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中國本土CPU技術(shù)路線與戰(zhàn)略取向分析

 favinfeng 2012-03-05

中國本土CPU技術(shù)路線與戰(zhàn)略取向分析

相關(guān)專題: 電子資訊
時間:2011-08-04 10:09 來源: 華強電子網(wǎng)

       CPU是電子信息產(chǎn)品的核心,,是半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)最密集,、最具戰(zhàn)略價值的產(chǎn)品,也是一個國家技術(shù)實力的象征,?;诎踩c市場利益的考慮,歐美,、日,、韓等集成電路強國一直致力于本國CPU的設計與研制。中國作為一個大國,,發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)CPU是提高信息產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新能力,、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的重要抓手和著力點。我國作為世界的重要一極,,經(jīng)濟發(fā)展和國家安全客觀要求必須發(fā)展自主可控的CPU產(chǎn)品和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng),。


        一、我國發(fā)展CPU的國際形勢

          我國是CPU發(fā)展后進國家,,發(fā)展自主可控的CPU面臨錯綜復雜的國際形勢,,認清形勢,選準方向是謀求CPU發(fā)展的重要前提,。

         1,、競爭形勢

         在全球通用CPU市場,呈現(xiàn)兩家競爭,、一家獨大的局面,。通用CPU的代表產(chǎn)品是Intel、AMD的x86處理器,,主要應用于PC和服務器,。在服務器領(lǐng)域,Intel占據(jù)了超過60%的市場份額,,高端高可靠服務器主要由IBM占據(jù)。在PC領(lǐng)域,,Intel和AMD兩家占領(lǐng)了99%的市場份額,,其中Intel一家的市場占有率在80%左右。在PC市場,,Intel憑借Wintel聯(lián)盟和多年營造的生態(tài)系統(tǒng)獨霸市場,,近十年來鮮有企業(yè)挑戰(zhàn)Intel霸主地位成功。Power是另一種架構(gòu)的通用處理器,,但市場份額有限,,逐漸式微,,已基本退出PC市場,目前在網(wǎng)絡,、服務器和工業(yè)控制領(lǐng)域尚有一席之地,。

        在嵌入式CPU市場,呈現(xiàn)百家爭鳴,,日趨集中的局面,。嵌入式CPU是用作SOC芯片處理器的IP核。當前國際主流嵌入式CPU以ARM,、MIPS為典型代表,。嵌入式CPU在移動通信終端、消費類電子,、數(shù)字電視,、工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域應用廣泛。2009年基于ARM核的芯片出貨量達到40億顆,,這些芯片占全球手機基帶芯片95%,,數(shù)碼攝像機的70%。MIPS在1999年進入高性能嵌入式CPU市場領(lǐng)域,,2009年基于MIPS架構(gòu)的芯片出貨約為5億顆,,主要應用領(lǐng)域為數(shù)字電視領(lǐng)域,市場占有率約為80%,。

        從競爭形勢看,,嵌入式CPU市場給我國留有更多的發(fā)展空間。從2000年到2009年,,全球的集成電路消費市場在計算機領(lǐng)域下降了15%,,而在消費電子、通信&網(wǎng)絡,、汽車電子等嵌入式領(lǐng)域增長了15%,,從統(tǒng)計數(shù)據(jù)及主要企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略看,全球集成電路的消費已從計算機消費為主進入嵌入式產(chǎn)品驅(qū)動的后PC時代,,這是嵌入式CPU崛起的市場基礎(chǔ),。另外,嵌入式CPU應用領(lǐng)域的終端產(chǎn)品大多采用開放式架構(gòu),,即芯片和OS軟件都有多家供應商在競爭,,尚未出現(xiàn)類似PC市場上的Wintel綁定所形成的壟斷局面。

        2,、合作形勢

        全球CPU企業(yè)主要有兩種業(yè)務模式:一種是直接銷售芯片,;一種是內(nèi)核授權(quán)或架構(gòu)授權(quán)。前者以通用CPU企業(yè)Intel和AMD為代表,,后者以嵌入式CPU供應商ARM和MIPS為代表,。

