國產(chǎn)CPU研發(fā)之路：雖跟跑加速，仍任重道遠(yuǎn)

白玉杰

每每說到芯片，就不得不提我國長期以來被歐美等國技術(shù)封鎖壓制的被動之痛。特別是從中興事件到華為被制裁，以及中美貿(mào)易戰(zhàn)的爆發(fā)，暴露了我國在芯片領(lǐng)域的種種不足。這令一度占據(jù)全世界芯片市場50.7%、進(jìn)口占比超過石油、但自給率卻不到10%的我國芯片市場一下子被拿住了“七寸”。在經(jīng)歷痛苦的“卡脖子”之痛后，國人更加深刻意識到，發(fā)展國產(chǎn)芯片行業(yè)刻不容緩。

作為世界上最難掌握的核心技術(shù)之一，通用CPU芯片研制難，甚至難于上青天。不光不能一蹴而就，同時還需要長期巨額資金投入，對人才、政策、產(chǎn)業(yè)支持、先進(jìn)設(shè)備等需求更是缺一不可。在這場全民芯片突圍之戰(zhàn)里，中國企業(yè)可謂是經(jīng)歷幾生幾死后，終于逐步崛起。

上海兆芯集成電路有限公司（以下簡稱“兆芯”）是國內(nèi)少有的同時掌握CPU、GPU、芯片組三大核心技術(shù)的公司，經(jīng)過多年的技術(shù)攻堅(jiān)和自主創(chuàng)新，兆芯已成長為一家能夠?yàn)樾袠I(yè)提供自主可控、性能領(lǐng)先、穩(wěn)定可靠的國產(chǎn)通用處理器及配套芯片設(shè)計(jì)研發(fā)廠商。

20年國產(chǎn)CPU漫漫研發(fā)之路

與我們對話的是兆芯副總經(jīng)理兼總工程師王惟林。從中科院畢業(yè)后，王惟林便投身到芯片設(shè)計(jì)研發(fā)中，至今已經(jīng)有二十個年頭，他先后組建了兆芯x86 CPU和芯片組研發(fā)團(tuán)隊(duì)。作為研發(fā)總工程師，王惟林帶領(lǐng)著規(guī)模超過500人的CPU和芯片組研發(fā)團(tuán)隊(duì)，先后完成了多顆國產(chǎn)通用CPU和芯片組的自主設(shè)計(jì)研發(fā)和量產(chǎn)。

回想20年漫漫研發(fā)之路，王惟林不甚唏噓，“沒想到可以走這么遠(yuǎn)，盡管非常困難，但如今回頭看，卻覺得很欣慰、很值得?！?/p>

兆芯雖然成立于2013年，但以王惟林為核心人員的研發(fā)團(tuán)隊(duì)早在2001年就成立了，這支團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)是威盛電子芯片組的主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)。在當(dāng)年便完成了很多美國和中國臺灣同事認(rèn)為不可能做到的項(xiàng)目，曾經(jīng)兩次在半年內(nèi)完成了新一代芯片組研發(fā)項(xiàng)目。到2010年，組建國產(chǎn)CPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)時，業(yè)界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、完善的人才儲備、成熟的設(shè)計(jì)流程等早已為這支后來轉(zhuǎn)入兆芯的CPU團(tuán)隊(duì)的發(fā)展打好了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

眾所周知，芯片研發(fā)具有很大的難度和風(fēng)險，同時需要大量的資金。王惟林帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先要保證技術(shù)的不斷進(jìn)取，他們在消化吸收的基礎(chǔ)上，開始對微架構(gòu)和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。他們先對內(nèi)核進(jìn)一步優(yōu)化，提升主頻和IPC，降低功耗和面積，把共享總線改成共享緩存來提高效率。這樣相較于第一代CPU的40nm、雙核、1.6GHz、60平方毫米、20瓦功耗指標(biāo)，第二代CPU在頻率和IPC（每時鐘周期指令數(shù)）提高的同時，還把內(nèi)核增加了一倍，面積壓縮20平方毫米，功耗壓縮到十幾瓦。經(jīng)此一戰(zhàn)，兆芯的CPU研發(fā)團(tuán)隊(duì)掌握了高性能處理芯片研發(fā)的精髓。由此兩年一代，處理器內(nèi)核微架構(gòu)、多核互連、多路、主頻持續(xù)升級，IO規(guī)格也持續(xù)保持國際主流水平。

同時，高質(zhì)量、高效的項(xiàng)目執(zhí)行也是芯片成功的重要保障。 “如何在現(xiàn)有資金基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，我們做了很多探索，最后制定并形成了屬于我們自己的，非常嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)。”王惟林告訴記者，“在嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)的同時，每一個項(xiàng)目結(jié)束，無論成敗，我們都要求研發(fā)成員必須進(jìn)行一步一步復(fù)盤，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以此降低設(shè)計(jì)和流片失敗率，實(shí)現(xiàn)資金利用最大化。”

2019年6月，兆芯推出了新一代通用CPU開先KX-6000和開勝KH-30000系列處理器，在采用16nm工藝，將主頻提升到3.0GHz的同時，性能也進(jìn)一步邁入國際主流水準(zhǔn)，為國產(chǎn)通用CPU的發(fā)展樹立了重要的里程碑。

據(jù)第三方媒體測試，兆芯開先KX-6000系列處理器多項(xiàng)基準(zhǔn)性能達(dá)到了第7代酷睿i5的同等水平。這標(biāo)志著國產(chǎn)通用處理器邁出了從“跟跑·能用”向“跟跑·好用”加速的步伐。

