​國產晶片新機遇:開源降低晶片設計門檻,敏捷設計縮短開發周期

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從2018年美國啟動對中興通訊進行制裁開始,「晶片」便成為國民級話題。

如今,集成電路產業發展已經成為國家重點戰略,晶片行業的國產替代越炒越熱。

技術密集型和資本密集型的集成電路產業,中國企業該如何尋找破局之路?

12月18日,由國際測試委員會、中國科學院大學及北京市懷柔區人民政府主辦的2019國際晶片大會在北京國科大會議中心舉辦。

本次活動邀請了楊學軍院士、倪光南院士、廖湘科院士等專家學者共話晶片行業的技術發展和產業變革。

RISC-V有望成為世界主流,中國企業順勢前行

中國連續多年成為全球最大的集成電路市場,但是中國晶片企業卻難以滿足中國的晶片需求。

晶片產業發展究竟難在哪裡?倪光南院士在「迎接開源晶片新潮流」的主題演講中「實踐表明,每一種CPU在市場競爭中要取得成功很大程度上取決於其生態系統。

倪光南院士

眾所周知,Intel X86指令集架構CPU和ARM指令集架構CPU是世界上較為成熟的兩種指數集。

Intel X86指令集架構歷史悠久且壟斷了桌面和伺服器領域,被美國的Intel和AMD兩家公司擁有,罕有對外授權;ARM指令集架構在移動和嵌入式等領域占壟斷地位,世界上很多公司花費數百萬到數億元費用,向ARM公司購買CPU許可。

由此可見,晶片設計門檻高的一個重要原因在於IP太貴而且研發投入過高。

倪光南院士「以14nm工藝為例,需要上億元研發經費,每年需要投入上百人。

只有少數企業能承受中高端晶片研發成本,這樣嚴重地制約了晶片領域的創新。

因此,RISV-V指令集的推出大大降低了處理器晶片的IP成本。

「免除授權費用和智慧財產權風險的完全開源免費,這是RISC-V存在的主要意義。

」在活動現場,倪院士介紹了RISV-C的優勢。

RISC-C指令集在設計之初,其研發團隊便表明要追求簡約,丟棄歷史包袱。

目前,成型的技術代碼集小、支持模塊化,性能十分優越,能夠滿足從微處理器到超級計算機等各種複雜程度的處理器需求。

與X86和ARM架構相比,RISC-V具有高性能、可自由擴展和剪裁以及滿足差異化定製化等應用特點。

因此,國內外企業開始採用RISC-V指令集做下一代GPU上的周邊微控制器、高效率邊緣計算MCU等。

倪院士認為:「開源晶片對於打破外國對晶片市場的壟斷、實現晶片自主可控和增強晶片業創新能力具有重要意義。

與此同時,在國家大政方針指導下,中國發揮巨大的市場優勢和人才資源優勢,不斷推進晶片行業發展,推動中國在開源晶片的技術、社區和產業等方面開展。

據了解,華為、阿里巴巴、兆易創新等公司均採用RISC-V指令架構開發處理器。

倪光南在報告中透露道,位於德拉瓦的RISC-V基金會為尋求技術」中立「已經決定將公司總部遷至瑞士。

在中美貿易摩擦的背景下,RISC-V基金會的做法深受中國乃至世界的業內人士歡迎。

RISC-V日漸流行,敏捷晶片設計如何引領新趨勢?

隨著開放指令集RISC-V逐漸受到企業方的追捧,開源晶片的概念業逐漸進入人們的視野。

為了進一步降低晶片開發的門檻,加州大學伯克利分校先後設計了開放指令集RISC-V,開放了其SoC實現Rocket Chip的項目源碼,並提出了一門面向敏捷開發的硬體構建語言Chisel。

在本次大會上,廖湘科院士在「開源及敏捷晶片設計的實踐與體會」的報告分享了他對開源及敏捷晶片設計的未來發展的看法。

廖湘科院士

在晶片行業,產品需要面向細分領域、產品種類眾多,而且產品生命周期短,需要在更短的時間內完成新產品的設計和生產。

因此,降低晶片設計門檻成為晶片領域的迫切要求。

廖湘科「開放指令集能夠降低設計成本,通過敏捷設計降低開發周期,加速硬體開發,加快產品疊代,進而降低整體設計門檻,縮短從應用創意到晶片的時間。

敏捷開發能在編碼效率提升一個數量級的同時,達到與傳統硬體開發模式相當甚至更優的性能、功耗與面積。

廖湘科還指出:「EDA工具是開源晶片設計提心的基石,如今多種開源EDA工具基本覆蓋了晶片設計中的模擬、綜合、布局布線、物理實現等功能。

與此同時,開源EDA工具還有很大欠缺。

「缺少IR drop分析、缺少動態功耗評估、缺少電子遷移分析,這些都是開源EDA工具存在的問題。

」廖湘科還解釋到,當前還未出現對應開源體系中GCC編譯器水平的EDA工具。

如今,開源指令集RISC-V引發了開源硬體的熱潮。

但晶片的設計和生產流程比軟體更長,需要更多工具和流程,而且晶片的失敗風險和修復成本都很高。

面對開源硬體的難關,除了技術層面不斷努力外,也推動了晶片行業商業模式的變化。

傳統硬體的商業模式一直是銷售產品,由於晶片的流片成本居高不下導致晶片企業面臨著重大資本考驗。

廖湘科的觀點是:」晶片作為知識和技術訣竅(Know-how)沉澱與固化的載體,代碼是其核心競爭力。

開放又活躍的指令集生態是推動晶片研發創新的必要條件,RISC-V的開源掀起了開源硬體的發展。

隨著人工智慧和物聯網等新一代信息技術不斷發展,各種場景下的晶片需求也會逐漸攀升,嵌入式應用場景廣闊。

同時,低功耗、低成本和定製化的需求愈來愈大,使得RISC-V能夠充分發揮其精簡、低功耗、模塊化和可擴展的優勢,推動者晶片行業在數字經濟未來發展的浪潮中不斷前行。


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