華夏芯基于自主指令集的64位CPU

    後摩爾時代，中國晶片的機會在于原創性、引領性創新。由于晶片的應用場景越來越碎片化，導致晶片的投入和産出越來越難以平衡。因此，對于中國甚至全世界的中小晶片企業來説，採用設計創新比採用工藝創新更可行。

《環球》雜志記者/胡艷芬

　　實踐反覆證明，關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。

　　當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變數。而提升自主創新能力，盡快突破關鍵核心技術，已經成為構建新發展格局的一個關鍵問題。面對激烈的國際競爭，在單邊主義、保護主義上升的大背景下，原始創新能力的提升已越來越重要，實現“從0到1”的突破越來越緊迫。

　　在近日召開的中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科協第十次全國代表大會上，習近平總書記強調要加強原創性、引領性科技攻關，堅決打贏關鍵核心技術攻堅戰。

　　而晶片領域的原創性、引領性創新，正是這場技術攻堅戰中非常重要的一環。在中國工程院院士李國傑看來，高端晶片自主智慧財産權的缺失，是中國産業技術中最令人揪心的短板之一，也是亟待換道超車、實現破局的關鍵領域。

“缺芯”，但更“缺新”

　　以往每當直面“缺芯”問題時，中國往往看到的是自身危機。數據顯示，2020年全球晶片市場規模為3957億美元，中國大陸市場佔36.24%，是全球最大的晶片市場。但與此同時，作為晶片進口大國，中國的晶片自給率仍然較低，2019年晶片自給率僅為30%。今年年初，國務院印發《新時期促進積體電路産業和軟件産業高品質發展的若幹政策》，其中提到，中國晶片自給率要在2025年達到70%。5年時間內，晶片自給率要提高一倍以上，這頗具挑戰性。

　　如今，“缺芯”問題已演變成困擾全球多個産業的問題。除汽車以外，手機、消費電子等多領域均受波及。業內人士指出，需求旺盛、産能不足以及供應鏈管理不足等多重因素疊加造成了晶片短缺的困境。國際半導體設備與材料組織（SEMI）全球副總裁、中國區總裁居龍表示，全球“缺芯”、價格上漲是超級周期的結果，也加速了全球産業鏈的布局重整，中國是全球最大的積體電路市場，受“缺芯”影響很大，需要有良好的應對策略。

　　華夏芯（北京）通用處理器有限公司（以下簡稱華夏芯）董事長李科奕告訴《環球》雜志記者，當下的“芯荒”使得晶片企業處于極為有利的賣方市場，産品價格不斷提升且不愁銷路。因此，全球半導體産業鏈上的制造企業和設備、材料供應商正在加大投資力度和擴大産能。但是，全行業的景氣狀況可能會掩蓋長期以來中國積體電路産業在技術創新尤其是引領型創新方面的短板。積體電路是一個高度周期化的行業，一旦這一輪景氣周期結束，下一輪殘酷的行業洗牌隨時可能來臨。屆時，國際巨頭可能會憑借技術優勢和資金實力進一步加強壟斷。因此，中國的晶片企業必須抓住現在相對有利的市場環境，在核心技術的創新上取得突破。

　　值得肯定的是，當前中國積體電路産業在晶片設計、EDA工具、制造工藝、封裝技術、核心設備、關鍵材料等方面的創新均取得了一定成就。“但是，這些成果很少屬于積體電路産業裏程碑式的引領型創新。”李科奕説，“晶片行業的引領型創新以原創的身份突破制約積體電路發展的關鍵核心技術，它包括三個基本屬性：原創的、顛覆性的技術，行業內得到普遍推廣和應用，對人類生活産生重大影響。開展引領型創新需要有超凡的勇氣，需要長時間坐冷板凳，需要全身心投入到創新研發中，才可能取得成功。”

抓住後摩爾時代的“創芯”機遇

　　中國工程院院士、浙江大學微納電子學院院長吳漢明日前表示，後摩爾時代，晶片性能提升逐步放緩，意味著給了一直處于追趕狀態的中國一個機會。

　　據吳漢明介紹，目前國內已經有公司通過“成熟工藝+異構整合”的方式，利用40奈米的成熟工藝+異構整合，産品性能可與16奈米媲美。“這也代表著後摩爾時代的技術延伸和發展方向。”

　　後摩爾時代，正是一個多賽道變道競技的時代。工信部電子資訊司司長喬躍山表示，2020年，中國積體電路産業規模達到8848億元，“十三五”期間年均增速接近20%，為全球同期增速的4倍。未來在中國經濟穩健增長的態勢下，在5G、雲計算、物聯網、人工智慧、智能網聯汽車等新型應用的驅動下，中國積體電路市場需求仍將持續增長。

