华夏芯李科奕：未来主流架构是异构计算，半导体产业要重视IP，强调原始创新
2019-09-22
14:57:00
来源: 镁客网
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华夏芯是国内少有的基于自主IP的异构计算芯片设计公司。
半导体产业的创新，总是伴随着新的应用场景出现，AI和5G的到来，也意味着传统的计算架构正面临新一轮的挑战。
在一些特定领域，比如AI和5G等场景下，通用计算显得越来越吃力，异构计算则顺势而上，正逐渐成为主流的芯片架构。
那么，何为异构计算呢？
多种计算单元（例如CPU、GPU、DSP、AI加速器、FPGA等）的搭配、集成、融合统称之为异构计算。通常情况下，异构计算架构的芯片中既有传统的通用计算单元，也有高性能的专用计算单元，例如神经网络的加速器。
异构计算由来已久，不过在AI和5G对计算性能超高要求的催化下，芯片的设计创新开始聚焦于此。华夏芯（北京）通用处理器技术有限公司（简称为华夏芯）便是国内最早从事异构计算研究的芯片公司之一。
在由工业和信息化部人才交流中心、南京市江北新区管理委员会共同主办的芯动力人才计划——第一届集成电路创新创业论坛上，镁客网采访了华夏芯创始人李科奕，他表示，“芯片行业的共识是：未来AI和5G芯片的主流架构一定是异构计算。”
图 | 华夏芯创始人李科奕
AI和5G场景是异构计算的春天
这几年，专用芯片的概念甚嚣尘上，一大波初创公司推出了针对某个特定应用场景的AI专用芯片。
但在李科奕看来，全球芯片行业发展到今天，从来没有出现过某一领域的专用芯片公司成长为行业巨头的案例。
“Intel、英伟达这些垄断企业的主要销售收入都来自于通用型、平台型的芯片。专用芯片虽然性能很好，但有其自身的局限性：生命周期短，需要不断的迭代。只有在AI算法、通讯协议已经固定的场合，专用芯片才会有一定的市场。更重要的是，通用计算的复杂度远比专用计算高很多，通用芯片厂商很容易就可以把专用计算单元集成到芯片中去，这就是所谓的异构计算。”
与传统的通用计算芯片相比，异构架构具有高性能、低功耗等显著优点。而且，相对于专用计算芯片，即使新的算法出来，异构架构的芯片也可以依赖通用计算单元加以支持，不至于很快会被淘汰，从而延长了芯片的生命周期。所以在先进工艺投入越来越大的情况下，异构计算成为业界主流的选择。
集成电路的技术发展趋势让李科奕选择了从异构计算的角度切入，另一方面则是着眼于辅助驾驶、边缘计算、智能安防、5G等新兴应用带来的异构计算的市场机遇——这些场景的共同特点是都只需要“单点”的应用开发，而不用像手机、PC一样需要汇集众多第三方的应用软件，从而有很强的生态依赖性。
李科奕表示，“PC时代是Wintel联盟主宰生态，移动互联网是Arm+Android主导生态，AI和5G时代则开启了全新的生态、或者是多生态并存的局面，这也是国产芯片厂商的发展机遇。”
换句话说，AI和5G下的应用场景既没有传统生态的压力，也没有出现巨头垄断的市场格局。从事原始创新的初创公司完全可以通过价格、性能、定制开发等机制引导应用开发厂商自愿把它们的软、硬件开发移植到新的处理器架构+操作系统的平台上。
“当市场没有垄断生态，技术、创新和应用成为决定因素的时候，我们就有了打破天花板的可能。”
发轫于底层IP，专注芯片设计的原始创新
现在绝大多数异构计算芯片使用的都是不同供应商的IP，需要庞大的芯片设计团队去完成包括IP相互验证在内的技术维护和设计工作。但李科奕认为这种“拉郎配”式的传统异构设计方式，没有解决异构计算推广的主要障碍：极为复杂的异构编程。
所以，华夏芯选择从异构芯片的底层IP开始，做芯片设计领域的原始创新企业——他们是国内少有的基于自主IP的异构计算芯片设计公司。
以异构编程为例，计算任务要在多个供应商提供的不同的计算单元上运行，比方说，有的AI计算首先需要在CPU或者DSP上进行任务分割或者处理，然后在AI加速器上进行目标识别，再将结果反馈到CPU进行下一轮的计算。要熟悉不同计算单元之间数据流的调度、交换和进行决策的机制，这些对于复杂的AI系统开发者来说都是门槛很高的难题。
