任重而道遠 中國芯片發展啟示錄

郭濤+徐文藝

擁有一顆真正的”中國芯”是幾代中國IT人的夢想。這里說的所謂的“真正”，不僅指品牌，還表示在服務器、存儲等關鍵IT設備中，中國人自己設計、制造的芯片可以得到大規模的應用。在中國政府大力投資和扶持芯片產業發展、各行業用戶越來越重視自主可控的背景下，中國芯片產業的發展進入了一個全新的階段，而長期把持芯片市場的國外巨頭也紛紛調整自己的在華戰略，在芯片領域，中外合資、合作出現了新的趨勢。

2016年1月17日，貴州省政府與美國高通公司在北京簽署戰略合作協議，宣布雙方投資成立的合資企業貴州華芯通半導體技術有限公司正式成立，該合資企業將專注于設計、開發并銷售供中國境內使用的先進服務器芯片。

無獨有偶，就在貴州省政府與美國高通公司宣布合作的幾天后，清華大學、英特爾公司和瀾起科技（上海）有限公司也在北京簽署協議，宣布將聯手研發融合可重構計算和英特爾x86架構技術的新型通用CPU（服務器領域）。英特爾公司將提供資金和其他重要資源，以便推動整個項目的發展。

英特爾、高通重新布局服務器芯片業務，并向中國市場傾斜，這是在全球服務器市場重心“東移”情況下的新趨勢，再加上IBM在中國成立“中國Power技術產業生態聯盟”，向中國相關企業開放其POWER芯片授權，中國芯片產業再次受到國外芯片大佬的垂青。這是中國芯片市場再次起飛的新契機，還是將更深地陷入對國外廠商的依賴呢？

選擇適合自己的道路

整體上看，x86服務器GPU市場原本是英特爾和AMD兩強相爭，但是由于AMD的策略問題，現在基本是英特爾一家獨大。當然，在高端服務器市場上，IBM POWER還是有一定用戶基礎的。隨著云計算、大數據、物聯網等新技術的興起，英特爾開始向嵌入式GPU領域滲透，而原來主要用于消費類產品的ARM處理也開始向服務器、存儲進軍，高通、亞馬遜等都開始嘗試在云數據中心里應用ARM處理器。

從我國的情況看，中國科學院計算所、國防科技大學、北大眾志等主要研發高性能通用CPU，用于高性能計算和服務器等產品；中國科學院計算所、北大眾志等還研發了主要用于桌面和筆記本電腦的CPU；研發嵌入式CPU的單位則比較多，包括浙江大學、清華大學、蘇州國芯、杭州中天等。

從發展模式上來看的話，目前我國處理器產業的發展大致可分為以下三條路徑。

1.國家隊：嘗試最大程度的獨立自主

這一路線的主要代表是龍芯、申威、飛騰。龍芯倚靠著中科院計算所，申威出自于軍方旗下的江南56所（又稱江南計算所），飛騰則誕生于國防科大。公正地說，這個派別不僅“國產化程度”貫徹最為徹底，作為代表的三個品牌也是國內最早開始嘗試進行自主設計CPU的企業，但這條路也最曲折、市場化最弱、距離大眾消費電子領域最遠。由于市場化程度弱，沒有盈利或者盈利很弱，基本依靠國家出錢支持，因此使用的制造工藝也落后兩到三代，而且相關人才也較缺乏。

2.核高基支持的半民營半國家隊：引進吸收再創新

這一梯隊的主要代表是蘇州宏芯、上海兆芯。這些公司的市場化氣息濃厚，宏芯和兆芯都是2013年成立的新公司，都得到了核高基專項大額資金扶持。這兩家公司的路線和國家隊死磕自主的思想不同，它們不僅引進外資的先進技術進行消化再吸收，并且都有著公開的國產芯片戰略計劃。其中蘇州宏芯借勢于IBM的OpenPOWER戰略，獲得了Power8的全套設計源碼和后繼支持；上海兆芯則依靠于VIA，而VIA具有對個人電腦和服務器領域至關重要的x86授權。

