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中国自主处理器暗流涌动:我们有龙芯、飞腾...

人生能绕几个圈
 人生能绕几个圈
发布于 2015/10/27 15:46
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近年来,在核高基项目补贴和国家级集成电路产业投资基金的扶持下,国内从事高性能CPU设计的单位或公司数量也不断壮大,这当中有像龙芯、飞腾、申 威这样 拥有深厚技术底蕴的老牌IC设计单位,也有像宏芯、兆芯这样新秀;既有展讯这样的国有控股公司,也有海思这样的非国有制企业。

有人评价这是“百家争鸣、百花齐放”,也有人评价这是“重复建设、互相倾轧”。事实上,在眼花缭乱的设计单位和公司中,根据自主可控程度高低和市场化运营的难易,可以分为三种难度模式:

一种走独立自主路线,构建自己技术体系的Hard模式,其代表是龙芯、申威;

另一种是自己设计微结构,保障芯片安全可控,但依附于Wintel或AA体系,兼容其软件生态的Normal模式,其代表是飞腾、君正、众志;

最后一种是和大陆外厂商合作、合资,或者在软件和硬件方面完全依附于AA体系的Simple模式,前者的代表是兆芯、宏芯,后者的代表是海思、展讯。下面,我们就从三种难度模式的发展路线盘点国产CPU的技术路线和市场前景。

一、Hard模式发展路线

独立自主发展路线顾名思义在知识产权、发展路线选择权方面是完全由自己说了算,走自主路线有以下几个特点:

1、拥有自主发展权。拥有自己的指令集,可以自主扩展指令集,在发展方向上可以自主选择。例如龙芯就在获得Mips永 久授权的同时,自行扩展了148条loongEXT、5条loongVM指令、213条loongBT、1014条loongSIMD,将Mips原本的 527条指令,扩展为1907条,发展成为龙芯自己的loongISA,申威对Alpha的指令集也进行了很大程度的扩展。

二是安全可控。自主构建技术体系,可以实现从软件和硬件上同时实现安全可控。例如,龙芯正在以“loongISA+LCC+GS464E等自主研发的微结构+社区操作系统loongnix+软件生态+产业联盟”为基础,力争打造自己的体系,由于软件和硬件皆自己搭建,因而安全性较高。

申威也在积极构建自己的软硬件体系,开发了自己的神威睿智编译器,研发了基于Linux的神威睿思操作系统,加上超算领域不像PC领域那样存在软件 生态的掣肘,申威构建自主技术体系的道路可谓一片坦途——于2012年9月投入使用的神威蓝光超算使用了8704片申威1600,搭载神威睿思操作系统, 实现了软件和硬件全部国产化。

中国自主处理器暗流涌动:我们有龙芯、飞腾...

举例来说,龙芯构建了一个涵盖两三百家企业,上万名技术人员的产业联盟。因为拥有自主知识产权,可以实现所有利润都留在龙芯构建的产业联盟内,国外 厂商除非加入龙芯的产业联盟,给龙芯当马仔,否则无法分走一分一毫利润。申威因专注超算领域,产业联盟比较封闭,目前除神威超算的液冷系统从国外采购外, 其余大多实现国产化。

Hard模式之下也有两个不利因素:

1、技术门槛高,产业化难度大。设计单位要独立完成指令集扩展、微结构设计、编译器研发、软件生态搭建等工作,还要吸引足够多、足够强的合作伙伴加盟,建立产业联盟。

2、不利于市场化运营。目前,PC领域是Wintel体系的天下,而移动端芯片是AA体系的天下,服务器方面中低端市场基本被X86芯片占领,而高端服务器则是IBM的传统市场。构建自己的体系必然无法兼容国外Wintel体系和AA体系,不利于市场化运营。

二、Normal模式发展路线

Normal模式发展路线是指设计单位购买国外指令集授权,自主设计微结构,但依附于Wintel或AA体系,兼容其软件生态的发展路线。典型代表:飞腾(ARM)、君正、众志。

Normal模式有以下两个特点:

1、购买国外指令集授权。举例来说,飞腾购买了ARM V8指令集授权,君正购买了MIPS授权,北大众志则获得了X86授权(龙芯课题组成立后,AMD主动找上门给的。至于其中的原因,你懂得)。

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2、自主设计微结构和CPU,从硬件上来保障硬件安全可控

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举例来说,飞腾设计了“小米”,并有“火星”和“地球”两款产品;君正设计了XBurst0、XBurst1 、XBurst2,并有Z系列、X系列、M系列三条产品线;北大众志自主设计了UniCore-1、UniCore-2,以及众志-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,实现将CPU、GPU、DSP,北桥与南桥芯片组集成为单一芯片,最大程度地规避了大批量整机生产中的国外配套芯片断货和停产风险。