　　“尤其是物聯網的發展，推動大數據、雲計算和人工智慧的發展。”國家信息化專家咨詢委員會原常務副主任周宏仁向《環球》雜志記者分析道，數字化、網絡化、智能化技術的應用開始向各種産品滲透，使“計算”向著以産品計算為主流應用的方向發展。因為全球“物”的數量巨大，“用戶”數量將以百億計。如此龐大的應用需求，勢必影響核心晶片技術的下一輪革命性變革。全球物聯網所需的核心晶片技術的體係架構還在成形之中，是當前全球晶片和産業界競爭的焦點。

　　中國晶片企業應該以怎樣的姿態參與這場競爭？“是戀戰過去，還是面向未來？我們曾經認為‘造不如買’，放棄了原始創新，卻失去了晶片發展的關鍵幾年。”周宏仁説，“英特爾首席技術官預測，量子計算真正實現大規模商業化還需要10年時間，難道我們還值得為X86和ARM再爭吵10年？面向未來，不要揪著X86和ARM的體係架構不放，而要放眼‘大智物雲’的發展需求，做前瞻性的趕超部署。”

　　周宏仁表示，值得欣慰的是，如今，中國已經有一係列前沿技術嶄露頭角了，如異構計算晶片、人工智慧晶片和量子晶片等。

中國“創芯”者在努力

　　據李科奕介紹，在晶片領域，如今採用先進工藝的投入已越來越高。以臺積電5奈米晶片工藝為例，一次流片的費用高達上億元人民幣。而晶片的應用場景越來越碎片化，導致晶片的投入和産出越來越難以平衡。因此，對于中國甚至全世界的中小晶片企業來説，採用設計創新比採用工藝創新更可行。

　　目前，異構計算和異構整合（Chiplet）是晶片設計領域創新的熱點。華泰證券研究所在最近推出的研究報告中指出，半導體技術發展進入後摩爾時代是未來10年半導體行業投資的重要主線。“半導體制造有望在2022年步入2奈米時代，這之後的演進路線目前仍然是未知數。異構計算、異構整合、先進封裝等後摩爾時代技術可能成為支撐人工智慧、雲計算、自動駕駛等半導體行業持續發展的動力。”

　　華夏芯就是後摩爾時代的一個“創芯”者。據了解，華夏芯基于自主智慧財産權指令集所進行的創新，不只是對晶片的創新，更是對晶片底層架構的創新。

　　李科奕表示，“傳統的異構計算只是在物理上把不同種類的計算引擎整合在同一顆晶片上，引擎之間缺乏協同，計算復雜，用戶編程開發的門檻也很高，中小企業難以使用和推廣。華夏芯目前是中國唯一一家在晶片底層架構上實現顛覆性創新、基于全自主指令集開發異構處理器的企業。”

　　從技術層面看，華夏芯所倡導的異構計算路徑是當下全球主要的熱點技術之一。據介紹，傳統的異構計算開發工作需要耗費大量人力、物力和時間，開發速度不理想，也不利于中小企業發揮創新能力，只有少數有實力和財力的巨頭才可能推廣相關的晶片産品。華夏芯針對以上難題，開發了高效、簡單、統一的異構計算晶片設計平臺和編程開發平臺，特別適合中小企業基于該平臺進行二次開發和應用推廣。

　　“顛覆性的原創、技術服務于眾多中小企業而非用于加強少數巨頭的壟斷地位、具有廣泛的應用前景——這種創新不僅是國家和行業發展所需，也是廣大科學研究者孜孜以求的奮鬥目標。”李科奕説。

　　周宏仁也認為，這種換道超車的戰略，也就是集中力量，在關鍵技術領域實現引領性創新突破，符合中國的實際需求，“我們要用有限的人才和社會資源，突出戰略重點，力爭引領下一代核心晶片技術的發展。”

　　中國工程院副院長陳左寧指出，中國要打造強國之“芯”，必須搶抓發展機遇，中國積體電路産業未來發展需要秉持開放、合作的精神，正視當下積體電路發展的挑戰，抓住後摩爾時代迎頭趕上的機遇，加速新型舉國體制下的公共技術研發平臺建設，由單點突破轉向産業鏈整合，夯實發展基礎，打通科技創新與産業創新的“全鏈條”，努力實現中國芯的跨越式發展。

來源：2021年7月5日出版的《環球》雜志 第13期

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