3.民營隊：一切以市場為主

從市場的角度來說，華為海思可能是目前中國最成功的國產芯案例，不過它的國產化程度也較弱。目前為止，華為的所有SoC都使用了ARM的公版核心，從Cortex-A9一路到Cortex-A72，尚未自研核心面世。但另一方面，華為的市場成績也是最亮眼的，可以說大于前兩個梯隊的總和十倍以上。同時因為具備極強的盈利能力，華為海思一面與ARM保持著很好的合作關系，使其能使用最新的ARM產品，知曉ARM最新的路線圖；另一面敢于第一個試水新工藝（例如臺積電的16nm FinFET），以極低的良品率為代價去換取對先進的超深亞納米工藝的提前把握。實際上，華為海思是值得稱道的。

國產芯片發展現狀

先看國家隊。以飛騰為例，由于國防科大在超級計算機領域的需求，飛騰從一開始就被定位成提供超大規模并行科學計算的高吞吐型處理器，擁有較高的多線程吞吐能力，但是單線程處理能力較弱，類似于今天的GPGPU。為了追求這種高吞吐，2004年的第一代飛騰兼容EPIG的超長指令字指令集，第二代飛騰的重點也是一個重吞吐的流處理器（stream processor），第三代飛騰轉向仿制以吞吐能力見長的Sun Ultrasparc T1/T2，第四代飛騰則轉向了在hotchips曝光的ARM v8“小米”核心。

申威在定位上也與飛騰類似，主要服務國家自研的神威超級計算機因此申威雖然基于Alpha指令集，但是單線程性能一直不高，設計重點也是在于提供吞吐能力上。龍芯與申威和飛騰則有所不同，龍芯于2001年立項（2000年前后即開始了前期調研最終圈定MIPS指令集）起初進展較為順利，立志做趕英超美的處理器設計殺入個人電腦市場，龍芯2代的性能也一度追上奔騰3/奔騰4處理器的水準，但是龍芯2代過后便后繼乏力，龍芯3代更是犯了戰略性的方向錯誤，如申威和飛騰一樣轉向多核主攻吞吐量，單核心微結構接近十年未有變化，刨去主頻進步后單線程性能實際上是原地踏步，進軍個人電腦市場的性能前提已經破滅。而龍芯3與同為中科院旗下的曙光公司合作共建超級計算機的計劃也不了了之，這導致龍芯在2013年時仍然處于銷量（以處理器顆數計）僅為5位數的窘境。

這三個代表性的單位，除了飛騰對Sun Ultrasparc的仿制以外，都堅持了最大程度的自主設計。從技術上來說，只有制造工藝和EDA仍掌握在國外公司手中，但是對這條路線，輿論的討伐也最多。主要原因有二，其一，對“指令集”的不了解。由于龍芯、申威、飛騰的設計均基于MIPS、EPIC、Alpha、ARM等指令集設計，時常能見到不了解芯片設計的人，包括一些在業內小有名氣的所謂評論人士，誤以為指令集設計是國產芯的核心于是痛罵國產芯實為外國芯。對這一點的誤解，經過不少業內人士反復說明以后，已經大有改觀。其二則是大家對于這三個單位未能服務公眾、未能進入市場的不滿。從網帖中可見，許多網民抱怨只見雷聲不見雨點，每每有國產芯的消息傳來，最后卻都進入了公眾不可見或者不關心的領域，對于國家隊吃軟飯的指責此起彼伏。endprint

那么國家隊路在何方？2014年，龍芯的新一代微結構GS464E橫空出世，其初步性能測試罕見地獲得了媒體一致贊譽。根據目前已經公布的資料來看，龍芯的新一代產品在單核心性能上為目前的國產最高水平，考慮進主頻的差距，尚未正式推出的2GHz主頻版本GS464E單核心性能為英特爾Haswell 4GHz主頻產品的40%左右。最新公布的飛騰“小米”核心也在單核心性能上取得了長足進步，有了性能優勢，又有國家市場的后盾，國家隊自保當無問題，甚至還可以在公眾可見的個人消費電子領域有所試探。

