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探秘“魂芯二號A”:到底好在哪?有哪些應用前景?
2018-04-25 11:03:36 來源: 中安在線-安徽日報
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▲圖為“魂芯二號A”樣品展示。(資料圖片)

◆圖為中國電科首席科學家洪一在峰會上介紹“魂芯二號A”。(資料圖片)

  一枚僅比一元硬幣稍大一點的芯片,卻擁有每秒千億次浮點運算的強大功能……4月23日,中國電科38所發布了這一令人振奮的研究成果。歷經6年艱苦卓絕的努力,38所的科學家們做出了業界同類産品中單核性能最強的高性能數字信號芯片,實現中國“芯”、民族“魂”,讓各類裝備的“智慧大腦”如虎添翼。本報記者對中國電科首席科學家、“魂芯二號A”總設計師洪一進行了獨家專訪。

  “未來,從技術角度來説,我們要構建一個全軟件化的處理平臺,首先努力把産品進行譜係化和係列化;其次要細化應用領域,讓‘魂芯’係列芯片更高效,更有競爭力,為人工智能計算、大數據計算等提供強有力的支撐。 ”4月24日上午,在中國電科38所的辦公室裏,中國電科首席科學家、“魂芯二號A”總設計師洪一接受了本報記者的獨家專訪。

  “魂芯二號A”意味著什麼?

  ——“中國芯”每秒運算千億次,採用全自主體係架構,普適性更好,目前已具備量産能力,充分驗證了國産處理器的可用性和可靠性

  4月23日,中國電科38所在福州舉行的首屆數字中國建設峰會上,隆重發布了實際運算性能市場同類産品最強的數字信號處理器——“魂芯二號A”。該芯片由38所完全自主設計,每秒能完成千億次浮點操作運算,單核性能超過當前國際市場上同類芯片核性能的2.5倍。 “中興事件”發生後,這一“中國芯”的推出,更是受到社會各界的廣泛關注。

  “中國人可以做出自己的芯片,‘魂芯一號’‘魂芯二號A’的陸續推出,充分驗證了國産處理器的可用性和可靠性。 ”洪一表示。

  2012年,中國電科38所推出我國自主研發的首款實用型高性能浮點通用DSP(數字信號處理器)芯片——“魂芯一號”。 “魂芯一號”每秒能完成300億次浮點運算或80億次浮點乘法累加運算,可謂真正的中國“芯”、民族“魂”,其成功應用打破了國外高性能芯片在中國的壟斷地位。就性能而言,“魂芯一號”的性能高于同期市場同類DSP芯片3倍至4倍,並成功應用在我國空警-500預警機雷達等多個國防科技裝備上,讓空警-500實現了“小平臺、大預警、高性能、新一代”的戰略目標,成為我國首款廣泛應用于國防科技裝備的高端自主數字信號處理器。

  “與‘魂芯一號’相比,‘魂芯二號A’的性能和普適性更好,目前已具備量産能力。”洪一透露,“魂芯一號”是我國首款從指令集、體係結構、開發環境均自主設計的DSP芯片,“魂芯二號A”同樣採用全自主體係架構,外觀只比一元硬幣稍大一點,但其運算性能是“魂芯一號”的4.8倍,而且接口更多更好用,具有相對良好的應用環境和調試手段。比如,“魂芯一號”當時採用的是單核處理器、68個運算部件、600多條指令、24Mb存儲容量,而“魂芯二號A”在這些方面已經全面升級,單核變成了雙核,運算部件擴展到84個,指令增加到1400多條,存儲容量擴大到48Mb。

  “魂芯二號A”到底好在哪?

  ——擁有當前國際市場上性能最好的DSP核,可靠性、綜合使用成本等全面超越進口同類産品,未來可覆蓋C波段、X波段等更高頻段

  美國德州儀器公司生産的TMS320C6678芯片,是目前國際市場上通用的DSP産品。與國際市場同類産品相比,“魂芯二號A”同樣表現出色,並且實現性能的全面超越。

  洪一介紹,“魂芯二號A”通過軟件單核實現1024浮點FFT (快速傅裏葉變換)運算僅需1.6微秒,運算效能比德州儀器公司這一産品高3倍,實際性能為其1.7倍,器件數據吞吐率達每秒240Gb。在實際運算性能與德州儀器公司産品相當的情況下,功耗下降三分之一,在可靠性、綜合使用成本等方面全面優于進口同類産品。

