哪些芯片不容易被國(guó)產(chǎn)化？

在高端芯片上我國(guó)還有明顯的差距，半導(dǎo)體設(shè)備受制于國(guó)外。芯片微加工細(xì)分設(shè)備高達(dá)170余種，均處于高度壟斷的狀態(tài)，牢牢卡住了國(guó)產(chǎn)芯片的脖子。
如今，三星電子等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)5nm量產(chǎn)，并在抓緊攻克3nm。而作為中國(guó)大陸第一晶圓代工廠的中芯國(guó)際，最領(lǐng)先技術(shù)才到14nm。 

2019年，AMD CEO 蘇姿豐（ LisaSu）證實(shí)，AMD不再向中國(guó)公司（天津海光）授權(quán)其新的X86 IP產(chǎn)品。另外值得一提的是，國(guó)產(chǎn)X86芯片廠商兆芯從威盛獲得的X86授權(quán)也已經(jīng)于2018年4月到期。這也意味著國(guó)產(chǎn)X86芯片前景再度陷入了一片黯淡！

國(guó)產(chǎn)X86技術(shù)來(lái)源
眾所周知，在PC/服務(wù)器處理器市場(chǎng)，Intel的X86架構(gòu)憑借出色的性能獨(dú)步天下，再加上曾與微軟Windows的深度結(jié)盟，使得整個(gè)PC應(yīng)用生態(tài)都是圍繞著Intel的X86架構(gòu)而構(gòu)建。對(duì)于國(guó)產(chǎn)處理器廠商來(lái)說(shuō)，如果要進(jìn)入PC/服務(wù)器市場(chǎng)，X86架構(gòu)無(wú)疑是首選。特別是在“國(guó)產(chǎn)自主可控”的需求背景之下，國(guó)產(chǎn)X86架構(gòu)芯片也就有了“市場(chǎng)”。
我們都知道X86架構(gòu)是Intel的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國(guó)產(chǎn)芯片廠商要做X86架構(gòu)芯片，首先需要解決的就是X86技術(shù)授權(quán)的問(wèn)題。對(duì)于Intel來(lái)說(shuō)，顯然是不會(huì)愿意向中國(guó)大陸芯片廠商授權(quán)X86架構(gòu)的，所幸的是除了Intel之外，AMD和臺(tái)灣威盛都有著X86技術(shù)。
AMD
1981年，作為PC市場(chǎng)的后進(jìn)入者，為了快速推出產(chǎn)品，重新樹(shù)立技術(shù)領(lǐng)先形象，IBM破天荒使用了開(kāi)放式的體系架構(gòu)，并對(duì)PC機(jī)兩大核心部件——操作系統(tǒng)與微處理器采取外包策略。當(dāng)時(shí)可供IBM選擇的微處理器廠家，除了Intel之外，至少包括：摩托羅拉、Zilog、國(guó)民半導(dǎo)體（National Semiconductor）、仙童半導(dǎo)體以及AMD。
盡管在技術(shù)實(shí)力上，Intel略占上風(fēng)，但是要獲取IBM絕對(duì)支持仍非易事！因?yàn)樯斫?jīng)百戰(zhàn)的IBM知道，如果將微處理器完全放給一家供應(yīng)商，很有可能造成其坐大難控，為此IBM強(qiáng)烈要求其微處理器供應(yīng)商必須將技術(shù)授權(quán)給第二供應(yīng)商，“我開(kāi)放，你開(kāi)放”！
接下來(lái)的故事幾乎沒(méi)有懸念，深厚的歷史淵源、多年的合作關(guān)系、技術(shù)上的適宜落差更重要的是微處理器市場(chǎng)的藍(lán)海誘惑使得Intel與AMD很快一拍即合。Intel開(kāi)放技術(shù)，全面授權(quán)AMD生產(chǎn)x86系列處理器，而AMD則放棄了自己的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，成為Intel后備供應(yīng)商。雙方聯(lián)手合作，終于拿下了IBM的訂單，也從此鎖定了個(gè)人電腦技術(shù)發(fā)展路徑！正如多年后，在對(duì)Intel的訴訟中，AMD反復(fù)強(qiáng)調(diào)的“AMD的支持使Intel立即從半導(dǎo)體公司的合唱隊(duì)員變成了個(gè)人明星”！
威盛
早在2009年，美國(guó)FTC對(duì)英特爾提起了反競(jìng)爭(zhēng)行為訴訟，指控英特爾違反了美國(guó)1914 年《聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)法》第五章的規(guī)定，并認(rèn)為英特爾涉及的范圍相比違反反壟斷法更為廣泛，是屬于不公平手段的競(jìng)爭(zhēng)和欺騙性商業(yè)行為，因此不能仿效像反壟斷違法般通過(guò)賠款了事。
雖然Intel對(duì)此并不承認(rèn)，但是最終還是與FTC達(dá)成了和解。根據(jù)和解協(xié)議，Intel被禁止以賄賂手段要求計(jì)算機(jī)廠商只采購(gòu)Intel的芯片并拒絕采購(gòu)其他廠商的芯片，同時(shí)亦禁止向采購(gòu)對(duì)手產(chǎn)品的廠商采用惡意報(bào)復(fù)行為。