这种耗费大量人力、物力的开发工作显然不适合全球大部分人工智能公司都是中小型企业的现状，所以华夏芯决定另辟蹊径，走了一条创新的异构设计道路。
“如果你的编程模型，能够让各种计算任务在CPU、DSP或者GPU上都能运行，由编译器和系统按照计算效率自动选择最佳的运行载体，进行任务分割，再系统化地对计算、通讯、存储的开销进行优化，这样就能大幅降低编程开发的门槛。”要实现这一目的，不从底层IP创新做起，是无法打破IP供应商之间各自为政的藩篱壁垒。
所以华夏芯设计了创新的Unity统一指令集架构，此架构由一套基础指令集和面向不同应用类型的扩展指令集组成，结合以先进的微架构设计，就形成一套彼此高度融合的CPU、DSP、GPU和AI处理器异构平台。
目前，华夏芯已经发布自主知识产权的Unity统一指令集架构和基于此架构的CPU、DSP及AI专用处理器系列IP，以及已经量产投片的多核异构GPT8300SoC芯片。
IP就相当于建筑物的地基，有严格的专利保护，所以虽然自己打地基建高楼，比买基于别人地基上的样板房自由度更高，但疑问也随之而来，IP设计如何绕过巨头们的技术专利？
这也是摆在诸多国内芯片设计公司面前的难题，如何脱离桎梏，找到一条创新之路。李科奕认为，如果我们还是用传统的思路去做CPU、DSP和GPU，肯定很难绕过之前行业巨头的IP专利限制。
李科奕打了个比方，之前传统的IP是由不同的水果树分别结出不同的果实，华夏芯是通过转变水果树的基因，让一棵树上结出不同的水果。“技术路径不一样才能绕开其他厂商的IP专利，而且我们这种设计思路，也’浓缩’了芯片设计团队规模，不需要为每个计算单元配备工具链和应用开发的团队，并且大幅度降低了用户开发的门槛。”
没有自主创新的国产IP支撑，中国芯片设计产业会大而不强
目前，华夏芯的异构计算主要覆盖的场景是AI和5G领域对计算有高需求的应用，例如辅助驾驶、边缘计算、机器人、安防监控、智能家居等等。就像李科奕自己说的，越是对芯片的计算性能、效能功耗比和生命周期有要求的场景，华夏芯的异构计算优势越能显现。
和多数芯片设计公司不同，华夏芯的商业模式有两种，一是芯片设计定制，即利用自主研发的IP平台为客户设计定制芯片：二是IP授权，即许可IP给客户自己设计芯片。
当下华夏芯主要以服务有定制需求的客户为主，基于全套成体系的IP和设计平台，通过与客户共同定义芯片，可以最大程度满足客户在不同发展阶段的定制需求——从小批量定制到大规模量产的芯片及解决方案，并且降低应用开发的难度。目前已经有几款为客户定制的芯片产品开始量产。
华夏芯李科奕强调，“我们是既IP厂商，也是计算平台供应商。华夏芯的IP覆盖了从端到云的全产业链，我们的目标是为客户提供一次开发、多处部署、端云结合、协同计算、前后兼容的计算平台。”
最后，谈到国内半导体产业的发展现状，李科奕认为，国内芯片公司还处于中低端同质化竞争的局面，市场环境也比较浮躁，无论是风险投资还是政府的关注点，更多的是聚焦在应用创新或者工艺制造方面，对IP和设计环节重视不够。国内的芯片设计公司的投入也以先进工艺为主，而不是设计创新、架构创新。如果按照这种思路发展，中国只会成为集成电路的大国，但不会变成一个集成电路的强国。
“国内集成电路产业热衷于投资生产制造环节，但是没有强大的IC设计支撑，下游的制造、封测就面临无源之水、无根之树的风险。”
他提出了对国内集成电路产业的发展的一些建议：“IP是整个集成电路产业链最上游的节点，投资周期长，但IP才是集成电路产业的命脉、咽喉。没有坚持自主创新的国产IP链条，中国的IC设计就永远改变不了被国外IP公司卡脖子的局面。不重视芯片的设计创新、架构创新，中国的IC设计很可能是大而不强。”
责任编辑：sophie
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