印度大力发展RISC-V，谋求半导体崛起
2020-08-21
14:01:00
来源: 半导体行业观察
来源：内容来自半导体行业观察综合，谢谢。
据报道，为鼓励本土企业参与自给自足的半导体竞赛，印度已经发起了一个全国性的项目，以推动 RISC-V 微处理器的自主研发。其希望相关技术能够最终替代进口零部件，并用于制造推向世界各地的大批量产品。组织方表示，印度致力于实现芯片领域的广泛自主，以满足从监控、运输、环境状况监测等公共事业服务，到智能风扇、门锁、洗衣机等日常用品的需求保障。
据悉，这项全国性的竞赛呼吁初创企业和学生们使用自主开发的 CPU 内核，来构建提议中的 25 类设备，包括物联网小工具、无人机、机器人、甚至煤气管道的泄露监测器。
主办方立荐的两类自研微处理器设计，包括印度马德拉斯技术学院的 Shakti（包括 32-bit E-Class 和 64-bit C-Class），以及先进计算开发中心的 64-bit Vega 微处理器。
两者都基于开源、免版税的 RISC-V 指令集体系架构，其中 Shakti 有六个衍生版本，面向从嵌入式应用程序、到服务器、甚至高性能计算（HPC）等领域。
在十个月的时间里，有希望的竞赛参与者将可领取 Artix7-35T / Artix7-100T FPGA 开发板，以便在软核心上运行他们自创的处理器设计。
印度官员表示，此举有助于该国的半导体设计和制造能力，为芯片自给自足的长期愿景奠定生态基础。
在上文提到的Shakti，就是印度的第一个处理器，这是由印度政府位于昌迪加尔市的半导体实验室制造（180nm 制程），另有英特尔代工厂的 22nm 制程可供使用。至于 Vega，亦有五个衍生版本可供选择。数据显示，Shakti处理器规划了6个不同系列，并各自针对不同的市场，印度方面宣称该处理器在核心面积、性能、功耗等方面都很有竞争力。
其中，E系列针对IoT物联网，机器人等方面定制优化；C系列针对微型的控制器应用，核心频率200MHz-1GHz；I系列核心频率1.5-2.5GHz，支持多线程，面向移动、存储、网络应用，也是主打嵌入式；M系列的对象则是主流的消费级市场，八核心的处理器针对用户的日常使用所打造；S系列则针对工作站和服务器，可以看做是I系列的增强版本，在性能上有一定的提升；最后是H系列用于高性能的场景运算，也是其中性能最突出，可选四级缓存，支持Gen-Z Fabric互连总线、存储级内存。
E系列针对IoT物联网，机器人等方面定制优化；C系列针对微型的控制器应用，核心频率200MHz-1GHz；I系列核心频率1.5-2.5GHz，支持多线程，面向移动、存储、网络应用，也是主打嵌入式；M系列的对象则是主流的消费级市场，八核心的处理器针对用户的日常使用所打造；S系列则针对工作站和服务器，可以看做是I系列的增强版本，在性能上有一定的提升；最后是H系列用于高性能的场景运算，也是其中性能最突出，可选四级缓存，支持Gen-Z Fabric互连总线、存储级内存。
Shakti处理器将针对各个行业深度优化，在专业，企业和个人中找到差别，并推出适合用户的处理器，这样的方式无疑很节省资源，节省效率以提高性能。
早前，印度将RISC-V列为国家指令集，包云岗老师曾在一篇文章中写道，2011年印度开始实施处理器战略计划，在全国范围资助2-3个研制处理器的项目。印度理工学院马德拉斯分校（Indian Institute of Technology，Madras）的G. S. Madhusudan与V. Kamakoti教授在该计划支持下启动了SHAKTI处理器项目，目标是研制与IBM PowerPC兼容的处理器。为了获得合法授权，SHAKTI项目组与IBM开展了合作谈判，但始终未能达成一致。
与此同时，加州大学伯克利分校推出了一套开放指令集RISC-V，其原型芯片也于2013年1月成功流片。于是2013年SHAKTI项目组毅然放弃PowerPC，全面拥抱RISC-V——将项目目标调整为研制6款基于RISC-V指令集的开源处理器核，涵盖了32位的单核微控制器、64核64位高性能处理器和安全处理器等多个应用领域。