此外，和解協(xié)議還要求Intel修改與 AMD 、 NVIDIA 、威盛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)協(xié)議，令以上公司能擁有較大自由度與其他公司合并或者合資而不會(huì)受到Intel專(zhuān)利訴訟威脅，而且Intel還需要向威盛提供的X86授權(quán)協(xié)議延長(zhǎng)五年至2018年4月，并將 PCI-Express 總線(xiàn)作為關(guān)鍵接口保留至少六年。而至2018年4月之后，威盛不能再使用英特爾新的X86專(zhuān)利，但是舊的專(zhuān)利仍可持續(xù)使用。
此外， Intel 亦需要向開(kāi)發(fā)人員開(kāi)放 Intel 計(jì)算機(jī)編譯程序在 Intel 芯片和非 Intel 芯片之間的差異，同時(shí)允許任何軟件商使用非 Intel 編譯程序編譯軟件。
隨后，威盛先后推出了C3、C7、Eden、Nano等一系列的產(chǎn)品，但始終只能在嵌入式市場(chǎng)上混口飯吃，規(guī)模也不大。
威盛與上海兆芯
2013年4月，由上海市國(guó)資委下屬上海聯(lián)和投資有限公司和臺(tái)灣威盛集團(tuán)所屬公司合資成立了上海兆芯集成電路有限公司，中方國(guó)資占據(jù)控股地位（持股約80%）。上海兆芯因此也順利從威盛那里獲得了X86架構(gòu)的授權(quán)。
兆芯成立之后不僅承接了國(guó)家核高基1號(hào)專(zhuān)項(xiàng)，還獲得上海市政府不遺余力的支持，成為一家不差錢(qián)的公司，據(jù)說(shuō)到前前后后獲得國(guó)資委巨資補(bǔ)貼超過(guò)了56億。因此，即便兆芯不具備造血能力，也不愁吃喝。而兆芯的ZX系列CPU也一直被外界質(zhì)疑是穿著馬甲的威盛產(chǎn)品（比如，ZX-A到ZX-C就與威盛的NANO如出一轍）。而威盛自己也爛泥扶不上墻，處理器的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后Intel和AMD兩三代以上。
不過(guò)，也有業(yè)內(nèi)人士，自ZX-D開(kāi)始，已經(jīng)不再是基于威盛的產(chǎn)品。目前兆芯最新的“KX-6000系列”，號(hào)稱(chēng)綜合性能約等于英特爾第七代酷睿i5-7400。
不過(guò)，隨著威盛與英特爾的X86授權(quán)協(xié)議于2018年4月到期之后，威盛已經(jīng)無(wú)法在使用英特爾新的X86專(zhuān)利及相關(guān)軟件，這也意味著兆芯未來(lái)的X86產(chǎn)品升級(jí)遇阻，雖然其仍然可以使用舊的X86專(zhuān)利，但是前景已是一片黯淡。
AMD與天津海光
2016年，AMD 與中國(guó)天津海光先進(jìn)技術(shù)投資有限公司（THATIC）成立合資公司——中科海光，可以利用AMD的X86技術(shù)和 SoC IP 用于芯片開(kāi)發(fā)。為此，AMD獲得了價(jià)值2.93億美元的現(xiàn)金，包括特許權(quán)使用費(fèi) 。
需要指出的是，根據(jù)英特爾當(dāng)初與AMD的X86技術(shù)授權(quán)協(xié)議，AMD無(wú)權(quán)向第三方授權(quán)X86技術(shù)。不過(guò)，在當(dāng)時(shí)AMD公司的發(fā)言人就曾經(jīng)就這次合作進(jìn)行了解釋?zhuān)硎九c中國(guó)的協(xié)議并不違2009年AMD與Intel簽署的交叉許可協(xié)議。
因?yàn)楹腺Y公司所有權(quán)結(jié)構(gòu)不同，而且轉(zhuǎn)讓給中國(guó)的所有信息都符合美國(guó)出口法規(guī)。天津海光和AMD成立的合資公司確實(shí)可以修改AMD的CPU核，變相享有X86授權(quán)，而海光公司可以通過(guò)購(gòu)買(mǎi)合資公司研發(fā)的CPU核，開(kāi)發(fā)服務(wù)器CPU，不過(guò)僅僅局限于中國(guó)市場(chǎng)。
合資公司成立之后，很快就推出了基于AMD第一代 Ryzen和EPYC的Zen架構(gòu)的產(chǎn)品，并成功應(yīng)用到了曙光服務(wù)器里。而根據(jù)今年5月曝光的信息顯示，海光的32核、64線(xiàn)程的x86架構(gòu)服務(wù)器CPU已經(jīng)成功流片。不過(guò)，同樣海光的芯片也被外界認(rèn)為是穿著馬甲的AMD產(chǎn)品。
根據(jù)AMD蘇姿豐在此次臺(tái)北電腦展上證實(shí)的消息，AMD與天津海光的合作僅限于AMD的第一代 Ryzen 和 EPYC 的 Zen 架構(gòu)，AMD 新推出的 Zen 2 微架構(gòu)設(shè)計(jì)則無(wú)權(quán)使用。這也意味著海光后續(xù)也將無(wú)法獲得新的X86專(zhuān)利授權(quán)以及AMD的SoC IP授權(quán)。這也為海光未來(lái)的發(fā)展蒙上了一層陰影，未來(lái)在后續(xù)產(chǎn)品上將會(huì)與英特爾、AMD的差距將會(huì)越來(lái)越大。
從上海兆芯與天津海光的發(fā)展來(lái)看，與國(guó)外X86技術(shù)廠商成立合資公司，對(duì)方提供技術(shù)，我方提供市場(chǎng)，以求快速實(shí)現(xiàn)“自主可控”的路子，看似美麗，實(shí)則是個(gè)坑。而且隨著Arm進(jìn)入PC及服務(wù)器市場(chǎng)，以及RSIC架構(gòu)的芯片的興起，也讓我看到，X86一統(tǒng)PC及服務(wù)器市場(chǎng)的局面正在被逐漸打破。國(guó)產(chǎn)芯片廠商除了X86，仍有其他道路可走。

