一个芯片脉动着“追赶者”的雄心

2018-02-12 13:36:50 解放日报

    CPU芯片被誉为一个国家的“工业粮草”,代表了一个国家信息技术水平。近年来,中国信息产业飞速发展,却一直深受“缺芯”之苦。十几年来,芯片进口远超石油成为中国最大宗进口产品,特别是其中市场化程度最高的电脑CPU,基本依靠全进口。

    而今,随着上海兆芯集成电路公司发布的全新一代KX-5000系列处理器,让我们看到了打开“芯结”的曙光。

    经测试,此款芯片整体性能较上一代产品提升140%,满足桌面主流应用需求,达到同期国际主流通用处理器性能水准。上海兆芯也欲借此在英特尔和AMD垄断的市场中撬出一道缝,力争跻身全球第三家电脑CPU 供应商。

    长期受制于人

    说起芯片,其实我们每天都会接触到,当刷交通卡乘地铁抑或是用银行卡结账,每台刷卡设备都有一个CPU,即中央处理器,它是所有电子信息设备的大脑,通过它进行运算、控制、调度,实现电子设备的所有功能。同样,我们每天办公使用的电脑,也要通过CPU实现各项操作和功能,相对其他电子设备,电脑用的CPU技术门槛最高,研发难度最大。美国两家巨头英特尔和AMD长期把持着全球市场,其中英特尔占比85%,把全球电脑CPU市场几乎“一网打尽”。

    国家核高基专项技术总师魏少军说,作为国家中长期科学技术发展规划当中的第一个专项核高基,也被称之为“01专项”,解决的核心问题之一就是高端芯片。“CPU如果突破不了,那就意味着核高基专项的成果要大打折扣。”

    长期以来,由于不掌握核心技术,中国每年花费巨额外汇进口芯片。2017年我国全年进口集成电路总额大约在2500亿美元,创历史新高,而这也是连续第5年超过2000亿美元,集成电路已经成为我国进口额最高的一类产品。更重要的是,CPU在其中占了重要的分量,2000多亿美元中与CPU相关的进口额大概在550亿到600亿美元。

    这种“受制于人”的局面若无法得到改善,我国就很难在国际竞争中取得领先地位。

    就在今年初,一款进口芯片被爆出高危漏洞。这一漏洞能够导致黑客访问到个人电脑的内存数据,引起客户数据信息流失。这个漏洞并不易解决,必须在操作系统上进行修复,但是即便修复后也会给全球电脑带来性能上的影响。

    上海兆芯董事长叶峻说,漏洞事件发生后,兆芯工程师马上做了分析,发现该款CPU 之所以出现漏洞,是为追求更高速度和效率中,忽视了安全防范的一些规则和要求,造成了芯片效率很高,安全上存在隐患。“兆芯在做芯片设计时,工程师严格按照权限规则设计,最终效率和性能上可能还与进口芯片有差距,但事实上,如果把弥补漏洞打补丁的因素考虑进来,性能上不会比它差。”

    芯片已经成为影响社会各行业发展的支撑性产品,高度渗透社会各个行业领域,同时又高度影响网络安全和信息安全。

    漏洞门事件更凸显出发展自主可控芯片的重要意义,作为全球最大的芯片和电脑市场来说,芯片带来的信息安全问题对我国信息产业的发展影响尤为突出。

    芯片国产化已到关键时刻,兆芯的出现让我们看到了曙光。

    撕开一道口子

    对国产CPU的攻关,这些年国家一直花费很大力气。虽取得一定成效,也暴露出诸多不足,最大问题就是研发与市场脱节。

    作为处理器领域的一匹黑马,2013年上海兆芯与中科院上海高等研究院、联想、华力微电子一起承担了“核高基”国家科技重大专项,兆芯负责其中“安全可靠的桌面计算机 CPU”课题。经过4年多努力,由兆芯研发的ZX-C系列中央处理器已实现规模量产。测试发现,搭载兆芯CPU的电脑整机无故障时间已经达到了10万小时,完全满足商业化量产的标准。能做到这一点,除了持续的研发外,兆芯还走了一条与先前国内企业不同的路:采用与英特尔相同的x86架构,这使得国产 CPU 能够与Windows视窗操作系统和应用软件形成良好的兼容。叶峻说,x86架构在桌面办公领域占据绝对核心的地位,政府、企业办公都脱离不了x86整机和服务器。十几年来,中国企业不断在研制国产CPU,为何市场上却依旧十分鲜见?关键问题就在于此。

    工信部“核高基专项办”计划处处长谢学军称,CPU研发本身门槛的确很高,但最难的不在于研发本身,而在于整个产业生态链。几年前平板电脑刚出现时,中国CPU企业向平板电脑发起了进攻,但后来全线撤退。为何?当时有款火爆的游戏叫“愤怒的小鸟”,但在国产CPU上却玩不了,只因开发这款游戏所应用的一些工具在国产CPU上跑不起来,与主流的x86构架不匹配。“如果不能融入这个生态,即使将整机做得再漂亮,用户也无法接受和使用,或者迁移难度非常高。”叶峻说,兆芯走与英特尔兼容的路,融入Wintel生态,也是兆芯与其他国产芯片相比,生命力更强、适用市场更广的原因。