        嵌入式CPU供應商一般不直接生產(chǎn)和銷售芯片,,而是采用一種把CPU設計或者架構(gòu)作為知識產(chǎn)權(quán)(IntellectualProperty,IP)授權(quán)給系統(tǒng)芯片(System-on-Chip,,SoC)設計企業(yè),,并從中收取相應版稅的商業(yè)模式。

       例如,,ARM授權(quán)CPU核心架構(gòu)給蘋果,,再由蘋果的工程師開發(fā)出適合蘋果產(chǎn)品的系統(tǒng)芯片,然后在韓國三星的半導體工廠里制造,,最后在中國深圳富士康的工廠里組裝進iPhone和iPad,,并銷往全球各地。蘋果每賣出一臺iPhone或者iPad,,ARM從中收取幾美分的版權(quán)費用,。這是完全有別于Intel銷售芯片產(chǎn)品的一種商業(yè)模式。

        嵌入式CPU廠商對芯片設計企業(yè)的授權(quán)方式又可以分為三種,,即硬核,、軟核和架構(gòu)授權(quán)(architecturelicense)。

        硬核IP是指基于特定代工線的工藝庫生成的設計物理版圖,,在頻率,、功耗、面積等方面都作了充分的優(yōu)化,,有著較完整的預知性,。硬核IP的靈活性和可移植性都較差。只能使用指定的代工廠和工藝,,速度,、功耗、面積等參數(shù)俱已不可改動,,目前模擬IP更多的是以硬核出現(xiàn),。

        軟核IP一般是指可綜合的電路設計,由于不涉及具體的物理實現(xiàn),,因此有著很好的靈活性,,其性能參數(shù)在一定范圍內(nèi)可以進行調(diào)整。但同時也存在著性能上(比如時序,、面積,、功耗等方面)的不可預知性的弱點,需要SoC設計企業(yè)有著較強的后端設計能力,。

        架構(gòu)授權(quán)又可稱為指令集授權(quán),指允許用戶自行定義和設計CPU,,但是指令集格式兼容,。架構(gòu)授權(quán)模式下嵌入式CPU供應商其實不需要向用戶提供任何技術(shù)(不過通常情況下會提供一些文檔和測試程序供用戶使用),,只是一紙授權(quán)協(xié)議。具體客戶的CPU設計水平如何,,由用戶自己的技術(shù)能力決定,。目前MIPS對龍芯的授權(quán)就是此種方式。龍芯在MIPS原有的近300條指令基礎(chǔ)上新增了500多條指令,,主要包括虛擬機指令,、向量指令、數(shù)字信號處理指令,、媒體指令等,。已經(jīng)得到MIPS認可,可以把龍芯處理器支持的指令系統(tǒng)稱為“MIPS兼容”的“龍芯指令系統(tǒng)”,。架構(gòu)授權(quán)跟軟核授權(quán)是完全不同的,,軟核授權(quán)的最大好處是工藝和foundry可以自己移植,但是除了幾個配置選項(如cache的大小通??膳洌┎辉试S做任何設計改動改動軟核只有擁有架構(gòu)授權(quán)的權(quán)利才可以,。架構(gòu)授權(quán)從CPU規(guī)格定義開始就可以自己掌控,可以根據(jù)自己需求設計最合適的處理器,。在規(guī)格,、研發(fā)計劃和產(chǎn)品路線圖上都由自己決定。

        從合作形勢看,,和采取架構(gòu)授權(quán)業(yè)務模式的國外企業(yè)合作更有助于我國自主可控CPU的發(fā)展,。

        3、發(fā)展形勢

        當前全球CPU的發(fā)展呈現(xiàn)融合互動,、綜合競爭,、跨越創(chuàng)新的特點。廣泛在通用市場使用的X86CPU向嵌入式領(lǐng)域進軍,,而在嵌入式領(lǐng)域應用的ARMCPU則向桌面,、服務器領(lǐng)域延伸;CPU的競爭已不單純是CPU自身的競爭,,更多的體現(xiàn)在適配的OS等產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的競爭上,;芯片加工工藝的進步使得CPU在性能、成本,、功耗等多因素的綜合推動下,,新架構(gòu)、新理念,、新形態(tài)CPU不斷涌現(xiàn),。從發(fā)展形勢看,發(fā)展自主可控的CPU應綜合考慮產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的建設。同時,,也要警惕ARM和Android在移動互聯(lián)等嵌入式領(lǐng)域形成新的壟斷,。

