級集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的扶持下,國內(nèi)從事高性能CPU設(shè)計的單位或公司數(shù)量也不斷壯大,這當中有像龍芯、飛騰、申威這樣 擁有深厚技術(shù)底蘊的老牌IC設(shè)計單位,也有像宏芯、兆芯這樣新秀;既有展訊這樣的國有控股公司,也有海思這樣的非國有制企業(yè)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/281700.htm有人評價這是“百家爭鳴、百花齊放”,也有人評價這是“重復(fù)建設(shè)、互相傾軋”。
事實上,在眼花繚亂的設(shè)計單位和公司中,根據(jù)自主可控程度高低和市場化運營的難易,可以分為三種難度模式:
一種走獨立自主路線,構(gòu)建自己技術(shù)體系的Hard模式,其代表是龍芯、申威;
另一種是自己設(shè)計微結(jié)構(gòu),保障芯片安全可控,但依附于Wintel或AA體系,兼容其軟件生態(tài)的Normal模式,其代表是飛騰、君正、眾志;
最后一種是和大陸外廠商合作、合資,或者在軟件和硬件方面完全依附于AA體系的Simple模式,前者的代表是兆芯、宏芯,后者的代表是海思、展訊。
下面,我們就從三種難度模式的發(fā)展路線盤點國產(chǎn)CPU的技術(shù)路線和市場前景。
一、Hard模式發(fā)展路線
獨立自主發(fā)展路線顧名思義在知識產(chǎn)權(quán)、發(fā)展路線選擇權(quán)方面是完全由自己說了算,走自主路線有以下幾個特點:
一是擁有自主發(fā)展權(quán)。
擁有自己的指令集,可以自主擴展指令集,在發(fā)展方向上可以自主選擇。例如龍芯就在獲得Mips永久授權(quán)的同時,自行擴展了148條loongEXT、5條loongVM指令、213條loongBT、1014條loongSIMD,將Mips原本的527條指令,擴展為1907條,發(fā)展成為龍芯自己的loongISA,申威對Alpha的指令集也進行了很大程度的擴展。
二是安全可控。
自主構(gòu)建技術(shù)體系,可以實現(xiàn)從軟件和硬件上同時實現(xiàn)安全可控。例如,龍芯正在以“l(fā)oongISA+LCC+GS464E等自主研發(fā)的微結(jié)構(gòu)+社區(qū)操作系統(tǒng)loongnix+軟件生態(tài)+產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”為基礎(chǔ),力爭打造自己的體系,由于軟件和硬件皆自己搭建,因而安全性較高。申威也在積極構(gòu)建自己的軟硬件體系,開發(fā)了自己的神威睿智編譯器,研發(fā)了基于Linux的神威睿思操作系統(tǒng),加上超算領(lǐng)域不像PC領(lǐng)域那樣存在軟件生態(tài)的掣肘,申威構(gòu)建自主技術(shù)體系的道路可謂一片坦途——于2012年9月投入使用的神威藍光超算使用了8704片申威1600,搭載神威睿思操作系統(tǒng),實現(xiàn)了軟件和硬件全部國產(chǎn)化。
(龍芯GS464E流水線示意圖)
三是利潤全部在國內(nèi)。
舉例來說,龍芯構(gòu)建了一個涵蓋兩三百家企業(yè),上萬名技術(shù)人員的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。因為擁有自主知識產(chǎn)權(quán),可以實現(xiàn)所有利潤都留在龍芯構(gòu)建的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟內(nèi),國外廠商除非加入龍芯的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,給龍芯當馬仔,否則無法分走一分一毫利潤。申威因?qū)W⒊泐I(lǐng)域,產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟比較封閉,目前除神威超算的液冷系統(tǒng)從國外采購?fù)猓溆啻蠖鄬崿F(xiàn)國產(chǎn)化。
Hard模式之下也有兩個不利因素:
一是技術(shù)門檻高,產(chǎn)業(yè)化難度大。