项目目标的临时调整不仅未受到指责，反而得到了政府更大力度的支持，调整后的SHAKTI项目获得了9000万美元的经费支持[2]。另一边，2016年1月，曾长期开展超级计算机研究的先进计算发展中心（Centre for Development of Advanced Computing，C-DAC）获得印度电子信息技术部4500万美元的资助，目标研制一款基于RISC-V指令集的2GHz四核处理器。
在印度政府支持的另一个关于神经形态加速器（neuromorphic accelerator）项目中，也将RISC-V作为计算主核心。过去几年，随着印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V靠拢，力出一孔，RISC-V成为了印度的事实国家指令集。
尽管印度在芯片设计和电子制造方面做得不错，但长期以来在设置半导体晶圆制造（FAB）装置方面一直面临挑战。
数字时代推动了世界以前所未有的规模消费电子产品。2019年，全球个人计算机，平板电脑和移动电话的出货量总计22亿部。所有这些小工具都需要半导体芯片才能正常工作，很明显，这些芯片生产量大的经济体在增强功能方面受益最大。美国，日本，韩国，中国，新加坡等都是半导体芯片的大型生产国，并且在全球经济中拥有强大的立足点。
尽管印度在芯片设计和电子制造方面做得不错，但长期以来在印度设立半导体晶圆制造（FAB）部门一直面临挑战。这是由于多种因素造成的，当中不仅包括该国缺乏基础设施和熟练劳动力，另外与中国和越南等邻国竞争也很困难，这些邻国由于具有更高的成本效益而成为全球芯片制造商的首选目的地。基于这些原因，英特尔在2014年表示，对在印度开始生产没有任何兴趣。
印度工业半导体制造公司（HSMC）是由ST Microelectronics和Silterra Malaysia组成的公司财团，其目标是在古吉拉特邦启动启动芯片制造厂，该项目价值300亿卢比。但政府于2019年取消了授予HSMC的意向书，原因是该财团无法提交政府要求的建立半导体晶圆制造（FAB）部门所需的文件。虽然HSMC得到了AMD的支持，并且还从总部位于孟买的Next Orbit Ventures获得了70亿卢比的资金。现在没有任何私人公司提出启动此类项目的提议。
然后是由Jaiprakash Associates牵头的另一个财团，该财团与IBM和以色列的Tower Semiconductor合作，开始在UP进行芯片制造。2016年，负债累累的Jaiprakash（JP）Associates撤出了340亿卢比的资金。如果政府批准的仅有两个私营部门财团无法在该国建立大规模芯片制造厂，那么这肯定是一个糟糕的指标，这也说明了印度在这一领域落后的原因。
全球有170多家半导体制造厂。每家工厂的成本超过10亿美元，很容易达到3-4亿美元。举个例子，2014年，三星在其新的存储芯片工厂上花费了147亿美元。
而半导体工厂中央部分的要求极其复杂：
1.公司必须消除所有粉尘，温度和湿度的控制，以减少静电，减少振动。
2.用于不同工艺（例如光刻，蚀刻，清洁，掺杂和切块）的机器价格从70万美元到400万美元不等，每个晶圆步进机（stepper）的价格也高达五百万美元。一个工厂需要数百台机器。
3.这种工厂的资本折旧可以占制造成本的50-80％。
现在，假设印度想建造这种工厂。显然，第一家工厂的最低成本为147亿美元（与三星相同）= 10,06,14,15,00,000 INR = 1000亿印度卢比。
而看印度企业的市值，信实工业有限公司（RIL）是排名最高的印度公司，也仅仅值712亿美元；SBI的总权益为320亿美元。印度石油的总收入为610亿美元。
而对于美国整个半导体行业，洁净室的电力需求估计为3500 MW，每年的消耗量超过15,000吉瓦时。
不惜任何代价。没有印度公司可以冒险。此外，由于基础设施差，工人少和电力问题，外国公司无法投资。
显然，在印度成为半导体芯片制造领域的主导者方面，人才不缺乏。然而，该国一直在努力寻找建立大规模生产所需的晶圆厂的方法。现在，随着对电子产品需求的增长，印度已成为半导体芯片的大型净进口国。
实际上，专家说，印度在半导体进口上的支出比在石油上的支出更多。减少对芯片进口的依赖的方法是在国内建立半导体制造部门。在这里，政府需要确保有适当的基础设施并进行投资，以便可以创建可扩展的制造部门。我们还需要审视中国在半导体制造领域的成功经验并吸取教训。
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