举例来说,“火星”和“地球”能流畅运行安卓及其应用程序;君正则是因为大量应用软件都是针对ARM写的,导致君正无法运行这些应用软件,针对这个问题,君正正在开发的MC转码,能在部分程度上改善兼容性的问题。

另外,君正的智能手表inWatch T搭载了TencentOS;北大众志则是能完全兼容Window98、WindowXP、Window7等操作系统。

虽然Normal模式下,设计单位无法自主扩展指令集,技术发展只能按照外商划定的路线图亦步亦趋,无法自主选择发展方向。而且无论是授权到期还是指令集更新,都要再次购买指令集授权,始终是受制于人,沦为高级打工仔。但在没有自己的体系可以依托或没有资本和技术自建体系的情况下,依附于国外体系,是独立自主发展向市场化运营妥协的无奈选择。利弊相伴、祸福相依。Normal模式也能带来以下优势:

1、研发的技术门槛、时间成本和资金成本大幅降低

例如飞腾和君正就不需要自己扩展指令集,不需要开发自己的编译器,更不需要构建软件生态和产业联盟,只需要设计“小米”、XBurst和UniCore-2等微结构以及“火星”、M150、M200、X1000、PKUnity86-3即可。

2、有利于市场化运营

在依附于国外体系后,可以兼容其已经发展得很成熟且丰富的软件生态,不会遭遇Hard模式下的软件生态瓶颈。这对于飞腾、君正和众志市场化运营来说是一大利好。

3、Simple模式发展路线

Simple模式有两种情况:一种是和大陆外厂商合作、合资另一种是软件和硬件方面完全依附于AA体系。前者的代表是兆芯、宏芯,后者的代表是海思、展讯

对于像兆芯、宏芯这样和国外厂商合资或者合作的企业来说,优势是显而易见的,大树底下好乘凉——兆芯可以得到Wintel体系的庇护,而宏芯能够得 到IBM的技术支持。当然,代价同样巨大。从此往后,兆芯沦为Wintel体系的马仔,宏芯也被IBM绑在了OPENPOWER的战车上,永远的失去了像 龙芯、申威那样自主发展的可能性。

而且,在引进技术中,往往有这样一个过程,先贴牌,后仿制,再修改原始设计,最后在将引进的技术融会贯通后自主创新。因此,宏芯今年发布的CP1,其实就是IBM的Power8的马甲,兆芯目前唯一一款桌面芯片ZX-A就是VIA Nano的马甲。

按照兆芯和宏芯公布的PPT,要走完贴牌、仿制、修改、自主创新这个过程基本要到2018年左右的ZX-E和CP3。在此之前的产品,基本上谈不上自主知识产权,就更谈不上安全可控。

另外,对兆芯和宏芯来说,还存在另一些风险:

对于宏芯而言,IBM对宏芯的技术扶持是受限制的!POWER 8最有价值的浮点运算方面的技术是不对宏芯开放的。另外,IBM将技术转让给宏芯的意图是扶持一个打工仔,做四核或八核处理器去和Intel抢市场。如果宏芯想用IBM的技术自己设计微结构,做高端服务器的CPU和IBM竞争,那么宏芯将无法得到IBM的技术支持。对于兆芯而言,风险就更大。

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图表为1G主频下SPEC2000测试分数,各款CPU的编译环境未说明,仅供参考

台湾VIA的X86专利来自收购的Cyrix公司,虽然获得了部分X86专利的使用权,但VIA在技术积累方面缺乏底蕴,在遭受Intel专利大棒的袭击下,VIA的X86芯片销声匿迹。

虽然在英特尔与美国联邦贸易委员会(FTC)达成协议后,英特尔需向威盛提供x86授权协议延长至2018年4月——在2018年4月前,VIA与Intel将可相互使用对方的专利,但2018年4月之后,VIA就不能再使用Intel的新专利(旧专利能继续使用)。

那么,到了2018年后,兆芯若不用Intel的新专利技术,那么很有可能在性能方面被Intel越拉越远,若是使用Intel的新专利,那么就很有可能被Intel专利大棒打的半身不遂,重蹈VIA当年的悲剧。

另外,兆芯技术起点很低。Cyrix公司早在2000年就有大批技术骨干人才流失,VIA的X86芯片在09年左右技术发展就基本停滞了,VIA官 网上更是万年不更新,目前最好的产品是VIA Nano,但其性能实在是惨目忍睹,不要说和Intel的haswel比较,就是和龙芯GS464E相比都有很大的差距。

