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潜心研究20年,又一项完全自主的关键芯片技术成果面世
送交者: hgao[♂☆★★★★声望勋衔19★★★★☆♂] 于 2021-05-08 13:26 已读 833 次 3 赞  

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针对华为的芯片禁令已经宣布快满一年了,随着原来囤积的库存芯片越来越少,华为的困境也越来越明显,尤其是华为的智能手机业务,从曾经一度占据了全球出货量第一的位置,目前已经掉到了前五名之外。也正因为如此,自主芯片技术在一年来被前所未有地关注,尽快建立起完全自主的芯片产能,已成为一项共识。

  


  芯片生产主要涵盖设计、制造、封装测试等关键环节,以华为海思、紫光展锐等为代表的设计企业,目前已经达到或接近业界先进水平,在芯片封测领域我们也涌现出了一批打入国际主流市场的代表公司。而在芯片制造方面,虽然中芯国际的14nm工艺已经成熟量产,但由于光刻机以及一些原材料受限,目前还无法制造更加高端的芯片,而且受禁令影响,甚至连14nm的芯片也不能给华为代工。因此,芯片制造也是目前关注度最高、投资最热的领域。

  然而在实际上,即使是在已经追赶上来的芯片设计领域,我们依然面临着很大的风险。华为海思在芯片设计上已经领先,但有一个非常致命的缺陷,那就是架构依然掌握在别人手里。

  



  目前比较知名的芯片架构规范,包括Intel和AMD使用的x86,智能手机等移动终端广泛采用的ARM,还有近年在国内开始重视起来的RISC指令集。华为芯片的设计主要就是基于ARM架构的。

  因为美国的禁令,业界曾担心ARM将不再与华为合作,好在前不久ARM的负责人也确认,其授权不会受到美国技术的限制。但毕竟不是自己可控的东西,尤其英伟达收购ARM又增加了华为使用ARM的变数,说不定哪天又变卦了。有人会说华为已经获得了ARM v8版本的永久授权,但ARM架构与相应的工艺技术都是在不断迭代进步的,华为如果不能获得新的授权,无疑对其先进芯片设计是影响巨大的。

  



  因此,打造具有自主自是产权的芯片架构,也是我国芯片供应链的重要一环。其中,发展和完善开放的RISC-V指令架构,成为一个可行的选择方向。国内一些企业和组织成立了开放指令生态(RISC-V)联盟,协同从事RISC-V指令集、架构、芯片、软件、整机应用等,产业链各个环节的研发。阿里巴巴旗下的平头哥半导体研发的玄铁系列芯片,就是目前业界性能最强的RISC-V架构芯片之一,可以应用于5G、人工智能、物联网、自动驾驶等诸多领域。

  当然,使用RISC-V的好处是限制少,不必受制于人,但同时这也是一个缺乏支持的指令集。这种精简指令集主要在嵌入式系统中具有优势,但很难发展成为个人电脑或服务器CPU的主力,因此我们还需要另寻出路。比较可喜的是,龙芯指令架构系统的正式发布,意味着经过潜心研究20年,我国又一项完全自主的关键芯片技术成果面世。

  



  近日,龙芯团队宣布,其自主指令架构系统(LoongArch)的基础架构通过知名第三方知识产权机构评估,并正式对外发布。据了解,龙芯架构是龙芯中科经过20年的CPU研发和生态积累所打造的,除了基础架构部分,还包括向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分,有近2000条指令,是首个采用中文编写的CPU规范。并且具有完全自主、技术先进和兼容生态等三大特点。

  



  一是完全自主。龙芯此前在MIPS授权的基础上,研发出来了自己的处理器和扩展指令集,但由于缺少生态和支持,只能局限于有限的应用领域。而这一次新的架构系统从整个架构的顶层规划,到各部分的功能设计,都进行了自主重新设计,具有充分的自主性。

  二是技术先进。新的芯片架构系统既吸收了其他指令系统设计领域的先进技术和最新成果,也剔除了过时陈旧的指令,在硬件方面性能更高、功耗更低,也易于编译优化和操作系统、虚拟机等软件开发。

  三是兼容生态。龙芯架构不但融合了现有指令系统的主要功能特性,还能够实现各种国际主流指令系统的高效二进制翻译,确保现有龙芯电脑上应用软件的二进制无损迁移,绕过了单独拓展生态系统的瓶颈,也突破了MIPS架构的局限性。

  



  据了解,支持龙芯架构的龙芯3A5000处理器芯片已经流片成功,基于新架构的完整操作系统也能在3A5000计算机上稳定运行了。从其它主流指令系统到LoongArch的二进制翻译系统,完全可以在3A5000计算机上演示运行基于其它主流指令系统的复杂应用程序,这说明龙芯架构指令系统已经具备推广应用的基础。

  此外,龙芯中科从2020年开始,其新研发的CPU均支持LoongArch架构了,龙芯中科还将联合产业链伙伴在适当的时间建立开放指令系统联盟,在联盟成员内免费共享 LoongArch 及有关龙芯 IP 核,共同推进自主芯片架构的完善和发展。

  



  毋庸置疑,芯片产业自主化进程确实面临诸多困难和挑战,也非一朝一夕可以成功。但只要我们能够坚持,像龙芯架构研发一样沉得住气、舍得下长达二十年的功夫,就一定能够解决掉“卡脖子”的难题。到那时候,就像任正非所说的,想卖芯片给我们,我们也不需要了。

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