    面对国际上的竞争对手,兆芯目前仍是一个追赶者角色。要在几乎被英特尔垄断的市场中分得一杯羹,犹如在“铁板”中撬出一道缝。

    据兆芯集成副总裁傅城介绍,通过这几年蛰伏研发,兆芯已经掌握了最核心的设计研发技术,包括架构、实现、验证、IP及相关工具链的设计方法,从根本上完成了处理器研发技术的消化吸收过程。与此同时,人才的培养在兆芯寻求突破的道路上是格外重要的一环。从成立至今,兆芯吸引并培养了一大批具备x86架构通用芯片研发设计能力的本土人才,国内研发团队得到了快速壮大。

    在挑战巨头的道路上,兆芯并非单打独斗,上海华力、联想、上海仪电、同方、中科方德、普华、中标麒麟等这些不同领域的行业领军企业,围绕着国产x86整机,在芯片生产、硬件整合、系统集成、完善应用和服务等方面,都与兆芯进行着不同层次的合作,在塑造、完善国产化产业链和国产整机生态体系上携手前行。

    从能用到好用

    在兆芯之前,国产CPU的性能只能达到英特尔的10%。这也是市场中为何老是说国产芯片没法用、不好用,而兆芯产品性能已达到英特尔主流产品的80%。这是一个跨越式的进步,使得国产CPU产品已经达到可用、好用的水平。

    作为信息安全级别极高的金融企业,上海银行之前采购了首批采用兆芯CPU的整机。“从最近使用效果看,采用兆芯的整机稳定性非常好,完全能够胜任诸如文档、表格处理、音视频播放、网络浏览等日常办公场景,未出现各类软件、驱动不兼容等现象,基本达到国际同等芯片整机水平。”上海银行信息技术部总经理曹广智说。

    采用兆芯国产CPU的整机产品经第三方媒体测试,均得到“全面满足桌面办公应用需求”的积极评价,加之操作方式与基于国外芯片整机没有任何差异的优势,以及联想、同方为国产自主可控整机构建的完善服务体系,兆芯平台国产整机已经全面具备无缝替换国际厂商同类产品的条件。

    另据上海市经信委副主任傅新华透露,去年9月,基于上海兆芯CPU的国产整机获得了党的十九大会议采购需求,共计采购近600台,主要供全部38个代表团会议现场办公和民族语言翻译使用。根据会场使用反馈情况,国产整机在会议期间运行稳定,机器性能良好、易用性强,获得了与会代表的认可。

    2017年搭载兆芯CPU的电脑正式开售后,2018年企业的芯片出货量预计达10万颗以上。“产量上来后国产CPU成本会更低,性价比优势将更加突出。”叶峻表示,最近推出的新一代国产CPU芯片KX-5000系列,性能已经逼近国际主流水准,也是国内第一款支持双通道DDR4内存的国产通用CPU,兆芯将凭借此款产品打入消费级市场。

    何为DDR4?叶峻解释说,内存条原来一直以DDR3为主流设计标准,从2018年开始全球内存的规格全部升级切换到主流DDR4。DDR4比DDR3性能更好,存储容量更大,功率消耗更低。其实,联想早在2016年时就与兆芯提出,2018年以后全球的主流 CPU 都会切换到DDR4,国产芯片在研发时必须尽快推出支持DDR4的产品,否则新品一出厂就落后主流。联想长风科技公司国产自主可控业务总监李朝伟说,如果说兆芯是一颗优秀善良的心,联想就是要给这颗心赋予一个健壮的体魄。原来联想整机都全部围绕英特尔服务,在兆芯国产CPU 带动下,联想正在用遍布全国2200个服务网点构建支持基于国产CPU的服务支撑体系,在北京还建立国产CPU整机专用生产线。

    国家核高基专项技术副总师李明树指出,CPU研发成本高昂,设计成本、专利成本、人员投入和流片等都需大量费用投入,目前国内企业和公司与国际企业的研发投入相比仍然存在差距。兆芯CPU 研发成果来之不易,不仅面对着“起步晚、差距大、市场壁垒高筑”困难,能够克服“研发投入上的不足”更值得钦佩。

    凭借兼容x86、生态完善等优势,基于兆芯CPU的国产整机已经成功进入到上海、安徽、福建、济南、武汉等政府采购目录。此外,在党政军等安全涉密的约5%的市场中,兆芯已经成功占据了相对较大的比重。目前,95%公开市场几乎被英特尔垄断,兆芯另一个目标就是要在量大面广的办公电脑市场里逐步实现进口替代,解决国内办公安全、产业安全问题。

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