設(shè)計單位要獨立完成指令集擴展、微結(jié)構(gòu)設(shè)計、編譯器研發(fā)、軟件生態(tài)搭建等工作,還要吸引足夠多、足夠強的合作伙伴加盟,建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
二是不利于市場化運營。
目前,PC領(lǐng)域是Wintel體系的天下,而移動端芯片是AA體系的天下,服務(wù)器方面中低端市場基本被X86芯片占領(lǐng),而高端服務(wù)器則是IBM的傳統(tǒng)市場。構(gòu)建自己的體系必然無法兼容國外Wintel體系和AA體系,不利于市場化運營。
二、Normal模式發(fā)展路線
Normal模式發(fā)展路線是指設(shè)計單位購買國外指令集授權(quán),自主設(shè)計微結(jié)構(gòu),但依附于Wintel或AA體系,兼容其軟件生態(tài)的發(fā)展路線。典型代表:飛騰(ARM)、君正、眾志。
Normal模式有以下兩個特點:
一是購買國外指令集授權(quán)。
舉例來說,飛騰購買了ARM V8指令集授權(quán),君正購買了MIPS授權(quán),北大眾志則獲得了X86授權(quán)(龍芯課題組成立后,AMD主動找上門給的。至于其中的原因,你懂得)。
(國防科大設(shè)計的兼容ARM V8指令的“小米”)
二是自主設(shè)計微結(jié)構(gòu)和CPU,從硬件上來保障硬件安全可控。
舉例來說,飛騰設(shè)計了“小米”,并有“火星”和“地球”兩款產(chǎn)品;君正設(shè)計了XBurst0、XBurst1 、XBurst2,并有Z系列、X系列、M系列三條產(chǎn)品線;北大眾志自主設(shè)計了UniCore-1、UniCore-2,以及眾志-805、PKUnity-3-130 、PKUnity-3(65)、 PKUnity86-2、PKUnity86-3等CPU或SOC,其中PKUnity86-3具有非常高的集成度,實現(xiàn)將CPU、GPU、DSP,北橋與南橋芯片組集成為單一芯片,最大程度地規(guī)避了大批量整機生產(chǎn)中的國外配套芯片斷貨和停產(chǎn)風險。
三是能兼容國外Wintel體系、AA體系的軟件生態(tài)。
舉例來說,“火星”和“地球”能流暢運行安卓及其應(yīng)用程序;君正則是因為大量應(yīng)用軟件都是針對ARM寫的,導(dǎo)致君正無法運行這些應(yīng)用軟件,針對這個問題,君正正在開發(fā)的MC轉(zhuǎn)碼,能在部分程度上改善兼容性的問題。另外,君正的智能手表inWatch T搭載了TencentOS;北大眾志則是能完全兼容Window98、WindowXP、Window7等操作系統(tǒng)。
(君正用于智能手表inWatch T的Ingenic Newton2 - 可穿戴設(shè)備開源開發(fā)平臺)
雖然Normal模式下,設(shè)計單位無法自主擴展指令集,技術(shù)發(fā)展只能按照外商劃定的路線圖亦步亦趨,無法自主選擇發(fā)展方向。而且無論是授權(quán)到期還是指令集更新,都要再次購買指令集授權(quán),始終是受制于人,淪為高級打工仔。
但在沒有自己的體系可以依托或沒有資本和技術(shù)自建體系的情況下,依附于國外體系,是獨立自主發(fā)展向市場化運營妥協(xié)的無奈選擇。
利弊相伴、禍福相依。Normal模式也能帶來以下優(yōu)勢:
一是研發(fā)的技術(shù)門檻、時間成本和資金成本大幅降低。
例如飛騰和君正就不需要自己擴展指令集,不需要開發(fā)自己的編譯器,更不需要構(gòu)建軟件生態(tài)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,只需要設(shè)計“小米”、XBurst和UniCore-2等微結(jié)構(gòu)以及“火星”、M150、M200、X1000、PKUnity86-3即可。
(君正用于物聯(lián)網(wǎng)的M150)
二是有利于市場化運營。
在依附于國外體系后,可以兼容其已經(jīng)發(fā)展得很成熟且豐富的軟件生態(tài),不會遭遇Hard模式下的軟件生態(tài)瓶頸。這對于飛騰、君正和眾志市場化運營來說是一大利好。
三、Simple模式發(fā)展路線
Simple模式有兩種情況:
一種是和大陸外廠商合作、合資;
另一種是軟件和硬件方面完全依附于AA體系。
前者的代表是兆芯、宏芯,后者的代表是海思、展訊。