高速ADC

眾所周知，信號(hào)鏈芯片主要包括放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、接口等品類(lèi)，其中轉(zhuǎn)換器屬于其中技術(shù)壁壘最高細(xì)分品類(lèi)。轉(zhuǎn)換器是由模擬電磁波轉(zhuǎn)換成0101比特流最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，具體又可以分為ADC和DAC兩類(lèi)，ADC作用是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高頻采樣，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；DAC的作用是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)。
其中ADC在總需求中占比接近80％。ADC／DAC是整個(gè)模擬芯片皇冠上的明珠，核心難度有兩點(diǎn)：抽樣頻率和采樣精度難以兼得（高速高精度ADC壁壘最高）以及需要整個(gè)制造和研發(fā)環(huán)節(jié)的精密配合。
ADC關(guān)鍵指標(biāo)包括“轉(zhuǎn)換速率”和“轉(zhuǎn)換精度”，其中高速高精度ADC壁壘最高。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器主要看兩個(gè)基本指標(biāo)，轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度。
轉(zhuǎn)換速率通常用單位sps（Samples per Second）即每秒采樣次數(shù)來(lái)表示，比如1Msps、1Gsps對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器每秒采樣次數(shù)分別是100萬(wàn)次、10億次；轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率（位）表示，分辨率越高表明轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字／模擬信號(hào)與原來(lái)的信號(hào)之間的差距越小。高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器需具備高速率或高精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換能力。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的速率和精度指標(biāo)往往是相互制約、此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，例如亞德諾目前最快的商用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率為26Gsps，但其分辨率僅為3位，而具有24位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率僅為26Msps。
根據(jù)這兩大指標(biāo)，ADC可以分為高速高精度、低速高精度、高速低精度以及低速低精度四種類(lèi)型，其中高速高精度壁壘最高。

