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把握创新发展主动权，华夏芯立足核心IP构建人工智能生态

2020-08-27 11:31:00 来源: 互联网

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从上世纪70年代Intel发明的微处理器（MCU）到今天的超级计算机，人类的聪明才智使得芯片的运算性能增长了数十亿倍。如何让芯片算得更快、能效比更低一直是摆在全世界芯片设计工程师面前的一大挑战。为了应对这一挑战，业界一直存在两种创新的途径，一种是通过采用更先进的工艺让单位面积的硅片上增加更多的计算单元，并降低能耗；另一种是从芯片的底层架构上进行创新，比方说，采用异构计算、模拟计算、存算一体化等新技术。

今天一个5nm工艺晶圆厂需要100多亿美元投资，从而导致采用5nm工艺的芯片流片费超过1亿人民币，再加上先进工艺下的芯片设计需要更多的人力和时间投入，进一步抬高了芯片的成本。但是，人们对芯片性能的渴求并不代表着芯片设计公司可以把日益高昂的芯片成本转嫁给下游用户。因此，如果只沿着工艺路径去提升性能，最终结果是全球只有少数芯片巨头才能生存下去，大公司已有的垄断程度会进一步增加。中国目前只有华为和中兴有能力在5nm工艺下实现投入、产出的盈亏平衡。更为严重的是，美国的霸权和封锁导致了中国短期内在先进工艺上达到5nm水平的可能性不大。

此外，随着人工智能的兴起，按照传统底层架构设计的高端芯片还引发了一个新的痛点，这就是高端芯片的编程开发越来越复杂，导致应用研发的人员投入和时间投入成为产品开发者的梦魇。因此，中国应该把更多资源投向底层架构的自主创新，只有这样中国的芯片产业才有可能另辟蹊径，杀出一条血路，既突破先进工艺对中国发展高端芯片的制约，又提升国产芯片在应用开发上的竞争力。

架构创新既是中国的短板，又是中国最有可能突破的地方。以现在业内十分热门的异构计算为例，中国在异构领域的底层架构进行自主创新的芯片公司极少。即便是在通用芯片中核心的CPU领域，基本上都是长期依赖第三方的IP核授权。最主要原因是这些底层架构的IP都需要长时间投入，并且更大挑战还在于这些底层架构的创新一般都需要构建新的生态。当华为推广的鲲鹏生态都不得不依附在CPU垄断巨头ARM之上的时候，中国芯片行业在底层架构领域的创新到底有没有成功的可能性呢？

如果放眼全球集成电路的发展格局，我们应该清醒地认识到，牢牢把握创新和发展主动权的重要性。更何况美国的电子复兴计划重点支持的就是底层架构的创新。例如，美国国防部高级研究计划局DARPA、芯片巨头Intel和赛灵思等都在积极探索前沿的异构创新，目标是在相对落后的工艺（美国在工艺创新上已经落后于台积电和三星）上实现优异性能，并降低研发投入、缩短开发周期，减少开发人员工作量和开发门槛。当然，这些异构设计创新必然会导致集成电路行业新物种、新生态的出现。

在人工智能芯片领域，目前主流设计是包含了CPU、DSP、AI专用处理器的异构架构。如果按照传统的设计思路，芯片公司会从CPU、DSP和AI的IP厂商那里许可不同的IP核。这些由不同厂商提供的计算单元都需要设计公司配置相对应的指令集、工具链和微架构团队，而且不同计算单元之间需要相当长的相互验证时间。因此，芯片的设计团队极为庞大，更令人头痛的是在应用开发阶段需要按照一比数十的比例来配置硬件和软件开发工程师队伍。因为在异构芯片上进行应用开发十分复杂，涉及不同IP的指令系统、底层架构、工具链，而且一个人工智能的应用可能需要多种计算单元协同计算；即便是人工智能应用中的神经网络算法，目前编程模式下开发效率也很低。

为面对这一挑战，华夏芯（北京）通用处理器技术有限公司（以下简称“华夏芯”）采用了全新的设计思路：基于华夏芯的统一指令架构设计了CPU，DSP和AI张量处理器 IP，华夏芯为用户提供一套开发环境、仿真模型，大幅降低了异构编程的开发难度，提高了人工智能应用的开发效率，即使一个小规模的研发团队也能够快速完成复杂的人工智能应用开发。