        ARM自己會辯解授權(quán)模式不會產(chǎn)生壟斷,但是任何“買-賣”關(guān)系中一旦出現(xiàn)賣方市場,,追求壟斷利潤是無可避免的,,如果一個CEO說他不準備這么做,那么這個CEO會被解雇,,這是不以個人意愿為轉(zhuǎn)移的經(jīng)濟規(guī)律?,F(xiàn)在缺乏此類第三方的冷靜思考,特別是針對國內(nèi)行業(yè)的思考,。

        世界上的強勢芯片公司如高通,、蘋果,也許永遠能對ARM保持強勢談判地位,,但是對國內(nèi)公司來說,,因為只能跟風而缺乏備選方案,被壟斷的苗頭已經(jīng)出現(xiàn),。每一種新興事物,、或力量、或陣營興起之時,,必定是機遇和挑戰(zhàn)并存的,,最后總是會形成新的既得利益集團和失敗群體。現(xiàn)在的移動互聯(lián)浪潮也如此,。從國內(nèi)行業(yè)的角度來看,,我們只看到了移動互聯(lián)的美好前景和迅猛發(fā)展,以及Wintel的衰落,;但是沒太多危機考慮,,比如我們是不是會又一次在下一個5-10年成為簡單的消費市場提供者,而不能扮演市場的搏擊者,?這是很有可能的,。至少從CPU和OS角度看,有了ARM和Android的進入,,下一步很可能是兩家隱形結(jié)盟,,即表面上Android支持多種架構(gòu)的CPU,但只針對ARM核進行優(yōu)化設計。如果此種預言成真,,國產(chǎn)CPU和OS發(fā)展將面臨十分不利的局面,,又很可能會耽擱數(shù)年。

        二,、我國CPU發(fā)展現(xiàn)狀與問題分析1,、國產(chǎn)CPU主要研制單位

      (1)高性能通用CPU(“大CPU”,,主要應用于高性能計算及服務器等)

       主要研發(fā)單位:中國科學院計算所、北大眾志,、國防科技大學

      (2)安全適用計算機用CPU(“中CPU”,,主要應用于桌面及筆記本電腦等)

       主要研發(fā)單位:中國科學院計算所、北大眾志

       (3)嵌入式CPU(“小CPU”,,主要應用于移動通信終端、消費類電子,、數(shù)字電視,、工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域)

        主要研發(fā)單位:浙江大學、清華大學,、蘇州國芯,、杭州中天、北京君正

        2,、國產(chǎn)CPU技術(shù)源頭與發(fā)展模式

      (1)完全自主(全新自主指令系統(tǒng))CPU

       優(yōu)勢:完全自主的CPU在指令集上不同外界兼容,。從國家發(fā)展的角度看,指令集完全自主可控是最安全的,。

       劣勢:缺乏OS支持,、開發(fā)工具鏈(編譯器、調(diào)試器等)匱乏,、應用程序的開發(fā)和移植難度和工作量大,。

        ①北大眾志Unicore

    UniCore是由北大眾志自主開發(fā)的一套全新指令集,與其他主流指令集不兼容,,它已作為一種獨立的體系結(jié)構(gòu),,在GNU社區(qū)系統(tǒng)軟件開發(fā)規(guī)范中注冊,編號為“110”,。北大眾志在擁有全新自主指令系統(tǒng)Unicore的同時還獲得了X86指令架構(gòu)授權(quán),。

    ②蘇州國芯、杭州中天,、浙江大學--C*Core

    C*Core是以Motorola贈送給中國政府的M*CORE為技術(shù)起點,,由浙江大學、蘇州國芯,、杭州中天三家共同設計及產(chǎn)業(yè)化的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)嵌入式CPU,。在2010年9月,出于爭奪汽車電子,、網(wǎng)絡通信,、物聯(lián)網(wǎng)等熱點市場的考慮,蘇州國芯取得了IBM轉(zhuǎn)移的PowerPC指令架構(gòu)授權(quán),,并與國內(nèi)芯片企業(yè)深入交流,,針對戰(zhàn)略新興市場,,開發(fā)完全兼容PowerPC架構(gòu)的CPUIP。C*Core研發(fā)團隊在努力追趕國際領(lǐng)先嵌入式CPU技術(shù)的同時,,也選擇了兼容合作的發(fā)展道路,,力圖在自己并不擅長的熱點應用領(lǐng)域有所突破。