進(jìn)口廠商主導(dǎo)的行業(yè)現(xiàn)狀
ADC芯片的產(chǎn)業(yè)鏈和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一樣，其產(chǎn)業(yè)鏈龐大而復(fù)雜，可以分為：上游支撐產(chǎn)業(yè)鏈，包括半導(dǎo)體設(shè)備、材料、生產(chǎn)環(huán)境；中游核心產(chǎn)業(yè)鏈，包括 IC 設(shè)計(jì)、 IC 制造、 IC 封裝測(cè)試；下游需求產(chǎn)業(yè)鏈，覆蓋工業(yè)、通信、消費(fèi)電子、航空、國(guó)防及醫(yī)療等。
數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2019年全球轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)規(guī)模接近36億美元，預(yù)計(jì)未來(lái)4年CAGR近10％。隨著5G****、IoT等驅(qū)動(dòng)ADC需求落地，預(yù)計(jì)2023年全球轉(zhuǎn)換器芯片市場(chǎng)空間有望擴(kuò)張至近50億美元。
從格局分布來(lái)看，全球模擬芯片行業(yè)格局相對(duì)分散，美歐大廠處于領(lǐng)跑地位。由于模擬芯片具有品類(lèi)豐富、產(chǎn)品系列深等特點(diǎn)，各細(xì)分產(chǎn)品規(guī)模小、市場(chǎng)間跨度大，因此全球市場(chǎng)整體呈現(xiàn)分散的格局，頭部廠商難以取得壟斷優(yōu)勢(shì)。最為知名的廠商包括ADI、TI、Maxim、Microchip、NXP、Xilinx、STMicroelectronics等。具體來(lái)看，歐美廠商由于起步早，憑借資金、技術(shù)、客戶(hù)資源、品牌等方面的積累，目前在全球范圍內(nèi)仍處于領(lǐng)跑地位。
國(guó)內(nèi)ADC產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍處在追趕狀態(tài)。1996年，以西方為主的33 個(gè)國(guó)家在奧地利維也納簽署了《瓦森納協(xié)定》，規(guī)定了高科技產(chǎn)品和技術(shù)的出口范圍和國(guó)家，其中高端ADC 屬于出口管制的產(chǎn)品，中國(guó)也屬于受限制的國(guó)家之一，禁運(yùn)范圍主要是精度超過(guò)8 位且速度超過(guò)10Msps的ADC。
2019年華為被納入實(shí)體名單后，TI、ADI等美國(guó)模擬IC大廠向華為供貨受限，進(jìn)一步加速?lài)?guó)內(nèi)模擬芯片領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代節(jié)奏。聚焦ADC領(lǐng)域，全球主要供應(yīng)商仍是TI、ADI為首的幾家國(guó)際大廠，而高性能ADC在軍用領(lǐng)域、高端醫(yī)療器械以及精密測(cè)量等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，因此ADC技術(shù)的國(guó)產(chǎn)替代對(duì)于我國(guó)各下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。自華為事件以后，國(guó)內(nèi)的設(shè)備廠家逐漸開(kāi)始采購(gòu)國(guó)產(chǎn)ADC芯片。