對于像兆芯、宏芯這樣和國外廠商合資或者合作的企業(yè)來說,優(yōu)勢是顯而易見的,大樹底下好乘涼——兆芯可以得到Wintel體系的庇護,而宏芯能夠得到IBM的技術(shù)支持。當然,代價同樣巨大。從此往后,兆芯淪為Wintel體系的馬仔,宏芯也被IBM綁在了OPENPOWER的戰(zhàn)車上,永遠的失去了像龍芯、申威那樣自主發(fā)展的可能性。
而且,在引進技術(shù)中,往往有這樣一個過程,先貼牌,后仿制,再修改原始設(shè)計,最后在將引進的技術(shù)融會貫通后自主創(chuàng)新。因此,宏芯今年發(fā)布的CP1,其實就是IBM的Power8的馬甲,兆芯目前唯一一款桌面芯片ZX-A就是VIA Nano的馬甲。
按照兆芯和宏芯公布的PPT,要走完貼牌、仿制、修改、自主創(chuàng)新這個過程基本要到2018年左右的ZX-E和CP3。在此之前的產(chǎn)品,基本上談不上自主知識產(chǎn)權(quán),就更談不上安全可控。
另外,對兆芯和宏芯來說,還存在另一些風險:
對于宏芯而言,IBM對宏芯的技術(shù)扶持是受限制的!POWER 8最有價值的浮點運算方面的技術(shù)是不對宏芯開放的。另外,IBM將技術(shù)轉(zhuǎn)讓給宏芯的意圖是扶持一個打工仔,做四核或八核處理器去和Intel搶市場。
如果宏芯想用IBM的技術(shù)自己設(shè)計微結(jié)構(gòu),做高端服務(wù)器的CPU和IBM競爭,那么宏芯將無法得到IBM的技術(shù)支持。
對于兆芯而言,風險就更大。
臺灣VIA的X86專利來自收購的Cyrix公司,雖然獲得了部分X86專利的使用權(quán),但VIA在技術(shù)積累方面缺乏底蘊,在遭受Intel專利大棒的襲擊下,VIA的X86芯片銷聲匿跡。
雖然在英特爾與美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會(FTC)達成協(xié)議后,英特爾需向威盛提供x86授權(quán)協(xié)議延長至2018年4月——在2018年4月前,VIA與Intel將可相互使用對方的專利,但2018年4月之后,VIA就不能再使用Intel的新專利(舊專利能繼續(xù)使用)。
那么,到了2018年后,兆芯若不用Intel的新專利技術(shù),那么很有可能在性能方面被Intel越拉越遠,若是使用Intel的新專利,那么就很有可能被Intel專利大棒打的半身不遂,重蹈VIA當年的悲劇。
另外,兆芯技術(shù)起點很低。Cyrix公司早在2000年就有大批技術(shù)骨干人才流失,VIA的X86芯片在09年左右技術(shù)發(fā)展就基本停滯了,VIA官網(wǎng)上更是萬年不更新,目前最好的產(chǎn)品是VIA Nano,但其性能實在是慘目忍睹,不要說和Intel的haswel比較,就是和龍芯GS464E相比都有很大的差距。
(圖表為1G主頻下SPEC2000測試分數(shù),各款CPU的編譯環(huán)境未說明,僅供參考)
不過VIA最新的 QuadCore E C4650有一定進步,在制程工藝和主頻方面比Nano有一定提升,但根據(jù)官網(wǎng)資料,微結(jié)構(gòu)依舊是以賽亞的小改版本,單線程能力還是相對較弱。
另外,不知道VIA是否將QuadCore E C4650轉(zhuǎn)移給兆芯, QuadCore E C4650是否就是兆芯的ZX-C。
對于像海思、展訊這樣的公司來說
依附于AA體系下,有利于商業(yè)運營,能賺快錢,但在購買ARM微結(jié)構(gòu),集成自己的SOC的過程中,ARM微結(jié)構(gòu)授權(quán)費和每生產(chǎn)一枚芯片的專利費猶如ARM稅在吸血,榨取了IC設(shè)計公司的利潤。
海思和展訊的日子過得蠻滋潤,原因在于海思是華為子公司,麒麟芯片自產(chǎn)自銷不愁賣,定價上不受市場影響,華為內(nèi)部說了算,而且華為產(chǎn)品的高溢價可以為海思留出充足的利潤空間。
展訊在被紫光收購后,Intel又以15億美元入股展訊獲得2成股權(quán),另外國家集成電路大基金給予紫光400億資金。在紫光和Intel的輸血下,展訊自然是能夠縱橫捭闔。而那些不能“拼爹”,或者雖然有個爹,但爹不是李剛的ARM陣營廠商,比如聯(lián)芯、炬力、新岸線、全志、瑞芯微等就沒這么幸運了。
另外,因為大家都是購買ARM的微結(jié)構(gòu),帶來了產(chǎn)品高度同質(zhì)化、缺乏核心技術(shù)、利潤普遍偏低、市場競爭激烈、生存壓力大、產(chǎn)品存在安全風險等問題。
四、選擇一個發(fā)展方向,集中攻堅是否可行?