另外,,兩種完全不同的體系架構(gòu)或許可以取長補短,、相互融合,走出一條全新的國產(chǎn)CPU發(fā)展模式,。

    (2)“兼容國際主流,、自主指令系統(tǒng)”CPU(簡稱“兼容CPU”):

    優(yōu)點:擁有架構(gòu)授權(quán)可以自己按需定義規(guī)格,并按自己日程進行開發(fā),、交付和使用,,一次架構(gòu)授權(quán)費涵蓋全部的應用定義。生態(tài)環(huán)境比較健全,。

    缺點:對處理器設計水平要求較高,,長期技術(shù)演進路線受架構(gòu)的制約。

    ①中國科學院計算所--龍芯系列

    MIPS兼容,,2009年6月獲得MIPS32與MIPS64架構(gòu)的授權(quán),。龍芯1號CPU及其IP面向嵌入式應用,龍芯2號CPU及其IP面向高端嵌入式和桌面應用,,龍芯3號多核CPU面向服務器和高性能機應用,。

    ②國防科技大學FT

    SPARC兼容,SPARC架構(gòu)是開放的,,任何機構(gòu)或個人均可研究或開發(fā)基于SPARC架構(gòu)的產(chǎn)品,。主要面向國家戰(zhàn)略和重大軍事應用中的高性能計算應用需求。

    ③北京君正Xburst

    MIPS兼容,,2011年1月獲得MIPS32架構(gòu)授權(quán),。主要面向消費電子、教育電子,、移動互聯(lián)網(wǎng)終端等移動便攜設備和其他嵌入式應用,。

        3、國產(chǎn)CPU發(fā)展面臨的問題

        首先,,CPU整體性能上還有待提高,。在設計能力上不可否認國內(nèi)的CPU企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)與國際領(lǐng)先水平還有不小的差距。目前國產(chǎn)CPU在芯片設計方面的主要困難在于后端生產(chǎn),、封裝,、測試等環(huán)節(jié)仍受制于外協(xié)(流片代工廠、封裝,、測試廠商等),,導致生產(chǎn)進度與效率較低,。國產(chǎn)CPU在主頻方面與主流處理器仍有較大差距。目前國產(chǎn)CPU的典型工作頻率是1GHz,,而Intel和AMD主流處理器主頻超過3GHz,,IBMPower7處理器的頻率超過4GHz。主頻的差距導致國產(chǎn)CPU單核性能與國際主流處理器的單核性能有較大差距,。主頻差距主要來自采用半導體工藝生產(chǎn)線,、工藝與CPU設計的結(jié)合等。國產(chǎn)CPU多在TSMC和SIMC生產(chǎn),,采用代工工藝,。而國際主流CPU,如Intel,、IBM等都采用自己的標準CPU工藝,便于物理優(yōu)化,。

        其次,,生態(tài)系統(tǒng)建設難以取得突破。眾所周知,,CPU的競爭絕不僅是CPU本身的競爭,,而更多的體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的競爭。國際主流處理器(如Intel,、AMD,、ARM)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已經(jīng)建立了成熟的產(chǎn)業(yè)環(huán)境,。例如,,以Wintel聯(lián)盟舉例,Intel提供處理器芯片,,微軟提供操作系統(tǒng),,HP、DELL等提供基于IntelCPU的產(chǎn)品,,很多應用廠商基于“Wintel”平臺開發(fā)應用,。而相比之下,國產(chǎn)CPU起步較晚,,研制歷史只有10年左右,,性能尚顯不足,軟件及整機企業(yè)對國產(chǎn)CPU還存在諸多質(zhì)疑,,真正走向市場的時間還不長,,生態(tài)系統(tǒng)建設困難重重。