汽車(chē)芯片
在這一輪芯片短缺危機(jī)中，中國(guó)作為全球最大新車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量市場(chǎng)，暴露出長(zhǎng)期以來(lái)汽車(chē)芯片對(duì)外依賴(lài)嚴(yán)重，“卡脖子”問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。危機(jī)之下，國(guó)內(nèi)芯片制造商及車(chē)企已意識(shí)到自研芯片的重要性，亟須發(fā)展高精尖芯片技術(shù)。
根據(jù)iHS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前全球汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約為410億美元，明年或?qū)⑦_(dá)650億美元。但市場(chǎng)份額上，歐洲、美國(guó)和日本公司分別占據(jù)37%、30%和25%，中國(guó)公司僅為3%。此外，中國(guó)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)自主汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅占全球的4.5%，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)中車(chē)用芯片自研率僅占10%，而中國(guó)汽車(chē)用芯片進(jìn)口率超90%，國(guó)內(nèi)汽車(chē)芯片市場(chǎng)基本被國(guó)外企業(yè)壟斷。
“芯片問(wèn)題不可能一蹴而就地得到解決。”中國(guó)新能源汽車(chē)技術(shù)創(chuàng)新中心總經(jīng)理原誠(chéng)寅表示，中國(guó)汽車(chē)芯片短缺可能會(huì)持續(xù)長(zhǎng)達(dá)10年之久。
目前擁有汽車(chē)芯片設(shè)計(jì)能力的公司都是一些行業(yè)巨頭，如英特爾、高通、英偉達(dá)等。而有能力同時(shí)設(shè)計(jì)和制造處理器芯片的大廠只有英特爾和三星。
而我國(guó)集成電路(IC芯片)產(chǎn)品由于技術(shù)、品質(zhì)等方面還存在諸多不足，總體水平與國(guó)際巨頭存在2-5代的差距，同時(shí)還存在“供不應(yīng)求”的問(wèn)題，自給率不到10%，因此長(zhǎng)期高度依賴(lài)進(jìn)口。
盡管目前芯片大約占新能源汽車(chē)制造成本的10%，但隨著汽車(chē)智能化、網(wǎng)聯(lián)化的到來(lái)，芯片所占的成本將持續(xù)提升。預(yù)計(jì)2020年每輛車(chē)將使用1000顆芯片，因此汽車(chē)芯片也是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。
目前我國(guó)汽車(chē)芯片需求持續(xù)增長(zhǎng)，汽車(chē)產(chǎn)量和汽車(chē)半導(dǎo)體成分是兩個(gè)主要因素：
汽車(chē)產(chǎn)量方面，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示2016年我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量超2900萬(wàn)輛，全球占比穩(wěn)步升高；
汽車(chē)半導(dǎo)體成分方面，IHS數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)2016年每輛汽車(chē)半導(dǎo)體成分約為 235 美元，遠(yuǎn)低于日本、美國(guó)、歐洲水平。
眼下，我國(guó)作為全球最大的單一汽車(chē)市場(chǎng)，集成電路(IC芯片)已經(jīng)連續(xù)5年進(jìn)口額超過(guò)2000億美元，尤其是2017年我國(guó)半導(dǎo)體芯片進(jìn)口花費(fèi)已經(jīng)接近原油進(jìn)口的兩倍。
國(guó)際上主流的芯片誕生場(chǎng)景是：在中國(guó)品牌的服務(wù)器上用著美國(guó)的eda軟件設(shè)計(jì)芯片，芯片中可能還用到了來(lái)自英國(guó)ARM公司的IP，然后到新加坡進(jìn)行芯片加工制造，在香港交貨以后，送到江蘇封裝測(cè)試。我國(guó)的大部分芯片也在類(lèi)似的流程里誕生。這次危機(jī)告訴我們，這樣的流程有多脆弱。上述環(huán)節(jié)，除了封裝尚能自足外，最頂尖的技術(shù)能力全部都被卡脖子。
我們具體看一下當(dāng)前我國(guó)在集成電路各個(gè)環(huán)節(jié)的情況：
IC設(shè)計(jì)：大陸地區(qū)在這個(gè)領(lǐng)域主要有以下企業(yè)：紫光集團(tuán)、華為海思、中興微電、匯頂科技、國(guó)科微、士蘭微、上海貝嶺和中電華大等。近幾年我國(guó)IC設(shè)計(jì)的成長(zhǎng)還是有目共睹的，受益于本土市場(chǎng)的催動(dòng)，2015 年我國(guó) IC 設(shè)計(jì)業(yè)實(shí)現(xiàn)了26.5%高速增長(zhǎng)，規(guī)模達(dá)到1325億元，且占我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的比重由2012年的28.8%提升至2015年的36.7%。2016年，我國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)繼續(xù)保持了24.10%的高速增長(zhǎng)，規(guī)模達(dá)到了1644.30億元。根據(jù)2017年的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)大陸地區(qū)IC設(shè)計(jì)業(yè)規(guī)模僅次于美國(guó)和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)。
