中国芯片的困境,破解之道在何处?

作者: 包云岗

来源: 赛先生

发布日期: 2019-03-10 12:00:00

本文探讨了中国半导体产业面临的困境及其破解之道,强调了开源软件和开源芯片设计在降低创新门槛和推动产业发展中的关键作用。通过借鉴中国互联网产业的成功经验,文章提出通过开源和敏捷开发模式来降低芯片设计成本和开发周期,从而推动中国半导体产业的发展。

如今中国的半导体产业要想改变现状,已经很难完全靠初创企业与风险资本来追赶了,必须通过必要的产业政策来引导。我认为,借鉴中国互联网产业的成功经验,降低芯片设计的创新门槛是关键,而开源则是降低门槛的一大利器。

2018年,中国企业遭遇芯片禁售令而陷入困境,中国半导体产业的现状再次引起各界广泛关注。如何尽快找出一条破解之道,是大家都很关心的问题。

来自互联网产业的启发:2016年中国的移动支付金额达到了5.5万亿美元,是美国的50倍。中国互联网公司的成功离不开背后强大的技术支持,而开源软件就是背后强大的技术支撑之一,助力了中国互联网产业的成功。开源软件,是一种源代码可以自由获取并在遵循开源协议的规定下,开发者可进行自行修改的计算机软件。对于互联网企业而言,开源软件为它们节省大量的时间与成本。

有了开源软件,当人们想创办新公司时,不再需要从零开始造“轮子”,而是可以在庞大的开源软件库中寻找到合适的模块并根据需要进行合适的修改,有时三五位开发人员在几个月时间里就可以快速搭建出一个业务原型。因此,开源软件很重要地意义在于大大降低了互联网创新的门槛。

仔细观察,开源软件解决了中国互联网产业发展过程中的两大难题,一是降低了创新的门槛,二是摆脱了技术上的受制于人。而这两个难题正是当前中国半导体产业所面临的困境。我们是否可以从中国互联网产业拥抱开源的经验中获得启发呢?

然而,与软件领域不同,目前芯片领域的创新门槛之高、投入之大是业内公认的。设计与制造一款芯片涉及到多个环节,每个环节都需要相当的资金与人力投入。

以28nm工艺研制一款系统芯片为例,比较完整的电子设计自动化工具使用版权费超过500万元,购买内存控制器等外围IP模块费用往往达到500~1000万元,流片费用根据芯片面积大小而定,但一般也会达到1000万元,封装相对便宜,大约需要50万左右。简单估算,研制这款芯片所需要的资金投入便已经超过2000万元。

芯片领域的高门槛客观上严重阻碍了创新。在互联网领域,得益于开源软件,拥有创新想法的互联网初创公司,往往只需几十万元,便可以在几个月时间里推出原型产品进行迭代优化。相比而言,芯片领域的初创公司却需要数千万的资金,而且迭代优化还要很长的时间周期,所以很难想象风险投资人愿意把钱砸给这类初创公司。

近期受到普遍关注的开放指令集RISC-V,从生态构建角度为开源芯片设计作出了积极的工作。

RISC-V是由美国加州大学伯克利分校的Krste Asanovic教授与图灵奖得主David Patterson教授带领团队设计的一套开放指令集。Krste Asanovic教授与David Patterson教授伯克利团队推出RISC-V,正是受到了开源软件的启发,但开源软件生态和处理器芯片生态的情况却大不相同。

伯克利团队希望全世界任何公司、大学、研究机构与个人都可以开发兼容RISC-V指令集的处理器,都可以融入到基于RISC-V构建的软硬件生态系统,而不需要为指令集付一分钱。

RISC-V虽只是星星之火,但已展露出燎原的潜力。从当前发展势头来看,RISC-V很有可能成为主宰世界的开放指令集标准。中国开放指令生态(RISC-V)联盟成立。中国的学术界与企业界也已开始积极行动。

历经九个月的研讨与筹备,在网信办、工信部、中科院等多个国家部委支持和指导下,计算所联合国内约20家单位组成的中国开放指令生态(RISC-V)联盟(以下简称联盟)于2018年11月8日,在浙江乌镇举行的第五届互联网大会上正式宣布成立。联盟由倪光南院士任理事长(笔者任秘书长),旨在以RISC-V指令集为抓手,联合学术及产业界推动开源开放指令芯片及生态的健康发展。

在美好的愿景之下,我们也要清醒地认识到开源软件在协作开发、质量控制、商业模式、生态构建等方面都经历了很多次失败的尝试与探索,才沉淀出成熟的开源软件组合。开源芯片生态仍处于襁褓阶段,未来的发展也必然会面临很多挑战。开源芯片最大的挑战之一在于芯片开发门槛高,如果能数量级降低开发门槛(成本与周期),那就可能吸引广大的芯片开发者。芯片敏捷开发,将会是降低芯片开发门槛的关键,将成为开启开源芯片生态的钥匙。

如今,互联网应用开发团队一般有负责手机APP的前端工程师,与负责服务器端的后端工程师配合起来一起开发。而在未来的软硬件协同敏捷开发模式下,开发团队将包括软件端工程师与硬件端工程师——软件端通过几个月开发出新的软件功能,硬件端则用几个月很快实现出相应的加速芯片。

这正是两位图灵奖得主John Hennessy与David Patterson在图灵奖演讲中所推崇的领域专用体系结构DSA(Domain-Specific Architecture)的体现。

我们团队也在基于新的硬件开发语言Chisel上开展了一系列芯片敏捷开发实践,并取得了令人欣喜的效率。

一个本科生的Chisel新手,可以在更短的时间内编写更少的代码,代码质量就能达到和工程师相当的水平,甚至还可以超越工程师。即使代码质量与传统开发有20%的差距,敏捷开发仍然展现了其节省人力和时间的价值——能快速构建一个可以工作的原型,对项目开展来说是非常有意义的。从这点来看,敏捷开发确实大大降低了硬件开发的门槛。

UUID: 7cbb3997-b6cc-41eb-a488-6d6dfeee0d7b

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/赛先生公众号-pdf2txt/2019/赛先生_2019-03-10_中国芯片的困境,破解之道在何处?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0075 元