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  • 二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    2018年以来,伴随着全球芯片产业链的不确定性增强,紧张局势加剧,CPU国产化成为了牵动中国社会的议题。

    经过艰辛探索,国产CPU逐渐形成了三种不同思路,侧重点各异的发展模式。有趣的是,高铁、北斗、5G,是这个时代中国科技最广为人知的创新突破。而国产CPU的三种模式,似乎也与这三者背后的发展思路一一对应。

    持续突围的国产CPU,2023年依旧走在“饱和式救援”的路上,走在科技自立自强的晨曦里。

    二十年,做自己的破壁人

    最近,《三体》的动画和剧集正在火热上映,我们又迎来了熟悉的那句“做自己的破壁人”。中国CPU的发展历程其实也是如此,在不同阶段,面对不同问题,国产CPU一次次地选择做当时困境的破壁人。

    二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    2014年,《国家集成电路产业发展推进纲要》发布,同年工信部方面宣布国家集成电路产业投资基金正式设立。这一阶段,国家大力推动半导体创新与创业,大批具有国际视野、先进技术的企业得到了发展机遇。

    2020年8月4日,国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》。《若干政策》强调,集成电路产业和软件产业是信息产业的核心,是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。《若干政策》中明确提出,中国芯片自给率要在2025年达到70%左右,而这一数字在2019年只有30%。

    就此,巨大的历史机遇和社会责任,摆在了中国芯片,尤其是国产CPU面前。时代大潮下,究竟如何发展国产CPU,有过无数争论。逐渐形成了三条常态化、被验证可持续的发展道路。

    高铁模式:先引进,再创新

    到2035年,中国高铁运营里程预计将要达到7万公里,堪称不折不扣的“中国奇迹”。高铁的发展模式,首先引进先进的铁路与机车技术,再结合中国自身需求与产业实践进行创新。高铁虽非中国首创,却在中国得到了良好发展与广泛应用,攻克了众多环境与运营难关,继而再将成果反向输送到世界。

    国产CPU发展的第一条路,就是类似高铁模式的“先引进,再创新”,通过获得先进的IP内核授权,指令集架构授权,进行自主的芯片设计、研发与制造。这种模式,主要以海光、华为、飞腾、兆芯等企业为代表,其中X86架构有兆芯、海光等企业,ARM架构则有华为、飞腾等。

    二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    这一模式的优点显而易见,相关产品可以兼容X86/ARM的主流生态,具有更高的市场竞争力,更加容易规模化量产,也更容易被业界所接受。对于相关客户来说,使用类似产品既可以在相当程度上确保自主可控,同时迁移成本较低,对此前的IT投资兼容度更高。更为重要的是,用户可以获得广泛的软硬件生态支持,获得较为开放的选择权。在科研、金融、软件开发等产业中,兼容国际主流生态依旧是现阶段不可规避的价值需求。

    对于硬件企业来说,这种“引进—吸收—再创新”的方式可以确保高起点、低成本与较快形成规模化市场。华为、飞腾基于ARM V8架构,兆芯、海光基于X86架构为基础开发的CPU产品,推出后均获得了良好市场。高速增长的市场背后,可以看出信创市场对“高铁模式”的认可与支持,其中华为、飞腾基于ARM开放架构,生态伙伴众多。

    大众对“高铁模式”的担忧,是怕企业止步于“引进”,忽视了消化吸收和再创新的必要性,如果停留在“引进”,一旦国外指令集更新,很容易造成优势难以为继,在知识产权方面处于被动。逐步在发展中形成自己的技术创新能力与产业发展思路,才是CPU国产化的正道。

    北斗模式:牙缝里挤出的自主可控

    2020年6月23日,随着西昌卫星发射中心将一枚“长三乙”运载火箭发射升空,北斗卫星导航系统的第55颗卫星成功进入轨道,这标志着北斗三号最后一颗全球组网卫星就位,北斗三号部署比原计划提前半年顺利完成。

    北斗的发展模式,是以中国技术、中国工程为底色。国产CPU中,这一模式目前以申威、龙芯等企业为代表,基于申威芯片的“太湖之光”,屡次在国际大赛上拔得头筹。龙芯,也在政、军市场上获得了不错的业绩。

    “北斗模式”的优点显而易见的,完全独立自主的技术体系,以及打造独立的产业生态,适合对自主程度有着高要求、对信息安全更为敏感的行业与领域。比如在军工、航天等领域,“北斗模式”的自主CPU可以带来不可替代的价值。