封裝測(cè)試：這個(gè)領(lǐng)域大陸地區(qū)主要的企業(yè)有太極實(shí)業(yè)、華天科技、通富微電、晶方科技、蘇州固得這幾家，看著雖然企業(yè)數(shù)量不多，但是我國(guó)大陸地區(qū)在半導(dǎo)體封測(cè)上還是具有很強(qiáng)的實(shí)力的。在封裝領(lǐng)域，我國(guó)企業(yè)技術(shù)水平和世界一流水平已經(jīng)不存在代差，體量已經(jīng)進(jìn)入世界前三位，且發(fā)展速度顯著高于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。2012年，中國(guó)大陸地區(qū)集成電路封裝測(cè)試業(yè)的收入僅為805.68億元，2016年變?yōu)?523.2億元，是2012年的1.89倍。
晶圓制造：集成電路的三大環(huán)節(jié)，大陸地區(qū)在制造領(lǐng)域最弱小。在晶圓制造方面，大陸地區(qū)有中芯國(guó)際、華虹半導(dǎo)體、福建晉華和晶合科技等潛力股。雖然當(dāng)前大陸地區(qū)晶圓制造不強(qiáng)，但近年發(fā)展勢(shì)頭很猛。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2017到2020年全球計(jì)劃興建晶圓廠62座，其中26座將落戶(hù)中國(guó)，占比達(dá)到40%。
縱觀整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，還有一個(gè)領(lǐng)域我們不得不重視，那就是半導(dǎo)體設(shè)備，晶圓制造產(chǎn)業(yè)落后和設(shè)備落后有很大的關(guān)系。
中國(guó)真的沒(méi)有芯片技術(shù)嗎？答案是否定的。單純的計(jì)算速度，我們沒(méi)有問(wèn)題。畢竟在上一屆全球超算大賽中，自研申威處理器奪得第一也算出盡風(fēng)頭。上個(gè)月，中科院旗下的寒武紀(jì)科技公司發(fā)布了我國(guó)自主研發(fā)的Cambricon MLU100云端智能芯片，理論峰值速度達(dá)每秒128萬(wàn)億次定點(diǎn)運(yùn)算，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
問(wèn)題的關(guān)鍵在于，即便你有了芯片，即便你的芯片計(jì)算速度在實(shí)驗(yàn)室中比別人的還快。但是：
這個(gè)CPU在應(yīng)用場(chǎng)景中的算力如何？是不是大打折扣？你有了芯片，有系統(tǒng)嗎？有應(yīng)用嗎？有生態(tài)嗎？
主要原因如下：
一是，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺少技術(shù)儲(chǔ)備，國(guó)內(nèi)難以找到相關(guān)的高端技術(shù)人才來(lái)支持研發(fā)。根據(jù)中國(guó)工業(yè)和信息化部軟件與集成電路促進(jìn)中心發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)集成電路從業(yè)人員總數(shù)不足30萬(wàn)人，缺口40萬(wàn)人。
二是，摩爾定律表明，芯片產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代速度快，投資較高，回報(bào)較慢。一般企業(yè)很難有雄厚的資金和資源能力。
三是，技術(shù)門(mén)檻高。相比其他消費(fèi)類(lèi)電子芯片，汽車(chē)芯片對(duì)可靠性要求更高。一般消費(fèi)類(lèi)電子芯片工作溫度在零下20攝氏度~70攝氏度，而車(chē)載芯片的工作溫度必須滿(mǎn)足零下40攝氏度~85攝氏度，還要能經(jīng)受住冷熱沖擊、電磁兼容、抗干擾等壓力。這對(duì)汽車(chē)芯片供應(yīng)商形成了一定的技術(shù)門(mén)檻。
四是，行業(yè)協(xié)同機(jī)制的缺失。隨著高級(jí)汽車(chē)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、自動(dòng)駕駛、車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）、新能源汽車(chē)等新產(chǎn)品和新功能層出不窮，算法芯片、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、新型MEMS傳感器等技術(shù)飛速發(fā)展。此背景下，全球芯片企業(yè)整合并購(gòu)動(dòng)作頻繁，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重心向中國(guó)轉(zhuǎn)移。