目前,如果算上被飛騰終止開發(fā)的SPARC,在國內(nèi)可謂集齊了X86、ARM、MIPS、Alhpa、POWER、SPARC六大陣營,而且還各搞一套軟件生態(tài)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,說是重復(fù)建設(shè)、互相傾軋也不無道理。
那么,國家是否能夠出面協(xié)調(diào),選擇1-2個主攻方向,實現(xiàn)集中力量,重點攻堅嗎?
難!
除了部門利益難以調(diào)和外,彼此之間發(fā)展路線的不認同也是重要因素——在龍芯、申威看來,選擇Normal模式、Simple模式,永遠受制于人,無法形成自己的軟件生態(tài),也無法自主選擇發(fā)展方向,永遠不能實現(xiàn)獨立自主。
對于龍芯和申威來說,一個擁有國內(nèi)最強微結(jié)構(gòu),另一個擁有國內(nèi)最好的高性能眾核CPU,經(jīng)過十多年的技術(shù)積累,龍芯和申威已經(jīng)有了自己的指令集、編譯器,和頗具雛形的軟件生態(tài)與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,要他們放棄現(xiàn)有的技術(shù)積累,轉(zhuǎn)投X86、ARM陣營顯然是不可能的。
而在兆芯、海思等看來,選擇Hard模式不僅技術(shù)門檻高,市場化運營更是難以上青天,是土八路斗美械師,自尋死路。在可以依附于Wintel體系和AA體系的大樹下乘涼之時,根本不可能選擇Hard模式。
另外,Hard模式成功了固然好,無論是信息安全方面還是商業(yè)利益上都是無與倫比的,但風險異常巨大,失敗了就是血本無歸。而Normal模式、Simple模式雖然在信息安全還是商業(yè)利益方面的收益不能和Hard模式比,但風險較低,是在國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)總體落后西方的情況下,向現(xiàn)實妥協(xié)后的無奈選擇。
因此,國家決策層想必也是難以抉擇,于是來個“八仙過海各顯神通”,把能走的路都走一遍,總有個把能成。但以中國在IC設(shè)計方面的人才積累和資金投入,我們真的有這個資本和時間去揮霍么?
五、為什么國家對各家IC設(shè)計公司扶持差異巨大
盤點各家公司獲得國家資金扶持情況:
2014年紫光(控股展訊)獲得國家集成電路大基金400億元人民幣。
宏芯成立時獲6億注冊資本,從2014年成立至今,獲得補助不少于20億元人民幣。
兆芯成立時上海市政府出資12億元,從2013年成立至今,獲得補助不少于70億元人民幣。
龍芯自2001年成立以來,從國家863計劃、核高基專項中累計獲得項目經(jīng)費5億人民幣。龍芯中科公司成立后,獲得北京市政府2億人民幣的股權(quán)投資。2010年后未獲得國家項目資金扶持。
飛騰、申威因是軍方項目,并沒有數(shù)據(jù)。
在中國的國情下,獲得國家補助并不依靠各家的技術(shù)水平、技術(shù)成果、技術(shù)路線(技術(shù)水平最好,也是技術(shù)成果最豐富的龍芯、申威、飛騰,顯然不如兆芯、展訊受國家重視),而是取決于各家單位的公關(guān)能力和國際巨頭的在華影響力。
六、結(jié)語
五大陣營互相傾軋,一方面是重復(fù)建設(shè)、資源浪費,同時也帶來了激烈的競爭。
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