苹果公司软件工程高档副总裁克雷格·费代里吉在美国加州丘珀蒂诺介绍苹果自研M1 芯片
“不管从国家竞赛力、国家安全、经济开展等哪一方面看，树立自主的职业规范和自主的强壮生态都具有严重的战略意义。”
《举世》杂志记者/胡艳芬
从商场规划来讲，我国的确是芯片大国。美国集成电路研讨公司（IC Insights）的数据显现，2020年全球芯片商场规划为3957亿美元，我国大陆商场占36.24%，是全球最大的芯片商场。但作为芯片进口大国，我国还没有自己的高端芯片生态体系。
“未来全球芯片职业的竞赛，将首要环绕生态体系打开，只需操控了生态，也才能有话语权和开展权。”我国工程院院士、微电子技能专家吴汉明如是说。
作为一个一般顾客，咱们为什么要关怀“芯片生态体系”？手机控的你，是否能透过手机的表面看到它的内“芯”？比方你正在苹果手机上阅读这篇文章，阅读软件运用的是苹果iOS操作体系，而iOS就运转在苹果自研A系列芯片上。你不必定知道，不管芯片怎么升级换代，其内核都是ARM的芯片架构，是根据ARM指令集研制的芯片。搭载安卓体系的手机也相同，它们内“芯”的内核，都是ARM的指令集。
不但终端产品，从软件规划公司、芯片测验封装公司到芯片规划公司等等，都依靠在ARM构建的生态体系上。指令集是悉数芯片生态的中心，而我国的芯片职业很大程度上就树立在他国的“中心”之上，这便是我国芯片“缺芯少魂”、被“卡脖子”的首要原因。
我国正处在全面建造社会主义现代化国家的征途中。“不管从国家竞赛力、国家安全、经济开展等哪一方面看，树立自主的职业规范和自主的强壮生态都具有严重的战略意义。”吴汉明说。
独占世界的“芯片”生态
芯片的生态体系由芯片的底层架构供给者、芯片的规划者、芯片的运用开发者、芯片的周边环境4个部分组成，其间芯片的底层架构（指令集、东西链和微架构）坐落芯片“食物链”的最顶端。据统计，全球只需ARM等少量几家底层架构供货商，它们的下流是数千家芯片规划公司。
除英特尔等单个公司外，绝大部分芯片规划公司都要取得上述几家公司的授权进行底层架构规划来开发芯片；数量更多的软件、硬件厂商根据不同芯片，开发软件和硬件等终端运用；微软、新思、台积电等为芯片厂商供给规划、开发和代工出产的外部环境。
尽管芯片的品种十分多，但处于中心位置、被人们称之为“大脑”芯片的CPU（中央处理器），却由全球两大生态体系，或许两大指令集架构独占：一个是操纵了桌面和服务器商场的英特尔X86，别的一个便是雄霸手机商场的ARM。其他高端芯片，如GPU（图形处理器）、DSP（数字信号处理器）等，也现已构成由英伟达、TI等少量巨子把控的生态势力范围。
全球最大的芯片生态是ARM生态，据统计，仅在2020年第四季度，全球根据ARM底层架构的芯片出货量就到达了创纪录的67亿颗，迄今累计出货达1800亿颗，比全球根据其他指令集架构的芯片之和还要多。全球根据ARM架构规划芯片的巨子包含苹果、高通、三星、华为、联发科、德州仪器和恩智浦等。全球第一颗5纳米制程工艺的芯片是台积电为华为代工出产的根据ARM架构的麒麟9000，当苹果根据ARM规划Mac电脑芯片时，微软自动为苹果电脑适配操作体系。微软、台积电等为ARM生态的开展壮大供给了杰出的外部环境。
如果说规划一个立异的高端芯片是“蜀道难”，那么构建一个立异的生态便是“难于上青天”。
华夏芯（北京）通用处理器有限公司（以下简称华夏芯）董事长李科奕表明，规划一套立异的且有商业价值的指令集需求考虑前瞻性、齐备性、兼容性、扩展性，以及东西链支撑，用户的商业驱动性，等等。一般完结一个可商业化的指令集规划的投入在数十亿元人民币。但更大的应战在于构建生态，构建生态的投入通常是规划指令集的指数倍数，由于这其间包含了规划芯片、开发各种硬件和运用软件的投入，以及移植操作体系和适配出产工艺的投入，这些投入要么是由下流厂商承当要么便是由自己承当。
生态意味着要有数量巨大的“食物链”下流依靠者以及安稳的外部环境参与者。传统构建生态的形式首要有两种。
一种是以X86为代表的以自建为主的形式。英特尔包办了从底层架构到规划，再到东西链的开发，乃至出产工艺，并经过与微软的协作，鼓舞第三方硬件开发者（如联想）在X86渠道上开发终端产品，以及软件开发者在微软的渠道上开发运用软件。这种形式的缺陷是自研投入巨大，长处是出售规划很大，英特尔的年出售规划高达700亿美元。
另一种是以ARM为代表的协作共建形式。ARM只供给底层架构，收取授权和答应费用，其他悉数由第三方开发。这种形式的长处是自研投入较小，缺陷是出售规划也小，ARM的年出售规划不到20亿美元。
我国走到时机窗口