據(jù)悉，圍繞兆芯已聚集了一大批商業(yè)化的合作伙伴。以往，國產(chǎn)CPU只能用于特定領(lǐng)域（如嵌入式設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等），無法與現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的Windows生態(tài)圈兼容。兆芯國產(chǎn)通用處理器打破了這種桎梏，完全兼容Windows、眾多國產(chǎn)OS和現(xiàn)有的軟硬件產(chǎn)品，廣泛支持桌面計(jì)算機(jī)、各類服務(wù)器、嵌入式工控及網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，并且已經(jīng)通過聯(lián)想、同方等知名廠商的嚴(yán)格測試，廣泛地應(yīng)用于國產(chǎn)計(jì)算機(jī)的商業(yè)化量產(chǎn)之中。

中國芯片依舊任重道遠(yuǎn)

近日，聯(lián)想、同方、儀電、銳捷、升騰、英眾、攀升電腦等都宣布基于開先KX-6000系列處理器正式推出國產(chǎn)PC。其中，英眾更是一口氣推出了50多款基于兆芯CPU的國產(chǎn)計(jì)算設(shè)備。

做CPU難，一方面是研發(fā)的艱辛，另一方面是還需要建立完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。一方面，兆芯在自立自強(qiáng)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)，更快的處理器設(shè)計(jì)的同時，更積極致力于有效發(fā)揮產(chǎn)品基于x86指令集，操作系統(tǒng)、軟硬件兼容性杰出等優(yōu)勢，協(xié)同全產(chǎn)業(yè)生態(tài)伙伴形成開放創(chuàng)新共贏的新局面，以更具可靠性、更具競爭力、更貼近用戶習(xí)慣的產(chǎn)品和解決方案，助推國家信息產(chǎn)業(yè)的快速向前。

另一方面，在芯片設(shè)計(jì)與研發(fā)工作方面，兆芯通過不斷與國內(nèi)芯片制造、封測以及EDA輔助工具廠商的深度合作，加快促成國產(chǎn)通用CPU等配套芯片實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、封測的全面自主。兆芯和上海華力、江蘇南通通富微電子保持深度合作，成功基于開先ZX-C系列處理器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)28nm專用CPU制造工藝的突破。此外，兆芯還與華大九天等國內(nèi)EDA廠商展開合作，積極試用和推廣國內(nèi)EDA廠商開發(fā)的設(shè)計(jì)工具，不斷強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)安全保障。

除此之外，兆芯還與成都銳成芯微開啟了IP合作，將公司潛心鉆研多年，具有國際領(lǐng)先優(yōu)勢的基于40nm、28nm、16nm工藝PCIE3.0PHY、DDR4PHY、USB3.1PHY、SATA3.0PHY、DP/HDMI PHY、Ethernet等適合高速數(shù)據(jù)傳輸、音視頻高速信號處理、應(yīng)用處理器、CPU、工業(yè)控制、汽車電子等市場應(yīng)用的技術(shù)拿了出來，希望通過優(yōu)勢資源共享，促進(jìn)國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展，幫助更多的合作伙伴取得成功。

我們與國際上最頂尖的芯片還有多遠(yuǎn)距離？

“我們的研發(fā)與國際上最新的水平還有一定距離”，王惟林非常誠懇的告訴我們，“可喜可賀的是我們走過了最最艱難的從無到有的過程，并實(shí)現(xiàn)了市場化應(yīng)用和量產(chǎn)。但是，在最尖端的科技方面，我們與巨頭還是有不小差距的，特別隨著芯片制程漸漸逼近極限，芯片性能提高也越來越困難。這是我們的機(jī)會， 也是我們的挑戰(zhàn)。我們需要更多的投入， 更多的人才，更多的合作，也更要耐得住寂寞，沉得住氣，繼續(xù)探索，不僅要抓住科技的變革，還要解決很多基礎(chǔ)技術(shù)上的硬骨頭。國產(chǎn)芯片研制絕對不是一時的風(fēng)口，它需要我們有任重而道遠(yuǎn)的意識，認(rèn)認(rèn)真真做好每一個細(xì)節(jié)，繼續(xù)前進(jìn)?！?h3>?記者手記：

采訪王惟林時，北京兆芯剛剛喬遷至IC PARK，在2020這個不尋常的一年開啟了全新發(fā)展征程。

IC PARK作為中國IC產(chǎn)業(yè)地標(biāo)，以300億產(chǎn)值賦能中國芯建設(shè)。在兆芯入駐的過程中，IC PARK提供了50余套公租房，開通了從生命科學(xué)園地鐵站到園區(qū)東門往返的班車，為中國芯人才解決后顧之憂。IC PARK中的芯學(xué)院，更是與高校對接，解決園區(qū)芯片產(chǎn)業(yè)對于人才需求難的問題，以一切力量助力中國芯發(fā)展。

我們在感慨行業(yè)進(jìn)步神速，敬佩芯片人不畏艱難，勇往直前的同時，也深深感受到了國家、產(chǎn)業(yè)園區(qū)的良苦用心。我們相信兆芯在芯片的道路上會繼續(xù)乘風(fēng)破浪，也相信會有更多的國產(chǎn)芯片企業(yè)崛起，終有一天，實(shí)現(xiàn)芯片完全自主化。