顯卡芯片

截至2020年第四季度，在集成GPU領(lǐng)域中，Intel憑借穩(wěn)定的供應(yīng)鏈占據(jù)了69%的市場(chǎng)份額，AMD和NVIDIA分別以17%和15%的市場(chǎng)份額名列第二和第三；在獨(dú)立GPU領(lǐng)域中，NVIDIA 占據(jù)82%的市場(chǎng)份額擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，AMD以18%的市場(chǎng)份額排名第二。
 
對(duì)于國(guó)產(chǎn)GPU而言我們要追趕的正是國(guó)際巨頭，這其中有兩大方向，一是面向圖形處理的GPU芯片，廠商包括景嘉微、芯動(dòng)科技、兆芯等。另一類(lèi)是面向通用計(jì)算的GPGPU芯片，廠商包括天數(shù)智芯、壁仞科技等。此外，我們?cè)贕PU IP方面還有Imagination、芯原股份等公司。這些公司都在各環(huán)節(jié)推進(jìn)國(guó)產(chǎn)GPU向前發(fā)展。
 
圖形處理GPU
首先看圖形處理GPU，目前景嘉微最新一代GPU還未正式公布，不過(guò)消息稱(chēng)會(huì)是兩款JM9系列芯片，分別采用7nm和14nm制程，其中7nm芯片產(chǎn)品的性能將到達(dá)到英偉達(dá)中端GPU水平。
下圖比較的GTX1080，是英偉達(dá)在2016年發(fā)布的旗艦顯卡。采用帕斯卡（Pascal）、16nm FinFET制程，GeForce GTX1080擁有2560個(gè)CUDA處理器，核心頻率1607MHz，boost頻率1733MHz，等效顯存頻率10GHz。顯卡位寬為256bit，帶寬320GB/s。公版顯卡最高溫度94℃，采用單8pin供電，TDP180w。
 
兆芯作為國(guó)產(chǎn)X86架構(gòu)處理器廠商，同時(shí)掌握中央處理器、圖形處理器、芯片組三大核心技術(shù)，具備相關(guān)IP自主設(shè)計(jì)研發(fā)的能力。公開(kāi)報(bào)道稱(chēng)其獨(dú)立GPU將采用臺(tái)積電28nm制程。
 
芯動(dòng)科技的GPU芯片走得比較前沿，他們?cè)谌ツ?0月推出了采用 Imagination IMG B系列BXT高性能多核圖形處理器（GPU）IP的獨(dú)立GPU，這是一款高性能4K/8K圖形 PCI-E Gen4 GPU獨(dú)立顯卡芯片，將為未來(lái)5G云游戲和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用提供強(qiáng)大的支持。這款芯片的工藝應(yīng)該是7nm。
 
而芯動(dòng)科技也是對(duì)標(biāo)英偉達(dá)，芯動(dòng)科技高管表示，目前公司的GPU架構(gòu)比英偉達(dá)的圖靈架構(gòu)好，但相比其新推出的安培架構(gòu)還有一些差距。
 
我們國(guó)產(chǎn)圖形處理器GPU在桌面端隨著景嘉微的大規(guī)模出貨取得了進(jìn)展，在數(shù)據(jù)中心端芯動(dòng)科技的技術(shù)和產(chǎn)品也有能力沖擊這一類(lèi)市場(chǎng)。
 
通用計(jì)算GPU
 
再看通用計(jì)算GPGPU芯片，目前進(jìn)展比較快的當(dāng)屬天數(shù)智芯，今年3月，天數(shù)智芯發(fā)布全自研高性能云端7納米芯片BI及產(chǎn)品卡。BI是國(guó)內(nèi)第一款全自研、真正基于通用GPU架構(gòu)的GPGPU云端高端訓(xùn)練芯片，采用業(yè)界領(lǐng)先的7納米制造工藝、2.5D CoWoS封裝，容納240億晶體管，支持FP32、FP/BF16、INT32/16/8等多精度數(shù)據(jù)混合訓(xùn)練，集成32GB HBM2內(nèi)存、存儲(chǔ)帶寬達(dá)1.2TB，單芯每秒可進(jìn)行147萬(wàn)億次FP16計(jì)算（147TFLOPS@FP16）。
 