       最后,,產(chǎn)業(yè)化進程舉步維艱,。產(chǎn)業(yè)化問題是困擾國產(chǎn)CPU的最大難題,。產(chǎn)業(yè)化方面的困難主要在于產(chǎn)業(yè)環(huán)境仍不夠強壯,由于國際主流CPU廠商已經(jīng)造成了市場上的事實壟斷,,并設置了較高的技術(shù)與市場壁壘,,國產(chǎn)CPU與產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴綁定不夠緊密,導致某種程度上與國產(chǎn)CPU相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)與市場推廣工作仍主要由CPU企事業(yè)單位自身為主,。

         國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化是一個漫長而艱苦的過程,,每一步都要走穩(wěn),走扎實,,而不應急于求成,。要從一些壟斷程度較低的特殊領(lǐng)域入手,和用戶共同提高產(chǎn)品性能和服務質(zhì)量,,樹立國產(chǎn)CPU在國人心目中的良好形象,,逐漸擴展到其他領(lǐng)域,實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,。


        三,、國際主流CPU廠商發(fā)展戰(zhàn)略及對我國的影響


        1、CPU企業(yè)商業(yè)模式與發(fā)展戰(zhàn)略

    (1)Intel為代表的IDM模式

      在國際主流CPU廠商中,,Intel仍然在堅持自主設計,、自主制造、自主封裝和測試,、自主銷售和推廣的傳統(tǒng)IDM模式,。這種模式的好處是從設計到銷售的整個鏈條由Intel自己控制,在技術(shù)上使設計和制造互相融合,、互相促進,、不斷優(yōu)化,發(fā)揮出先進制造工藝的最大潛力,。在商業(yè)上,,由于Intel在桌面通用處理器市場已經(jīng)形成壟斷優(yōu)勢,IDM模式能夠?qū)⒗孀畲蠡?

       Intel能夠繼續(xù)采用這種模式源于其超強的資金,、技術(shù),、市場推廣實力,以及圍繞x86處理器形成的龐大生態(tài)系統(tǒng),。Intel每年的研發(fā)投入高達100億美元,,在制造工廠上的投入是50億美元,平均每兩年推出一個新的處理器架構(gòu),,每兩年將工藝升級一次,,如此高的投入使得其他半導體公司難以仿效這種模式。

    (2)IP和架構(gòu)授權(quán)的Chipless模式

        成立于1990年的ARM公司首創(chuàng)了chipless模式,,既不設計也不生產(chǎn)芯片,,而是向半導體公司提供CPU,、物理單元庫等IP核,以及培訓,、設計服務等,,用成熟穩(wěn)定的IP核幫助芯片設計公司縮短產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)周期。另一家嵌入式CPU廠商MIPS也是同樣的商業(yè)模式,,但產(chǎn)品線和營業(yè)規(guī)模比ARM要小得多,。

        Chipless模式能夠成功的主要原因是研發(fā)新的32位或64位CPU需要巨額投資,如IBM開發(fā)Power7的投資達到32億美元,,ARM每年的研發(fā)投入也達到1億美元以上,。但市場競爭日趨激烈,產(chǎn)品生命周期不斷縮短,,IC設計企業(yè)一方面無力承擔研發(fā)CPU的高昂成本,,另一方面新CPU的生態(tài)系統(tǒng)需要漫長的培育期,風險也非常高,。CPUIP核授權(quán)模式大大降低了芯片設計企業(yè)的研發(fā)成本和風險,,通過利用商用CPU的成熟生態(tài)系統(tǒng)快速進入市場,提高產(chǎn)品競爭力,,因此大多數(shù)IC設計企業(yè)都在采用ARM或MIPSCPU核設計SoC產(chǎn)品。

    2,、國際范圍內(nèi)架構(gòu)授權(quán)的現(xiàn)狀

    目前,,獲得ARM架構(gòu)授權(quán)的企業(yè)有Qualcomm、Marvell和微軟等公司,。這些公司獲得架構(gòu)授權(quán)的途徑和目的各不相同,。Qualcomm通過正式的合約獲得ARM的架構(gòu)授權(quán),Marvell從Intel手中購買了Xscale業(yè)務部及相應的ARM架構(gòu)授權(quán),,這兩家公司設計的芯片向整機和系統(tǒng)廠商銷售,。微軟在2010年10月剛剛獲得架構(gòu)授權(quán),目的是開發(fā)支持ARM處理器的Windows操作系統(tǒng),,并針對ARM處理器進行優(yōu)化,。

