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大时代背景下国产处理器芯片的发展机遇

发布时间:2019-06-12 04:43 来源:未知 编辑:admin

  5月30日,在中关村科技园区管理委员会、北京市海淀区人民政府、北京市发展和改革委员会、北京市经济和信息化局、北京市科学技术委员会共同主办的“中关村人工智能产业应用与发展论坛”(中国国际服务贸易交易会简称京交会的AI专场论坛)上,华夏芯(北京)通用处理器技术有限公司CEO李科奕先生发表了“大时代背景下国产处理器芯片的发展机遇”的主题演讲,与现场嘉宾交流国产处理器的现状及发展机遇。同时李科奕也简要介绍了华夏芯自主知识产权的Unity统一指令集架构和基于此架构的异构CPU、DSP及AI专用处理器系列,以及已经量产投片的多核异构北极星SoC芯片。北极星SoC芯片集成了华夏芯的4核动态超标量CPU和向量DSP处理单元,以及2核AI专用处理器。在第三方组织的实际评测中,CPU和DSP内核在28nm CMOS工艺上的工作主频达到2.0Ghz。以下内容未经演讲者本人校订,仅供参考。

  芯片是今天中国最热门的话题,随着国际环境的变化,芯片设计和自主创新的重要意义越来越凸显。但是,全球没有任何国家能够实现全部芯片的国产化。因此,中国发展芯片产业同样需要强调开放、继续保持国际合作,不可能、也没必要追求什么芯片都要国产化。

  在不同种类的芯片中,量大面广的处理器芯片被公认为半导体皇冠上的明珠。其中最为大家熟悉的处理器是被俗称为“大脑芯片”的中央处理器(CPU)和“图形芯片”的图形处理器(GPU),以及用于通讯、语音、图像处理等领域的数字信号处理器芯片(DSP)。

  根据海关的公开数据显示,2019年第一季度中国处理器及控制器进口金额为289.54亿美元,进口数量为235.67亿个;处理器及控制器出口金额为73.09亿美元,出口数量为172.96亿个。从进、出口的数据来看,我国处理器,特别是高端处理器芯片,仍然主要依赖进口。更为严重的是国产处理器(指令集、微架构、工具链等底层基础架构源自于国内企业自主研发)在市场中的份额基本可以忽略不计,这在一定程度上反映了底层基础架构的缺失制约了中国处理器行业的创新发展。

  过去三十年人类经历了数字化、互联网和移动互联网等信息技术变革,背后关键的推手就是以处理器为代表的计算技术的飞速进步。因此,即使是在芯片产业全球化的背景下,也需要认识到国产处理器的创新能力代表了一个国家对新一代信息技术的掌控能力。今天,当大数据、人工智能、5G浪潮席卷而来,新一轮计算革命已然到来,全球处理器行业正面临全新的挑战。

  在数字化、互联网和移动互联网的时代,主要的计算任务运行在CPU处理器上;而大数据、人工智能、5G时代,主要的计算任务运行在GPU、DSP、人工智能专用处理器以及形式多样的专用硬件加速器上。多种计算单元的混合、搭配、集成统称为异构计算。异构计算的发展由来已久,但新一代异构计算已经成为处理器芯片设计创新的主要热点之一,其特点是不同计算单元的软、硬件要素相互协同,形成一个统一的、高效的、简化的异构计算芯片设计和应用开发的平台。

  全球化是当今世界的必然趋势。全球异构计算需要中国市场的支持;同时,中国异构计算也需要与国际异构计算厂商共建开放、合作和共赢的新赛道。但是,如果中国异构计算与国外先进水平差距太大,也就没有与国外厂商公平合作的基础。

  需要指出的是,今天大家谈论得非常多的深度学习、神经网络等AI技术,需要根据不同的应用场景,与感知、数据采集、存储和传输、安全加密等技术结合起来,也就是需要将AI专用计算单元和其它处理器、加速器、存储器单元通过不同形式异构融合在一起,才能构成一个完整的产品。因此,如果没有处理器芯片,单靠深度学习的专用芯片是无法支撑中国人工智能产业的发展。

  发展国产处理器,一个绕不开的话题是生态。在CPU主宰计算的时代,PC和服务器处理器芯片巨头Intel公司的CPU+微软的Windows操作系统、手机处理器芯片巨头ARM公司的CPU+谷歌安卓(以及苹果iOS操作系统)形成了所谓的WinTel、AA生态,因为WinTel和AA提供了一个统一的、高效的、简化的软硬件开发平台。在WinTel和AA平台上,汇聚了众多厂商的应用开发,它们一起构成了良好的用户体验。从技术层面上来说,替换WinTel和AA完全可以做到,最大的挑战是用什么样的利益机制引导全球众多的应用开发厂商自愿把它们的软、硬件开发移植到新的处理器架构+操作系统平台上。过去这基本上是不可能完成的任务。

  但是,在人工智能为代表的新一波信息技术浪潮中,一切都变得可能了。首先,人工智能不再由CPU主导生态,也没有出现任何一种占主导地位的处理器架构+操作系统的平台,主流的生态尚在形成当中。其次,人工智能植根于日常生活与各行各业,大部分场景都是由单一的、或者最多有限的几个碎片化和定制化的应用组成。因此,并不需要一个像手机、PC一样汇集众多应用、全球通用的软、硬件开发平台,而且完全可能通过价格、性能、定制开发等机制引导应用开发厂商自愿把它们的软、硬件开发移植到新的处理器架构+操作系统平台上。再次,Intel、ARM等传统处理器厂商并没有提前预见和针对人工智能等应用进行布局并形成垄断,导致AI芯片赛道涌入了众多互联网厂商、终端设备厂商和算法厂商等新兴竞争者。现状是群雄并起、纵横捭阖,未来鹿死谁手还看不出来。

  因此,我们应当站在大时代的背景下思考,抓住发展国产处理器的重大机遇。今天是发展国产处理器的最好的时代,因为有了“备胎”转“正胎”的机会;但这也是最坏的时代,因为对手已经把眼光从CPU转向了新一代异构计算乃至“超异构”,而我们还在争论是利用国外Risc V还是MIPS开源指令集去设计国产CPU处理器。今天是一个需要自信的时刻,因为AI的飞速发展,让国产处理器厂商与国外老牌处理器厂商在AI新赛道、新生态的构建上站在了同一起跑线上;但也是许多人依然对国产处理器厂商疑虑重重的时刻,因为过去三十年我们负重前行,尚未成功。今天是黎明前的黑暗,因为我们不得不直面IP授权和合资不能取代自主创新这一事实;但是,正在发生的中国及全球芯片供应链的重构给国产处理器厂商带来了希望的光芒。今天的竞争是生态的竞争,我们既是无所不有,因为中国拥有全球最大的单一市场;我们又是一无所有,因为我们只能从零开始、历经艰难去努力构建一个开放的、与国际主流融合和共赢的繁荣生态。

  是看见才相信,还是相信才看见?要么奋力抓住三十年一遇的机会,为人类的计算革命做出来自中国企业的一份贡献;要么在前途未卜的崎岖山路上,不得不再等待下一个三十年!中国国产处理器厂商其实没有选择的余地。

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