  “國外産品一般需要通過可編程邏輯陣列器件,來連接模擬數字、數字模擬信號變換器,‘魂芯二號A’可與高速模擬數字、數字模擬信號變換器直接互聯,具備相關時序接口,可以實現P波段射頻直採軟件無線電處理形態。 ”洪一説,“魂芯二號A”明顯更好用,未來可以覆蓋C波段、X波段等更高的頻段。

  目前,“魂芯二號A”擁有當前國際市場上性能最好的DSP核,實現了市場上同類産品性能指標的超越,榮獲國家技術發明專利、軟件著作權等科技成果30余項。 “‘魂芯二號A’不僅支持多種協議,而且支持片上網絡調試、遠程調試,為係統維護開發提供便捷和快速實現手段。”洪一表示,這一芯片在數據吞吐、靈活性、易用性等方面獲得了良好的平衡。

  成功並非一蹴而就。從研發“魂芯一號”到推出“魂芯二號A”,中國電科38所的科學家們用了整整12年。 “這兩種芯片的研發均歷時6年,匯聚了眾多科研人員的心血和汗水。”洪一坦言,芯片的成功推出得益于集團良好的容錯環境和豐厚的技術積累。早在1986年,中國電科38所就推出我國首款客戶定制集成電路,目前在集成電路領域,他們已耕耘了30余年。

  “魂芯二號A”有哪些應用前景?

  ——將廣泛運用于雷達、電子對抗、通信、圖像處理、醫療電子、工業機器人等高密集計算領域,為我國建立自主體係高端DSP産品譜係奠定堅實基礎

  高性能芯片被譽為“工業糧草”,代表了一個國家信息技術水平。一直以來,我國在高性能DSP芯片方面始終依賴進口,國內的廠商只能進口芯片生産整機,産業結構在中低端徘徊,尤其在國防安全、公共安全、重大經濟安全等領域,“缺芯少魂”成為威脅我國國防安全和經濟發展的“心病”。 “魂芯二號A”的推出,表明中國電科38所正在努力破解這種困境。

  作為通用DSP處理器,“魂芯二號A”將廣泛運用于雷達、電子對抗、通信、圖像處理、醫療電子、工業機器人等高密集計算領域。目前,正在多種重大裝備以及圖像處理領域中推廣使用。洪一介紹,“魂芯二號A”的推出,使得軟件無線電從理想走向現實,芯片功能逐漸取決于軟件算法的更新成為可能,為我國建立自主體係高端DSP産品譜係奠定堅實基礎。

  根據摩爾定律,芯片每兩年更新一代。每隔兩年,芯片的性能提升一倍,價格、功耗減少一半。

  “我們産品迭代會越來越快,但做到金字塔頂端時,靠一己之力很難突破,必須凝心聚力方能啃下‘硬骨頭’。 ”洪一説,他們的夢想是打造自主處理架構的軟件無線電處理平臺,實現裝備硬件統一,功能取決于硬件上運行的算法軟件,即硬件和軟件升級相互獨立,不斷完善自主DSP的生態環境,為軍民電子信息裝備的發展提供持續的基礎支撐。 “國外的封鎖,的確給中國敲響了警鐘。但對我們而言,首先要不斷優化算法,提升産品性能,讓産品本身更具競爭力和生命力,只有這樣客戶才會選擇你。 ”洪一表示。

  ·短評·

  核心技術要握在自己手裏

  創新是引領發展的第一動力。在當前激烈的世界競爭中,核心技術花錢買不來,核心技術受制于人是最大的隱患。 “中興事件”的發生,讓“缺芯少魂”的問題,再次嚴峻地擺在人們面前,也再次提醒我們,解決痛點必須靠自主創新。

  中國電科38所最近發布完全自主研發的“魂芯二號A”高性能芯片,外觀雖然只比一元硬幣大一點,但運算能力達到每秒千億次浮點運算。這是我國科學家通過自主創新掌握核心科技的生動實踐,既提振了中國人自主創新的信心,也充分證明只有把核心技術掌握在自己手中,才能真正掌握競爭和發展的主動權。暫時落後不等于永遠落後。面對技術壁壘,不能盲目悲觀,也不必走極端之路。中國實現高質量發展,既要堅定不移地堅持改革開放,又要用好國際國內兩種科技資源,激發國人理性自強的心態與能力,通過自力更生掌握核心科技。(桂運安)

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【糾錯】 責任編輯: 徐宙超
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