    獲得MIPS架構(gòu)授權(quán)的國外企業(yè)有Broadcom、Cavium,、Netlogic,、Renesas、PMC-Serria等,。國內(nèi)企事業(yè)單位中,,龍芯獲得32位和64位的架構(gòu)授權(quán),君正獲得32位架構(gòu)授權(quán),,這兩家企業(yè)是在已經(jīng)通過正向設計完成CPU的設計后,,為避免產(chǎn)業(yè)化過程中的專利糾紛向MIPS購買架構(gòu)授權(quán),,二者均具有獨立設計CPU的能力。

       獲得MIPS軟核授權(quán)的國內(nèi)企業(yè)有海爾,、中興,、海思、國民技術(shù),、炬力等,,還有幾家未公開。

       目前,,獲得Power架構(gòu)授權(quán)的企業(yè)有Freescale,、TundraSemiconductor(被IDT收購)、AppliedMicroCircuitsCorporation(AMCC),、HCLEnterprise,、Culturecom、P.A.Semi(被Apple收購),、Xilinx,、Microsoft(Xbox360游戲機處理器)、Rapport,、Sony(基于Power架構(gòu)開發(fā)PlayStation3游戲機處理器),、Nintendo(任天堂,開發(fā)Wii游戲機處理器),、Honeywell,、Toshiba和Cray(用于超級計算機)。

       獲得Intelx86指令集架構(gòu)授權(quán)的企業(yè)有AMD,、VIA等,。在PC發(fā)展的早期,IBM為了確保穩(wěn)定的供貨來源,,要求Intel將x86架構(gòu)授權(quán)給AMD,,以此避免受到Intel的鉗制,AMD因此獲得x86架構(gòu)授權(quán),。VIA通過收購Cyrix和IDT的處理器部門獲得開發(fā)x86處理器的權(quán)利,,但Cyrix和IDT并沒有購買Intel的x86指令集授權(quán)。Intel最初試圖通過打官司達到阻止Cyrix開發(fā)兼容x86指令集處理器的目的,,經(jīng)過漫長的法律訴訟,,Cyrix最終與Intel達成庭外和解,通過專利互換的方式獲得開發(fā)x86處理器的權(quán)利,。2005年,,北京大學通過AMD的技術(shù)轉(zhuǎn)讓獲得了x86指令集架構(gòu)授權(quán)。

       通過以上分析可以看出,獲得CPU架構(gòu)授權(quán)的方式有多種,。向CPU指令集的擁有者購買架構(gòu)授權(quán)是最直接的方式,,這種方式的好處是能夠避免專利糾紛,但對芯片設計企業(yè)的技術(shù)實力,、資金實力,、談判實力有很高的要求,而且主動權(quán)掌握在指令集的擁有者手中,。收購已經(jīng)獲得架構(gòu)授權(quán)的企業(yè)是另一種方式,,但出現(xiàn)的機會是很不確定的,而且還面臨國外政府審查等法律障礙,。如仿效Cyrix直接設計兼容x86指令集的處理器,,雖然可能通過專利交叉授權(quán)間接獲得CPU架構(gòu)授權(quán),但必然面臨繁瑣冗長的法律訴訟,,尤其是在其他國家政府頻頻以知識產(chǎn)權(quán)保護為由對我國施壓的情況下,,這種方式的風險是相當高的。

    3,、我國CPU企業(yè)獲得架構(gòu)授權(quán)的現(xiàn)狀及可能性分析

        MIPS對國外企業(yè)的架構(gòu)授權(quán)較多,,對中國企業(yè)進行架構(gòu)授權(quán)在商業(yè)上沒有多少障礙。龍芯和君正已經(jīng)正向設計出兼容MIPS指令集的CPU,,符合架構(gòu)授權(quán)對技術(shù)能力的要求,。2009年6月,龍芯購買了MIPS32和MIPS64的架構(gòu)授權(quán),。2011年1月,,君正正式購買了MIPS的架構(gòu)授權(quán)。