“曩昔很长一段时间，我国高端芯片厂商关于自主生态的构建基本上以为是望尘莫及的。首先是指令集等底层架构范畴的研制实力单薄，人才储藏不行；其次是传统高端芯片范畴的生态现已构成独占；别的，外部环境相对友爱，我们对美国的‘尖牙利齿’领会不深。根据ARM的授权或许与X86厂商合资，也都能够顺利开展自己的工业布局。”李科奕如此剖析。该公司现在已具有自研的一致指令集架构。
“AI（人工智能）和5G年代敞开了新的生态或许说多生态并存的局势，这也是国产芯片厂商的开展时机。”吴汉明告知《举世》杂志记者，当商场没有独占生态，技能、立异和运用成为决定因素的时分，其他企业就有了打破天花板的或许。今日，人工智能、5G、边际核算等新式运用范畴要求各品种型的处理器集成在一起并高效协同作业。这些运用范畴，一方面对新的处理器架构提出了激烈的需求；另一方面，像物联网、无人驾驶、机器视觉等运用场景还没有呈现独占者。时机面前人人平等，这些严重技能改造给国产芯片工业带来绝佳时机，有或许成功打造国产芯片的全新生态。
国家信息化专家咨询委员会原常务副主任周宏仁表明，作为具有万亿级商场规划的物联网职业上游，芯片工业的技能打破关系着许多传统工业的智能化改造之路，自主芯片面对巨大的需求，远景宽广，估计2026年我国物联网芯片需求将到达1360亿元。
一边是巨子持续独占着全球高端芯片生态体系，一边是我国商场对自主芯片的巨大渴求，那么，我国芯片职业是否现已初步树立自己的生态体系呢？
吴汉明说，就芯片规划范畴而言，我国有望呈现两类生态体系。
一是接轨世界干流生态体系的国内子体系。比如华为和飞扬接轨于ARM生态体系，北京君正和阿里平头哥等企业接轨了RISC-V生态体系。这些企业经过架构授权或运用开源架构，打造出了一系列的产品，并已构成必定规划的工业链。
二是彻底独当一面的生态体系。比如龙芯和华夏芯正在尽力经过自主规划的指令集，树立完善和强壮的全自主生态。其间，华夏芯规划了一套自主的一致指令集，构成CPU、DSP、GPU和AI等异构核算渠道，正在为异构核算打造全自主的生态。
据了解，现在华夏芯在异构核算范畴已走在了世界前缘，业界将华夏芯的指令集架构Unity与英特尔的OneAPI对标。“两者都是为了简化编程环境，但完成方法和价值有显着的差异：OneAPI是面向不同体系架构的一致编程环境，Unity是面向不同微架构的一致体系架构和一致编程环境；OneAPI需求一个新的言语（Data Parallel C++）来编程，并且现在只支撑这一种言语，Unity支撑常用的编程言语；OneAPI在整合多个独立东西链的根底上加了一层，其开发投入巨大，而Unity自身是一个东西链，比OneAPI简略许多，开发本钱也相应低许多。”李科奕剖析以为，华夏芯的技能道路仍是有显着优势的。
“芯”声，为生态而发
打造国产芯片生态体系是个反常巨大的工程，就像重建一个以“魂灵树”为生态中心的潘多拉星球（源自科幻电影《阿凡达》），用一致的“言语”交流生态链上的全部环节，能够进步运转功率，完成良性共生。而共建这个体系，也需求多方发声，一起出力。
“建造自主生态体系，需求发挥举国体制优势，在新式社会主义商场环境下一致协调开展，研制出自主的中心技能，打造出完善的专利库，开发出自己的IP（知识产权）。”吴汉明说，他现已看到了一个好的初步，本年1月28日，工信部发布公告称，有关单位提出申请筹建一个全国集成电路规范化技能委员会，以建构一个清晰的集成电路规范体系结构，以工业链为根底，包括工业上游的资料和设备，制作进程中的“规划、流片、封测”，以及产品配套运用等范畴。
“在打造我国自主芯片生态体系上，政府需扮演教练员的人物，定方针、搭渠道、育人才、给商场。2020年8月4日，国务院发布《新时期促进集成电路工业和软件工业高质量开展若干方针》，给集成电路工业供给了全面的方针支撑。别的，主张政府为自主芯片生态体系供给商场运用与试错时机，在新基建范畴优先支撑和鼓舞选用根据自主架构的全国产芯片。”周宏仁说，自主芯片生态体系的打造必定要阅历一个从无到有、从弱到强的进程，即便政府供给了“试验田”给自主芯片生态体系试错运用，进程中也必定会呈现各种问题，这就需求自主芯片厂商扮演好运发动的人物，勇于直面严酷的竞赛，抓立异、练内功，坚持自主立异提高产品功能，力求在全面建造社会主义现代化国家征途中构建国产自主、面向全球商场的核算生态。
吴汉明总结道，“建造自主生态体系，既要有与世界生态接轨的体系（‘外循环’），更要有彻底自主的生态体系（‘内循环’）。我国集成电路工业打造自主生态体系，面对的应战极为严峻。但只需依循‘内循环’结合‘外循环’的开展道路，坚持全球化开展，‘卡脖子’的问题就都能得到解决。”
来历：2021年3月10日出书的《举世》杂志 第5期
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