針對華爲的芯片禁令已經宣佈快滿一年了,隨着原來囤積的庫存芯片越來越少,華爲的困境也越來越明顯,尤其是華爲的智能手機業務,從曾經一度佔據了全球出貨量第一的位置,目前已經掉到了前五名之外。也正因爲如此,自主芯片技術在一年來被前所未有地關注,儘快建立起完全自主的芯片產能,已成爲一項共識。


芯片生產主要涵蓋設計、製造、封裝測試等關鍵環節,以華爲海思、紫光展銳等爲代表的設計企業,目前已經達到或接近業界先進水平,在芯片封測領域我們也湧現出了一批打入國際主流市場的代表公司。而在芯片製造方面,雖然中芯國際的14nm工藝已經成熟量產,但由於光刻機以及一些原材料受限,目前還無法制造更加高端的芯片,而且受禁令影響,甚至連14nm的芯片也不能給華爲代工。因此,芯片製造也是目前關注度最高、投資最熱的領域。
然而在實際上,即使是在已經追趕上來的芯片設計領域,我們依然面臨着很大的風險。華爲海思在芯片設計上已經領先,但有一個非常致命的缺陷,那就是架構依然掌握在別人手裏。


目前比較知名的芯片架構規範,包括Intel和AMD使用的x86,智能手機等移動終端廣泛採用的ARM,還有近年在國內開始重視起來的RISC指令集。華爲芯片的設計主要就是基於ARM架構的。
因爲美國的禁令,業界曾擔心ARM將不再與華爲合作,好在前不久ARM的負責人也確認,其授權不會受到美國技術的限制。但畢竟不是自己可控的東西,尤其英偉達收購ARM又增加了華爲使用ARM的變數,說不定哪天又變卦了。有人會說華爲已經獲得了ARM v8版本的永久授權,但ARM架構與相應的工藝技術都是在不斷迭代進步的,華爲如果不能獲得新的授權,無疑對其先進芯片設計是影響巨大的。


因此,打造具有自主自是產權的芯片架構,也是我國芯片供應鏈的重要一環。其中,發展和完善開放的RISC-V指令架構,成爲一個可行的選擇方向。國內一些企業和組織成立了開放指令生態(RISC-V)聯盟,協同從事RISC-V指令集、架構、芯片、軟件、整機應用等,產業鏈各個環節的研發。阿里巴巴旗下的平頭哥半導體研發的玄鐵系列芯片,就是目前業界性能最強的RISC-V架構芯片之一,可以應用於5G、人工智能、物聯網、自動駕駛等諸多領域。
當然,使用RISC-V的好處是限制少,不必受制於人,但同時這也是一個缺乏支持的指令集。這種精簡指令集主要在嵌入式系統中具有優勢,但很難發展成爲個人電腦或服務器CPU的主力,因此我們還需要另尋出路。比較可喜的是,龍芯指令架構系統的正式發佈,意味着經過潛心研究20年,我國又一項完全自主的關鍵芯片技術成果面世。


近日,龍芯團隊宣佈,其自主指令架構系統(LoongArch)的基礎架構通過知名第三方知識產權機構評估,並正式對外發布。據瞭解,龍芯架構是龍芯中科經過20年的CPU研發和生態積累所打造的,除了基礎架構部分,還包括向量指令、虛擬化、二進制翻譯等擴展部分,有近2000條指令,是首個採用中文編寫的CPU規範。並且具有完全自主、技術先進和兼容生態等三大特點。

一是完全自主。龍芯此前在MIPS授權的基礎上,研發出來了自己的處理器和擴展指令集,但由於缺少生態和支持,只能侷限於有限的應用領域。而這一次新的架構系統從整個架構的頂層規劃,到各部分的功能設計,都進行了自主重新設計,具有充分的自主性。
二是技術先進。新的芯片架構系統既吸收了其他指令系統設計領域的先進技術和最新成果,也剔除了過時陳舊的指令,在硬件方面性能更高、功耗更低,也易於編譯優化和操作系統、虛擬機等軟件開發。
三是兼容生態。龍芯架構不但融合了現有指令系統的主要功能特性,還能夠實現各種國際主流指令系統的高效二進制翻譯,確保現有龍芯電腦上應用軟件的二進制無損遷移,繞過了單獨拓展生態系統的瓶頸,也突破了MIPS架構的侷限性。

據瞭解,支持龍芯架構的龍芯3A5000處理器芯片已經流片成功,基於新架構的完整操作系統也能在3A5000計算機上穩定運行了。從其它主流指令系統到LoongArch的二進制翻譯系統,完全可以在3A5000計算機上演示運行基於其它主流指令系統的複雜應用程序,這說明龍芯架構指令系統已經具備推廣應用的基礎。
此外,龍芯中科從2020年開始,其新研發的CPU均支持LoongArch架構了,龍芯中科還將聯合產業鏈夥伴在適當的時間建立開放指令系統聯盟,在聯盟成員內免費共享 LoongArch 及有關龍芯 IP 核,共同推進自主芯片架構的完善和發展。


毋庸置疑,芯片產業自主化進程確實面臨諸多困難和挑戰,也非一朝一夕可以成功。但只要我們能夠堅持,像龍芯架構研發一樣沉得住氣、捨得下長達二十年的功夫,就一定能夠解決掉“卡脖子”的難題。到那時候,就像任正非所說的,想賣芯片給我們,我們也不需要了。

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