BI芯片及產(chǎn)品卡均以實(shí)體形式發(fā)布，即將進(jìn)入批量生產(chǎn)和商用交付，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和商業(yè)應(yīng)用進(jìn)度領(lǐng)先國(guó)內(nèi)同行1-2年時(shí)間。
 
天數(shù)智芯高管對(duì)電子發(fā)燒友網(wǎng)表示，近年興起的AI浪潮中，GPGPU對(duì)于用傳統(tǒng)語(yǔ)言編寫(xiě)的、軟件形式的計(jì)算有較好的支持，具有高度的靈活性等這些特點(diǎn)，使其成為了一項(xiàng)炙手可熱的技術(shù)產(chǎn)品。跟ASIC芯片相比，GPGPU具有更廣泛的適用性、兼容性、靈活性，對(duì)技術(shù)變化的包容和適應(yīng)能力更為突出，產(chǎn)品的應(yīng)用生命周期更長(zhǎng)。同時(shí)，通過(guò)性能挖掘優(yōu)化，達(dá)成性能、能耗和性?xún)r(jià)比的最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)跟ASIC芯片相當(dāng)?shù)乃懔湍芎乃健?br /> 
早前，天數(shù)智芯首席科學(xué)家鄭金山曾表示，“國(guó)際領(lǐng)先廠商GPU里是有圖形渲染的，在芯片上大約占30%，但是圖形渲染對(duì)于AI和數(shù)據(jù)中心完全沒(méi)有用。所以這一塊我們直接取消掉?！被蛟S這就是GPGPU在數(shù)據(jù)中心和AI市場(chǎng)的機(jī)會(huì)所在。
 
壁仞科技也是專(zhuān)注GPGPU芯片研發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)，成立于2019年，致力于開(kāi)發(fā)原創(chuàng)性的通用計(jì)算體系，建立高效的軟硬件平臺(tái)，同時(shí)在智能計(jì)算領(lǐng)域提供一體化的解決方案。從發(fā)展路徑上，壁仞科技將首先聚焦云端通用智能計(jì)算，逐步在人工智能訓(xùn)練和推理、圖形渲染等多個(gè)領(lǐng)域趕超現(xiàn)有解決方案，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)高端通用智能計(jì)算芯片的突破。短短兩年間已完成B輪融資，累計(jì)融資額超47億元人民幣。
 
業(yè)內(nèi)人士表示，GPU芯片的研發(fā)比一般芯片難度大，研發(fā)成本高，先進(jìn)工藝的芯片投片花費(fèi)巨大，少則幾億多則十億元以上，因此整個(gè)國(guó)產(chǎn)GPU芯片無(wú)論是融資還是投入都是相對(duì)較高的。從技術(shù)角度看，用于圖像渲染的GPU設(shè)計(jì)相對(duì)更加復(fù)雜，不僅是GPU架構(gòu)上，還在接口速率、帶寬、存儲(chǔ)以及先進(jìn)封裝如Chiplet等方面，考驗(yàn)芯片廠商的設(shè)計(jì)能力。而GPGPU針對(duì)AI訓(xùn)練或推理場(chǎng)景采用一定的算力和算法，能夠更有針對(duì)性地發(fā)展計(jì)算性能。

在GPU領(lǐng)域業(yè)界常說(shuō)，英偉達(dá)的成功并不僅是它的GPU芯片，更重要的是它的軟件生態(tài)，因?yàn)槠錁?gòu)建的強(qiáng)大生態(tài)，即便它的芯片或方案更貴，也仍然得到用戶(hù)的購(gòu)買(mǎi)。而這樣的生態(tài)體系，令許多GPU或AI芯片公司望塵莫及。當(dāng)然，在國(guó)內(nèi)我們的桌面處理器生態(tài)系統(tǒng)正在建設(shè)，廠商們主動(dòng)積極地將CPU、GPU與操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件進(jìn)行廣泛適配。另一個(gè)突圍的機(jī)會(huì)則是國(guó)產(chǎn)GPU芯片廠商與客戶(hù)充分溝通從定制功能、降低成本的角度切入到客戶(hù)的需求當(dāng)中。
 參考資料 《面對(duì)“囂張”的英特爾，我們真的無(wú)可奈何？》百度新聞《全球汽車(chē)“芯片荒” 中國(guó)目前還不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代》新浪財(cái)經(jīng)
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來(lái)源：東西智庫(kù)