大時代背景下國產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機遇

5月30日，在中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會、北京市海淀區(qū)人民政府、北京市發(fā)展和改革委員會、北京市經(jīng)濟和信息化局、北京市科學(xué)技術(shù)委員會共同主辦的“中關(guān)村人工智能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與發(fā)展論壇”（中國國際服務(wù)貿(mào)易交易會—簡稱京交會的AI專場論壇）上，華夏芯（北京）通用處理器技術(shù)有限公司CEO李科奕先生發(fā)表了“大時代背景下國產(chǎn)處理器芯片的發(fā)展機遇”的主題演講，與現(xiàn)場嘉賓交流國產(chǎn)處理器的現(xiàn)狀及發(fā)展機遇。同時李科奕也簡要介紹了華夏芯自主知識產(chǎn)權(quán)的Unity統(tǒng)一指令集架構(gòu)和基于此架構(gòu)的異構(gòu)CPU、DSP及AI專用處理器系列，以及已經(jīng)量產(chǎn)投片的多核異構(gòu)北極星SoC芯片。北極星SoC芯片集成了華夏芯的4核動態(tài)超標(biāo)量CPU和向量DSP處理單元，以及2核AI專用處理器。在第三方組織的實際評測中，CPU和DSP內(nèi)核在28nm CMOS工藝上的工作主頻達到2.0Ghz。以下內(nèi)容未經(jīng)演講者本人校訂，僅供參考。

芯片是今天中國最熱門的話題，隨著國際環(huán)境的變化，芯片設(shè)計和自主創(chuàng)新的重要意義越來越凸顯。但是，全球沒有任何國家能夠?qū)崿F(xiàn)全部芯片的國產(chǎn)化。因此，中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣需要強調(diào)開放、繼續(xù)保持國際合作，不可能、也沒必要追求什么芯片都要國產(chǎn)化。

在不同種類的芯片中，量大面廣的處理器芯片被公認(rèn)為半導(dǎo)體皇冠上的明珠。其中最為大家熟悉的處理器是被俗稱為“大腦芯片”的中央處理器（CPU）和“圖形芯片”的圖形處理器（GPU），以及用于通訊、語音、圖像處理等領(lǐng)域的數(shù)字信號處理器芯片（DSP）。

根據(jù)海關(guān)的公開數(shù)據(jù)顯示，2019年第一季度中國處理器及控制器進口金額為289.54億美元，進口數(shù)量為235.67億個；處理器及控制器出口金額為73.09億美元，出口數(shù)量為172.96億個。從進、出口的數(shù)據(jù)來看，我國處理器，特別是高端處理器芯片，仍然主要依賴進口。更為嚴(yán)重的是國產(chǎn)處理器（指令集、微架構(gòu)、工具鏈等底層基礎(chǔ)架構(gòu)源自于國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)）在市場中的份額基本可以忽略不計，這在一定程度上反映了底層基礎(chǔ)架構(gòu)的缺失制約了中國處理器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

過去三十年人類經(jīng)歷了數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)變革，背后關(guān)鍵的推手就是以處理器為代表的計算技術(shù)的飛速進步。因此，即使是在芯片產(chǎn)業(yè)全球化的背景下，也需要認(rèn)識到國產(chǎn)處理器的創(chuàng)新能力代表了一個國家對新一代信息技術(shù)的掌控能力。今天，當(dāng)大數(shù)據(jù)、人工智能、5G浪潮席卷而來，新一輪計算革命已然到來，全球處理器行業(yè)正面臨全新的挑戰(zhàn)。

在數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的時代，主要的計算任務(wù)運行在CPU處理器上；而大數(shù)據(jù)、人工智能、5G時代，主要的計算任務(wù)運行在GPU、DSP、人工智能專用處理器以及形式多樣的專用硬件加速器上。多種計算單元的混合、搭配、集成統(tǒng)稱為異構(gòu)計算。異構(gòu)計算的發(fā)展由來已久，但新一代異構(gòu)計算已經(jīng)成為處理器芯片設(shè)計創(chuàng)新的主要熱點之一，其特點是不同計算單元的軟、硬件要素相互協(xié)同，形成一個統(tǒng)一的、高效的、簡化的異構(gòu)計算芯片設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)的平臺。

全球化是當(dāng)今世界的必然趨勢。全球異構(gòu)計算需要中國市場的支持；同時，中國異構(gòu)計算也需要與國際異構(gòu)計算廠商共建開放、合作和共贏的新賽道。但是，如果中國異構(gòu)計算與國外先進水平差距太大，也就沒有與國外廠商公平合作的基礎(chǔ)。