        2010年9月,,蘇州國芯取得了IBM的PowerPC架構(gòu)和指令技術(shù)授權(quán),可以開發(fā)與PowerPC指令集兼容的處理器,。IBM出于擴大Power陣營的目的,,有可能通過戰(zhàn)略合作、技術(shù)轉(zhuǎn)讓等形式,,將PowerPC架構(gòu)轉(zhuǎn)讓給更多的中國企業(yè),。

       目前,還沒有國內(nèi)企業(yè)正式獲得ARM架構(gòu)授權(quán),。ARM選擇Qualcomm,、Marvell和微軟做為架構(gòu)授權(quán)對象的目的是借助這些巨頭進入更廣闊的應用領(lǐng)域。我國芯片設計企業(yè)在CPU和SoC設計上缺乏領(lǐng)先的獨家技術(shù)和足夠的市場影響力,,處于不對等的不利地位,,獲得ARM架構(gòu)授權(quán)的難度和代價會非常大。

       4,、對國產(chǎn)CPU發(fā)展的影響

       購買商用CPU的架構(gòu)授權(quán)是充分利用已有的生態(tài)系統(tǒng),,

       加快發(fā)展國產(chǎn)CPU,,實現(xiàn)自主可控的有效途徑之一。通過“引進,,消化,,吸收,再創(chuàng)新”,,充分利用國外企業(yè)已有的技術(shù)積累,,能夠有效縮短與發(fā)達國家的技術(shù)差距,利用成熟CPU的生態(tài)系統(tǒng)加快產(chǎn)品的研發(fā)進度,,降低風險和成本,。但這種方式也不可避免地受到原CPU指令集架構(gòu)的制約和限制,架構(gòu)的主導權(quán)和發(fā)展方向也不在我國企業(yè)的掌控當中,。如果不能對外進行Sub-License,,架構(gòu)授權(quán)的好處僅限于企業(yè)內(nèi)部,對國產(chǎn)CPU的整體發(fā)展幫助不大,,無法實現(xiàn)替代國外CPU的目標,。

        四、我國發(fā)展CPU的技術(shù)路線與戰(zhàn)略取向1,、技術(shù)路線

      (1)“國際兼容,,自主可控”是我國發(fā)展CPU的可行途徑。國際兼容是指獲得指令集的架構(gòu)授權(quán),,可利用成熟商用CPU的生態(tài)系統(tǒng),;自主可控是指CPU內(nèi)核完全自主設計、自主掌控,。

      (2)“指令包含,,擴展創(chuàng)新”是過渡到完全自主的發(fā)展策略。現(xiàn)階段可以策略性的發(fā)展包含國際主流架構(gòu)的自主指令集作為過渡,。即在自己指令集基礎(chǔ)上,,完整地包含另外一個主流架構(gòu)的指令集。

      (3)積極爭取ARM架構(gòu)授權(quán),。目前我國CPU企事業(yè)單位已經(jīng)獲得了X86,、MIPS和PowerPC架構(gòu)的授權(quán),相關(guān)兼容產(chǎn)品已經(jīng)或正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用,,證明我國企業(yè)獲得這三種CPU的架構(gòu)授權(quán)在技術(shù)和商業(yè)操作上是可行的,。但是唯一沒有獲得的是最有前途希望的未來可能成為主流CPU架構(gòu)ARM的授權(quán)。ARM架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)更加完善,,我國企業(yè)在ARM處理器的應用開發(fā)上取得了大量成果,,因此取得ARMCPU的架構(gòu)授權(quán)是較為理想的方案,應成為下一步積極爭取的重點。

    (4)加強對前瞻性技術(shù)的研究與開發(fā),,跟蹤具有突破性,、顛覆性的新的處理器設計理論、方法和技術(shù),,并適時給予支持,,搶占新一代技術(shù)制高點和發(fā)展先機。