不过VIA最新的 QuadCore E C4650有一定进步,在制程工艺和主频方面比Nano有一定提升,但根据官网资料,微结构依旧是以赛亚的小改版本,单线程能力还是相对较弱。另外,不知 道VIA是否将QuadCore E C4650转移给兆芯, QuadCore E C4650是否就是兆芯的ZX-C。

对于像海思、展讯这样的公司来说。依附于AA体系下,有利于商业运营,能赚快钱,但在购买ARM微结构,集成自己的SOC的过程中,ARM微结构授权费和每生产一枚芯片的专利费犹如ARM税在吸血,榨取了IC设计公司的利润。

海思和展讯的日子过得蛮滋润,原因在于海思是华为子公司,麒麟芯片自产自销不愁卖,定价上不受市场影响,华为内部说了算,而且华为产品的高溢价可以为海思留出充足的利润空间。

展讯在被紫光收购后,Intel又以15亿美元入股展讯获得2成股权,另外国家集成电路大基金给予紫光400亿资金。在紫光和Intel的输血下, 展讯自然是能够纵横捭阖。而那些不能“拼爹”,或者虽然有个爹,但爹不是李刚的ARM阵营厂商,比如联芯、炬力、新岸线、全志、瑞芯微等就没这么幸运了。

另外,因为大家都是购买ARM的微结构,带来了产品高度同质化、缺乏核心技术、利润普遍偏低、市场竞争激烈、生存压力大、产品存在安全风险等问题。

四、选择一个发展方向,集中攻坚是否可行?

目前,如果算上被飞腾终止开发的SPARC,在国内可谓集齐了X86、ARM、MIPS、Alhpa、POWER、SPARC六大阵营,而且还各搞一套软件生态和产业联盟,说是重复建设、互相倾轧也不无道理。

那么,国家是否能够出面协调,选择1-2个主攻方向,实现集中力量,重点攻坚吗?难!

除了部门利益难以调和外,彼此之间发展路线的不认同也是重要因素——在龙芯、申威看来,选择Normal模式、Simple模式,永远受制于人,无法形成自己的软件生态,也无法自主选择发展方向,永远不能实现独立自主。

对于龙芯和申威来说,一个拥有国内最强微结构,另一个拥有国内最好的高性能众核CPU,经过十多年的技术积累,龙芯和申威已经有了自己的指令集、编译器,和颇具雏形的软件生态与产业联盟,要他们放弃现有的技术积累,转投X86、ARM阵营显然是不可能的

而在兆芯、海思等看来,选择Hard模式不仅技术门槛高,市场化运营更是难以上青天,是土八路斗美械师,自寻死路。在可以依附于Wintel体系和AA体系的大树下乘凉之时,根本不可能选择Hard模式。

另外,Hard模式成功了固然好,无论是信息安全方面还是商业利益上都是无与伦比的,但风险异常巨大,失败了就是血本无归。而Normal模式、 Simple模式虽然在信息安全还是商业利益方面的收益不能和Hard模式比,但风险较低,是在国内半导体产业总体落后西方的情况下,向现实妥协后的无奈 选择。

因此,国家决策层想必也是难以抉择,于是来个“八仙过海各显神通”,把能走的路都走一遍,总有个把能成。但以中国在IC设计方面的人才积累和资金投入,我们真的有这个资本和时间去挥霍么?

五、为什么国家对各家IC设计公司扶持差异巨大

盘点各家公司获得国家资金扶持情况:

2014年紫光(控股展讯)获得国家集成电路大基金400亿元人民币。

宏芯成立时获6亿注册资本,从2014年成立至今,获得补助不少于20亿元人民币。

兆芯成立时上海市政府出资12亿元,从2013年成立至今,获得补助不少于70亿元人民币。

龙芯自2001年成立以来,从国家863计划、核高基专项中累计获得项目经费5亿人民币。龙芯中科公司成立后,获得北京市政府2亿人民币的股权投资。2010年后未获得国家项目资金扶持。

飞腾、申威因是军方项目,并没有数据。

在中国的国情下,获得国家补助并不依靠各家的技术水平、技术成果、技术路线(技术水平最好,也是技术成果最丰富的龙芯、申威、飞腾,显然不如兆芯、展讯受国家重视),而是取决于各家单位的公关能力和国际巨头的在华影响力。

六、结语

五大阵营互相倾轧,一方面是重复建设、资源浪费,同时也带来了激烈的竞争,相信在激烈的市场竞争和优胜劣汰下,中国芯能浴火重生,在国际芯片市场占据一席之地。

本文转载自:http://news.mydrivers.com/1/452/452759.htm

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