市場方面，以龍芯為例，近年來連續拿下海信與海爾數百萬顆機頂盒芯片的單子，在軍工和國防領域也開拓了一些市場，如北斗衛星上吸引了一定關注的龍芯2F抗輻照版本，和輿論中并未涉及太多筆墨的總裝備部采購等。依靠這些市場訂單，龍芯已經基本擺脫了依靠國家投入的狀況，做到了盈虧平衡甚至盈利。飛騰和申威的新芯片目前已經確定會各自服務于下一代超級計算機，但是對于其余市場的耕耘尚未見到較為清晰的計劃。值得注意的是，最新的申威1600已經改用自定義指令集，意味著與消費電子市場上的通行設備不具備兼容性，申威很可能從頭到尾都沒有考慮過進入外部市場，一如其過往作風。而飛騰“小米”采用了極具市場潛力的ARM v8指令集，打入市場的門檻不高，對其市場化的努力可以抱著謹慎樂觀的態度觀望。

民營隊方面，由于兆芯和宏芯處于剛剛起步的狀態，因此其主要成果還停留在消化吸收的階段。目前兆芯和宏芯已經推出的產品其實是IBM和VIA各自仿制產品的初始版本，不宜過早做出斷言。

再來看看華為，從市場的角度來說，華為海思也可能是目前中國最成功的國產芯案例。依仗著華為開拓的龐大市場，海思的芯片幾乎不愁銷路。據悉，在ARM Cortex-A9時代海思就已經做到了極高的出貨量，但是相對于英特爾鋪天蓋地的“Intel Inside”廣告宣傳而言，海思顯得特別低調務實，在很長的一段時間里海思的成就僅為他們自己以及圈內人士知曉。但是隨著海思的實力越來越強，以及受智能機時代引發的對于芯片這種底層基礎器件的大眾關注海思是想低調也不成了。據2015年末報道，海思芯片已搭載于超過一半的華為手機當中，而華為手機的全球出貨量已經突破一億部，僅此一項計算海思就有五千萬顆芯片的銷售入賬，這還不包括大家不太關注的其他終端、基站等設備上使用的海思芯片。對于海思而言，最大的遺憾是CPU核心設計并沒有掌握在自己手中，使得“國產芯”的說法始終顯得有那么一點不順。海思的SoC設計極見功力不容抹殺，但是CPU核心部分—直受制于ARM，采用公版設計也是不容忽視的一個軟肋。業內關于海思開展自研CPU核心的傳聞已有時日，以海思的實力來說，正式交出一份完整自研的答卷相信也為期不遠。在輿論評價中，海思的這條路線是最被看好的一個。

中外合作的新起點

目前，中國已是全球第二大服務器銷售市場。據IDC的統計數據顯示，2015年中國數據中心服務器CPU的市場規模為370萬片，到2020年，這一規模將達到860萬片，年增長率達到18%。正是因為看好中國服務器市場的發展潛力，高通公司才致力于與貴州省政府合作，打造一個基于ARM架構的服務器生態系統。高通公司在芯片設計、研發上具有多年的積累和資源優勢，此次進軍數據中心芯片領域，可以更好地滿足云計算、大數據、物聯網迅猛發展對于數據中心的需求，此舉與貴州發展大數據產業的戰略不謀而合。據悉，合資企業貴州華芯通半導體技術有限公司首期注冊資本18.5億元，貴州方面占股55%，高通公司占股45%。根據協議，高通公司將向合資企業許可其服務器芯片專有技術，還將提供設計和技術。

此次戰略合作的意義深遠，將為中國集成電路產業在生產方式、商業模式和增長模式的創新上提供更多有益探索和借鑒，進一步提升中國的集成電路整體水平。從合作的內容來看，本次合作涵蓋從服務器芯片的設計開發到市場營銷、資本運作等多個層面，必將推動中國芯片行業的技術進步，同時推動貴州大數據產業的快速發展，提高產業的整體競爭力。

