芯片設計中的IP核(IP)通常指應用在系統(tǒng)芯片(SoC)中且具有特定功能的可復用的電路模塊,具有標準性和可復用性。而處理器IP及與之密切相關的處理器指令集架構(gòu)(ISA)是整個集成電路產(chǎn)業(yè)上游最重要的核心部件,也是最為關鍵的底層技術。
長期以來,我國集成電路產(chǎn)業(yè)普遍注重應用層面SoC的開發(fā),在底層技術上投入有限。雖然國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)得益于國內(nèi)市場的迅速膨脹而積累了大量的發(fā)展資金,但在核心技術鏈、關鍵供應鏈上仍然存在不少斷點,忽視底層技術特別是以處理器IP為代表的關鍵核心環(huán)節(jié),將有可能制約產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
處理器IP發(fā)展的問題和機遇
IPnest數(shù)據(jù)顯示,2019年全球半導體IP市場總價值約為39.4億美元,其中處理器IP在整個IP市場中所占比例超過57%。中國IP市場約占全球的13%,而處理器IP的本土化率幾乎為零,近3億美元的國內(nèi)處理器IP市場被國外公司占有。
處理器IP與指令集架構(gòu)密切相關,我國由于歷史發(fā)展因素的積累,形成了處理器領域的分散布局,在處理器指令集上多維出擊。目前,國內(nèi)已經(jīng)集齊了x86、Arm、POWER、MIPS等不同架構(gòu),分散程度非常高,嚴重制約了產(chǎn)業(yè)的合力發(fā)展以及軟生態(tài)的標準化建設。
x86與Arm逐漸成為PC與移動領域的事實標準,生態(tài)壁壘高筑。其中Arm公司更是占據(jù)全球物聯(lián)網(wǎng)及移動端處理器的過半市場,國內(nèi)集成電路設計公司對Arm架構(gòu)的依賴集中度超越了其他IP。在不確定的國際形勢下,伴隨著Arm的變動,基于處理器IP的生態(tài)安全越發(fā)凸顯。
近幾年,國際上掀起了一股以RISC-V為代表的開放架構(gòu)指令集熱潮,在世界范圍內(nèi)以一種領域標準的形式,推出了產(chǎn)學研用各方共同推進的處理器指令集架構(gòu)標準,為處理器領域的技術創(chuàng)新帶來了一個前所未有的良機。
處理器IP是構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈自主可控生態(tài)的關鍵
優(yōu)先布局核心的處理器IP是產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的前提。一方面處理器IP位于集成電路價值鏈的最高端,是整個集成電路設計行業(yè)最為依賴的共性IP,對SoC的設計規(guī)劃以及接口IP的互聯(lián)起到?jīng)Q定性作用。另一方面芯片應用層的軟生態(tài)與處理器IP密切相關,從產(chǎn)品功能定義階段處理器IP的選擇就被提上至關重要的位置。
經(jīng)過幾十年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國在處理器領域人才培養(yǎng)上已經(jīng)初具規(guī)模,形成了一批能夠根據(jù)指令集架構(gòu)標準進行微架構(gòu)研發(fā)的團隊與軟生態(tài)研發(fā)團隊。基于開放架構(gòu)的指令集標準,為優(yōu)秀的團隊提供了打造本土產(chǎn)品的良機,伴隨著國內(nèi)AIoT市場的蓬勃發(fā)展,為產(chǎn)業(yè)提供了從硬到軟各個層次自主可控生態(tài)打造的應用基礎。
產(chǎn)業(yè)鏈本土生態(tài)的關鍵由三個因素組成——指令集的發(fā)展權(quán)、研制團隊的本土化以及微架構(gòu)的自主開發(fā)。
雖然指令集并非復雜的黑科技,但指令集的真正價值在于圍繞其建設的軟件生態(tài)和指令集的發(fā)展權(quán),擁有可持續(xù)自主發(fā)展的指令集是處理器本土的基礎;本土的處理器IP將大量應用在與國民經(jīng)濟和國防安全相關的核心信息設備上,對國家安全及經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義,事關國家安全的重要企業(yè),必須牢牢掌握在自己人手中,決不能被外資控制;處理器IP核源代碼是否自己編寫,是判別一個處理器團隊是否具備設計CPU能力的關鍵。只有具備以上三點,我們才能牢牢地把控基于處理器IP的產(chǎn)業(yè)鏈本土生態(tài)。
建議加快打造以處理器IP為核心的共性技術平臺
國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)以及信息與通信技術ICT產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié),應抓住開放架構(gòu)指令集生態(tài)帶來的本土的處理器IP共性技術平臺建設良機,從應用需求入手,徹底解決處理器領域“穿馬甲”問題。
建議國家從整體布局和頂層設計上,繼續(xù)加強政策支持和執(zhí)行力度,有步驟、分階段地落實本土事業(yè)推進,從特殊專用市場到大眾市場進行應用實施,逐步打造開放架構(gòu)處理器IP共性技術平臺,基于以上分析,我們提出如下建議:
第一,標準跟隨。由于RISC-V是目前唯一可能成為國際標準的處理器架構(gòu),因此應鼓勵國家級研究機構(gòu)、標準制定機構(gòu),協(xié)同國內(nèi)龍頭企業(yè)積極引導國際標準的發(fā)展方向。
第二,研發(fā)突破。重視知識產(chǎn)權(quán)布局,重視自主研發(fā),避免在新生態(tài)形成后缺失關鍵技術與關鍵專利,布局標準必要的專利,協(xié)同重點企業(yè)打通關鍵技術突破通道。
第三,替代同步。在國際形勢和國內(nèi)需求雙重影響下,逐步突破本土的開放指令集架構(gòu)在各領域的替代,通過政策和產(chǎn)業(yè)化引導,促進集成電路設計企業(yè)做本土產(chǎn)品的布局。
第四,產(chǎn)業(yè)引領。支持本土處理器IP企業(yè)的成長和發(fā)展,促進賦能國內(nèi)設計企業(yè)和應用企業(yè),避免落入過去一家企業(yè)推動整個生態(tài)的陷阱。處理器依賴于生態(tài)建設,僅憑一家企業(yè)很難帶動,需要各產(chǎn)業(yè)參與方合作,布局不同產(chǎn)品線上的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
期待“十四五”期間,產(chǎn)業(yè)界能夠緊密合作,從而形成國產(chǎn)本土的處理器IP行業(yè)標準,以各地產(chǎn)業(yè)平臺為依托,打造更多以自主處理器IP為核心的共性技術平臺,推動本土集成電路產(chǎn)業(yè)源頭的發(fā)展。
關于芯來科技
芯來科技是中國領先的RISC-V處理器IP和芯片解決方案公司,凝聚了一支本土經(jīng)驗豐富的處理器研發(fā)團隊。在短短2年多的時間內(nèi),從0開始全自主研發(fā),相繼推出了N100,N200,N300,N/NX/UX600, N/NX/UX900等系列產(chǎn)品覆蓋了從低功耗到高性能的各種場景需求。
聚焦RISC-V處理器內(nèi)核研發(fā),致力于賦能本土產(chǎn)業(yè)生態(tài),是芯來科技貫穿始終的愿景和追求。
責任編輯:xj
原文標題:我為“十四五”建言丨芯來科技創(chuàng)始人兼CEO胡振波:加快打造處理器IP共性技術平臺
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