需要指出的是，今天大家談?wù)摰梅浅６嗟纳疃葘W(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等AI技術(shù)，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景，與感知、數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸、安全加密等技術(shù)結(jié)合起來，也就是需要將AI專用計算單元和其它處理器、加速器、存儲器單元通過不同形式異構(gòu)融合在一起，才能構(gòu)成一個完整的產(chǎn)品。因此，如果沒有處理器芯片，單靠深度學(xué)習(xí)的專用芯片是無法支撐中國人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)展國產(chǎn)處理器，一個繞不開的話題是生態(tài)。在CPU主宰計算的時代，PC和服務(wù)器處理器芯片巨頭Intel公司的CPU+微軟的Windows操作系統(tǒng)、手機處理器芯片巨頭ARM公司的CPU+谷歌安卓（以及蘋果iOS操作系統(tǒng)）形成了所謂的WinTel、AA生態(tài)，因為WinTel和AA提供了一個統(tǒng)一的、高效的、簡化的軟硬件開發(fā)平臺。在WinTel和AA平臺上，匯聚了眾多廠商的應(yīng)用開發(fā)，它們一起構(gòu)成了良好的用戶體驗。從技術(shù)層面上來說，替換WinTel和AA完全可以做到，最大的挑戰(zhàn)是用什么樣的利益機制引導(dǎo)全球眾多的應(yīng)用開發(fā)廠商自愿把它們的軟、硬件開發(fā)移植到新的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)平臺上。過去這基本上是不可能完成的任務(wù)。

但是，在人工智能為代表的新一波信息技術(shù)浪潮中，一切都變得可能了。首先，人工智能不再由CPU主導(dǎo)生態(tài)，也沒有出現(xiàn)任何一種占主導(dǎo)地位的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)的平臺，主流的生態(tài)尚在形成當(dāng)中。其次，人工智能植根于日常生活與各行各業(yè)，大部分場景都是由單一的、或者最多有限的幾個碎片化和定制化的應(yīng)用組成。因此，并不需要一個像手機、PC一樣匯集眾多應(yīng)用、全球通用的軟、硬件開發(fā)平臺，而且完全可能通過價格、性能、定制開發(fā)等機制引導(dǎo)應(yīng)用開發(fā)廠商自愿把它們的軟、硬件開發(fā)移植到新的處理器架構(gòu)+操作系統(tǒng)平臺上。再次，Intel、ARM等傳統(tǒng)處理器廠商并沒有提前預(yù)見和針對人工智能等應(yīng)用進行布局并形成壟斷，導(dǎo)致AI芯片賽道涌入了眾多互聯(lián)網(wǎng)廠商、終端設(shè)備廠商和算法廠商等新興競爭者?，F(xiàn)狀是群雄并起、縱橫捭闔，未來鹿死誰手還看不出來。

因此，我們應(yīng)當(dāng)站在大時代的背景下思考，抓住發(fā)展國產(chǎn)處理器的重大機遇。今天是發(fā)展國產(chǎn)處理器的最好的時代，因為有了“備胎”轉(zhuǎn)“正胎”的機會；但這也是最壞的時代，因為對手已經(jīng)把眼光從CPU轉(zhuǎn)向了新一代異構(gòu)計算乃至“超異構(gòu)”，而我們還在爭論是利用國外Risc V還是MIPS開源指令集去設(shè)計國產(chǎn)CPU處理器。今天是一個需要自信的時刻，因為AI的飛速發(fā)展，讓國產(chǎn)處理器廠商與國外老牌處理器廠商在AI新賽道、新生態(tài)的構(gòu)建上站在了同一起跑線上；但也是許多人依然對國產(chǎn)處理器廠商疑慮重重的時刻，因為過去三十年我們負(fù)重前行，尚未成功。今天是黎明前的黑暗，因為我們不得不直面IP授權(quán)和合資不能取代自主創(chuàng)新這一事實；但是，正在發(fā)生的中國及全球芯片供應(yīng)鏈的重構(gòu)給國產(chǎn)處理器廠商帶來了希望的光芒。今天的競爭是生態(tài)的競爭，我們既是無所不有，因為中國擁有全球最大的單一市場；我們又是一無所有，因為我們只能從零開始、歷經(jīng)艱難去努力構(gòu)建一個開放的、與國際主流融合和共贏的繁榮生態(tài)。

是看見才相信，還是相信才看見？要么奮力抓住三十年一遇的機會，為人類的計算革命做出來自中國企業(yè)的一份貢獻；要么在前途未卜的崎嶇山路上，不得不再等待下一個三十年！中國國產(chǎn)處理器廠商其實沒有選擇的余地。