我們還可以看到，高通公司與貴州的合作是涵蓋資本、技術、市場等在內的全方位的合作，而英特爾公司與清華大學、瀾起科技的合作引起人們的關注更多是在技術方面。據悉，英特爾將與清華大學、瀾起科技聯手研發融合可重構計算和英特爾x86架構技術的新型通用CPU。而可重構計算兼具通用計算的高靈活性，以及專用計算的高性能和低功耗特性，被公認為是下一代具有突破性的集成電路技術，清華大學在可重構計算方面表現不錯。可見，英特爾的GPU核再加上清華大學開發的FPGA，封裝到一個模塊中由瀾起科技負責銷售和市場化，這一合作模式可以更好地滿足數據中心等對高性能服務器的需求。

從英特爾與清華大學、瀾起科技，以及高通與貴州省政府這兩對組合來看，中外在芯片領域的合作模式正在悄然發生改變，以前更多側重在市場和銷售層面的合作正在向聯合的技術開發和全面的商業合作轉變。從外國芯片企業的角度看，它們積極響應中國政府的政策，希望更深入地融入到中國本地的發展，并在一定程度上開放其技術；從中國企業的角度看，它們希望抓住政府大力扶持這一有利時機，能夠在高端通用CPU領域取得實質性突破，在技術上全面提升自己的能力，以期有朝一日可以與國外芯片廠商相抗衡。

警惕“雙刃劍”

國外的芯片巨頭為什么這么熱衷與中國地方政府、企業和高校進行形式多樣的合作？美國證券公司Wedbush Securities的分析師Betsy Van Hees -語道破：“全球的大型芯片制造商對中國的依賴程度，與中國對它們的依賴程度旗鼓相當。”

2014年6月24日發布的《國家集成電路產業發展推進綱要》指出，我國集成電路產業發展既面臨巨大的挑戰，也迎來難得的機遇，應充分發揮市場優勢，努力實現集成電路產業跨越式發展。此外，為了扶持芯片產業的發展，中國政府計劃在未來10年內投入約1萬億元用于芯片開發，這一金額相當于英特爾公司10年的研發投入。資金的支持還只是—方面，另—方面，中國政府還會繼續擴大對外開放，進一步優化環境，鼓勵國際集成電路企業在國內建設研發、生產和運營中心。這些政策為中外合資、合作提供了堅實的基礎和保障。endprint

“引進、消化、吸收、再創新”，這是以前中國企業在學習國外先進技術時通常采用的策略。如今，隨著國內的企業、科研機構技術能力的不斷提升，以及云計算、大數據、物聯網等新興技術領域所帶來的市場空間，讓中國企業有了更多的話語權和選擇權。英特爾與清華大學、瀾起科技的合作，其實是各方投入各自的核心技術，針對中國市場進行聯合研發的一個典型案例。正如前文所說，英特爾的優勢在于CPU的架構設計和制造能力，清華大學則在可重構計算技術方面具有領先性，而解決方案的整合和實施是瀾起科技的特長。合作各方在技術和解決方案上形成優勢互補，同時又能充分發揮英特爾的品牌效應，以及中國企業對中國用戶需求的深刻理解和把握，這一合作模式對于中國芯片產業的發展必將起到積極的推動作用，可重構計算與x86技術的融合將會引領未來中國服務器市場的發展。對于中國芯片產業而言，與國外巨頭深層次、全面的合作一方面可以收獲更廣泛的關注度，推動整個產業加快發展；另一方面也有利于中國芯片企業在技術、專利等方面進行積累，為實現全面突破奠定基礎。