    二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    但这一发展模式的问题也相对明显。一方面供应链上需要从基础技术到最终商业化都自己来实现,从而产生巨大的发展成本。另一方面,由于生态比较小众、封闭,因此最终带给用户的软硬件选择空间也很狭窄,很难获得市场化程度较高。

    倪光南院士就曾经提出依托本国架构“单打独斗”模式发展出来的国产CPU,与主流CPU生态的巨大差距,不可能凭主观愿望在短时期内改变的观点。

    同时,究竟能否完全实现指令集自研,也是一个问题。2021年6月芯联芯发布官方声明书,称对龙芯中科启动法律仲裁程序。事件的起因在于龙芯对MIPS的IP授权合同未能履约,如果一旦相关争议扩大,构成法律层面的问题,对于最终用户与上下游产业也构成了新的风险。

    无论如何,更加独立、彻底的自主可控,确实在产业发展中占据了一席之地,在舆论士气与特定行业扮演了重要角色。面向未来,这种模式虽然难以壮大,但依旧不可或缺。

    5G模式:参与生态,寻觅机遇

    根据工业和信息化部发布的数据显示,2022年中国累计建成开通5G基站超过230万个,5G网络规模与终端用户规模全球第一。移动通信网络的壮大发展,让全球看到了中国数字化技术的硬实力。

    移动网络的发展模式与高铁、北斗不同,中国科技在这一过程中,更多是躬身入局,参与到全球移动网络生态与标准的建设中。通过成为生态的一份子,贡献自己的力量,逐步占据了更为重要的地位,乃至引领全球创新。

    二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    在CPU发展历史上,出现了x86和ARM两大生态体系。而在今天,CPU生态第三极正在浮出水面——这就是RISC-V。

    今天,中国越来越多的企业开始选择开放指令集RISC-V,参与RISC-V全球生态建设,通过融入国际生态、兼容国际标准来变道竞争。这种“5G模式”的优点同样明显,它可以帮助企业越过自主开发指令集的难关,快速进入芯片产业,同时也与国际实现了接轨。另一方面,其开源架构更加利于全球化发展,受到非技术因素影响较小。

    在2022年,腾讯也宣布加入开源指令集标准RISC-V国际协会(RISC-V International)。此前,华为、阿里巴巴、紫光展锐、中兴通讯、赛昉科技、中科院等企业和机构都已加入这一组织,中国科技对RISC-V的贡献和重要性正在与日俱增。

    但这种CPU发展模式的弱点也依旧存在,那就是RISC-V目前还处在较为稚嫩的发展阶段,距离CPU第三极的生态发展目标还有很长一段路要走。目前阶段,中国有大约50款基于RISC-V的量产芯片,但大多集中在物联网、无线、电源管理等相对低端化的场景,在CPU领域鲜少见到国产芯片崭露头角。

    基于RISC-V打造CPU,最大问题在于量产化所需的软件生态与高性能场景适配都还不成熟。在CPU所代表的高性能场景中,软件需求非常庞大,CPU需要与RISC-V底层框架、操作系统、中间件、关键库、应用软件进行全栈适配,而这意味着繁多的技术挑战与庞大的工作量,并不是一家公司所能完成。因此,基于RISC-V打造CPU,还需要芯片厂商、ISV与开源社区等角色的共同努力,甚至社会各界的共同推动。

    结束语:不确定时代的“饱和救援”

    关于中国芯片,我们总是有太多话要说。在网络上,我们也总是能看到国产CPU发展模式孰高孰低,孰优孰劣的争论。事实上,这三种模式并不是谁更高明,谁会取代谁的关系。

    二十年,三条路:国产CPU的“饱和式救援”

    而是侧重点不同,呼应需求不同,必然会产生的模式多样化与共存关系。不同模式之间各有所长,也需要彼此竞争,需要不断调整和重新匹配关系。比如有的产业更偏重信息安全,供应链可控,绝大部分信创市场,依旧需要以性能和应用场景为主要导向。对于国产CPU整体而言,是否能够破圈突破信创市场的局限,或者说让大众市场同样成为信创市场,才是在2025年国产芯片占比70%这一大目标下,需要不断努力的方向。

    CPU国产化,需要百花齐放,需要齐头并进,饱和式救援。

    在全球经济局势与芯片供应链的不确定时代,饱和救援将是我们的新常态,也是中国芯片崛起的必由之路。

    天津
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