       2,、戰(zhàn)略取向

       現(xiàn)階段在主要的商業(yè)化領(lǐng)域(桌面CPU及嵌入式CPU)堅持走國際兼容路線,,在關(guān)系到國家安全和國家利益的特殊領(lǐng)域(高性能計算及服務器應用)進行完全自主CPU的研發(fā)和相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)建設;并大力發(fā)展自主指令集,,搶占未來先機,,最終實現(xiàn)CPU的全面國產(chǎn)化和國際化是我國發(fā)展CPU的戰(zhàn)略取向。

        3,、發(fā)展建議

        在發(fā)展策略上堅持“抓兩頭,,帶中間”,爭取在未來3-5年內(nèi)在高性能通用CPU和嵌入式CPU的研制和產(chǎn)業(yè)化方面率先取得突破,,通過技術(shù)積累和市場培育蘊積力量,,抓住產(chǎn)業(yè)變革契機,適時推動計算機用CPU實現(xiàn)大發(fā)展,。具體建議如下

    (1)在推進兩化融合和信息化建設中出臺CPU國產(chǎn)化支持政策

    在目前國產(chǎn)CPU已經(jīng)基本可用的情況下,,未來2-3年是國產(chǎn)CPU突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸的關(guān)鍵期,建議政府應從安全自主可控的角度,,從軍隊信息化,、政府辦公、以及國家關(guān)鍵應用行業(yè)(公安,、電力,、通信、金融,、教育等)市場入手,,在推進兩化深度融合和信息化建設中,進一步明確政策導向(如建立安全標準等級,,對高安全等級的強制采用全國產(chǎn)一體化系統(tǒng),從而為國產(chǎn)CPU的應用明確細分市場),,由此可迅速帶動國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)鏈的形成,,促進下游廠商專注于國產(chǎn)CPU產(chǎn)品的研發(fā),形成有利于國產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展的市場競爭格局,。

      (2)圍繞國產(chǎn)CPU生態(tài)系統(tǒng)建設,,增設國家重大專項課題

        建議國家重大專項以行業(yè)應用和市場需求帶動,設立由整機廠商牽頭,軟硬件廠商共同參與的課題專門支持國產(chǎn)CPU的應用推廣,。從橫向拓展變?yōu)榭v向整合,,并在相關(guān)行業(yè)給予明確的市場與政策支持,從而在我國關(guān)鍵行業(yè)建立完備的國產(chǎn)CPU生態(tài)系統(tǒng),。

      (3)在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中為國產(chǎn)CPU尋找應用切入點

       云計算,、物聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和應用模式為國產(chǎn)CPU帶來了新的市場機會。國產(chǎn)“大CPU”具備低功耗,、高密度,、性能適中、IO吞吐量高,、安全等特點,,正好適合于云計算與云存儲類應用,并且基于Linux的云服務器平臺使得國產(chǎn)CPU的應用兼容性問題得到了很好的解決,。建議從安全自主可控的角度入手,,為云計算中心的安全等級制定標準,為國產(chǎn)CPU尋找適合的應用切入點,,從而使國產(chǎn)CPU在云計算等領(lǐng)域抓住市場機會,,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)突破。

      (4)通過制定法律法規(guī),,保護國產(chǎn)CPU自主知識產(chǎn)權(quán),、促進國產(chǎn)CPU產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

       由于我國是CPU領(lǐng)域的后進國家,過去在知識產(chǎn)權(quán)方面處處碰壁,,處于十分被動的地位,。而隨著我國CPU核心技術(shù)的快速發(fā)展,自主創(chuàng)新能力的不斷提高,,急需圍繞自主創(chuàng)新來制定一套完整的法律法規(guī),,保護國產(chǎn)CPU自主知識產(chǎn)權(quán),并促進國產(chǎn)CPU的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,。該法規(guī)體系應包括自主知識產(chǎn)權(quán)的保護,,技術(shù)標準的推廣應用,圍繞政府采購自主創(chuàng)新的產(chǎn)品,,以及企業(yè)實行自主創(chuàng)新工作給予的優(yōu)惠政策等,。以法律形式對自主創(chuàng)新的相關(guān)內(nèi)容加以規(guī)定,依法保障和促進國產(chǎn)CPU的產(chǎn)業(yè)化進程,,將是國產(chǎn)CPU迅速走上良性發(fā)展道路的重要手段,。



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