是幫助中國提升芯片產業，同時也讓自身獲得發展，還是拋開中國市場獨自發展？大多數外國的芯片廠商還是明智地選擇了前者，所以它們在中國大量建廠與中國本地的企業合資或授權中國企業生產芯片。因為它們十分清楚地知道，未來不可能簡單地將芯片成品銷售到中國。不過，這一趨勢也讓少數外國芯片廠商感到憂慮：中國企業在技術和研發能力上還不如國外廠商時，中國企業需要國外合作伙伴的幫助和支持。但是有一天，當中國企業羽翼豐滿時，它們自己（國外廠商）就會被拋開。

其實，類似的情況也可能會發生在中國企業身上。當前的合資、合作會讓中國芯片企業的技術能力得到提高，會在一定程度上帶熱中國的芯片市場，但是，這也可能造成中國企業對國外芯片巨頭的更深的依賴，以至于永遠也離不開國外廠商這根拐杖。國外廠商在芯片領域有多年的積累，即使有了國外廠商的幫助，中國企業也需要一定時間積累和趕超，不可能一蹴而就。IBM、高通在宣布與中國企業進行合作時都宣稱將向中國合作伙伴授權其芯片技術，但是這種開放和授權究竟能達到何種程度，是否能夠真正將最核心的技術進行授權，還要等待實踐的檢驗。如果這些所謂的開放和授權只是讓中國的合作伙伴變成“穿馬甲”的IBM、高通，淪為國外廠商在中國擴大銷售的新型代理商，那么合資、合作的意義和結果會大相徑庭另外，國外芯片巨頭大舉進入中國，并與中國企業合作，其身份的轉變實際上有利其產品在中國的銷售，這會不會直接擠壓還比較弱小的中國本土自研芯片企業的生存空間呢？這些都需要警惕和認真思考。

不要再當溫室里的花朵

2015年，“互聯網+”行動戰略的發布有力地推動了我國核心芯片、高端服務器、高端存儲、數據庫和中間件等產業快速、健康的發展。我國擁有全球規模最大的集成電路市場，市場需求十分旺盛。在這種背景下提升中國芯片產業的整體實力，發展一批具有全球競爭力的中國芯片企業是最迫切的需求。

為了實現上述目標，中國政府在政策、資金方面的扶持是—方面，另—方面，中國的芯片企業再也不能“等靠要”，而是要根據自己的實際情況，找到一條屬于自己的創新、突破之路。有的中國芯片企業曾提出，“政府應該在黑暗森林里圍個籬笆墻，構建一個小森林，把國外芯片擋一擋”。如果中國芯片企業到現在還想依靠國家的保護，那么最終只能成為溫室里的花朵，經不起大自然風雨的洗禮。我們必須正視，中國芯片企業與國外巨頭相比還比較弱小，但是這并不意味著它們只能靠政府保護，或依附國外大廠商。IT市場這么大，中國的芯片企業可以完全可以找到具有優勢的一些細分產品領域，比如涉及國家安全，或中國用戶具有特殊需求的應用領域，率先取得突破，再向其他領域拓展。

在IT領域，對于“國產”產品有不同的定義和解釋，國產的產品不一定是自主可控的。像芯片這樣的核心技術是信息化的基石，也關系到國家整體的安全戰略。雖然當前中國企業自主研發的芯片可能在某些技術指標上與國外產品還有差距，但是在自主可控方面，中國企業還是有許多工作可以做的。

一方面，外國巨頭加大對中國芯片產業的投入；另—方面，中國企業在全球范圍內加大并購力度，尤其是在封裝測試領域，江蘇長電科技、紫光集團等一躍成為市場的佼佼者。并購讓中國的芯片市場和企業成了全球關注的熱點，從市場大環境、吸引投資、完善產業鏈的角度看，這是好事。但是，我們應該警惕市場的“虛熱”，畢竟芯片產業發展的基礎還是技術、產品。同時，中國的芯片企業還應該利用現在與國外巨頭合資、合作的大好時機，夯實并不斷提升自身的技術能力。當前，我國的集成電路產業正處于發展的重要戰略機遇期和攻堅期，對于中國芯片產業的發展既不能妄自菲薄，也不能盲目樂觀。總之，芯片國產化任重而道遠。endprint