盘点“中国芯” - 自主处理器的昨天、今天和明天
发布时间：2011-5-20 16:31
发布者：老郭
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上周六参加了嵌入式系统联谊会的“MCU中国设计与中国应用”主题讨论会，倾听了业内专家的一席讨论，回来又查阅了一些资料，把中国自主研发CPU的情况做一个回顾总结。写作的过程也是学习的过程，有不当的地方请朋友们指正。慢慢写，不着急。 从用途看，处理器可分为服务器处理器、桌面（PC）处理器和嵌入式处理器。前两种属于通用处理器，开发难度最大，所以现今只有少数几家公司能够生产，而在市场上能够成功的仅英特尔和AMD两家。嵌入式处理器则针对各种具体应用，并不一定追求极致性能，种类很多，生产厂商也较多。当然，通用处理器厂商（如英特尔）现在也在进军嵌入式处理器领域，而嵌入式处理器厂商（如ARM）也想进军服务器市场。 通用处理器开发难度在于技术和生态环境。这两方面对于中国自主CPU来说几乎都是不可逾越的障碍。西方从上世纪六、七十年代就开始研发处理器，到现在已经有大约半个世纪。关于CPU的技术，能想到的都想到了，能申请的专利都申请了。至于生态环境，自主CPU的境遇更糟。比如龙芯，我们假设它的功能很强大，但没人（或很少人）熟悉他，没有一只有规模的应用程序开发团队，于是愿意使用的人就更少，如此恶性循环下去，离开政府的支持它很快就自生自灭了。 自主研发处理器可以分为几个几种类型。一是完全自主的知识产权，不获得国外的授权。二是自主知识产权辅以国际公司的授权。三是以获得授权为主，辅以自主研发。难度显然是第一种最大，第三种最小。第一种的难度大到简直不可行。比如龙芯，最初我们以为它是完全自主知识产权的，但后来它还是购买力MIPS的架构授权。处理器不是什么新鲜事物，刚刚提到能申请的专利都申请了，你想绕过去几乎是不可能的。这就像我国自主研发汽车发动机，西方已经搞了那么多年，你不买他们的一些专利就没办法发展。 闲话少说，咱们从我国第一款CPU说起。 中国最早的处理器 - 方舟 中国最早的处理器当属方舟，2001年7月，方舟科技独立研发出国内首枚具有自主知识产权的32位实用化微处理器芯片。2003年5月，公司宣布“方舟2号”CPU实现商业化。 2004年6月，方舟的ARCA-1处理器出现在中关村柜台。这是国内第一个0.25微米、32位的CPU产品。它集成了一个32位的Arca RISC处理器核心和大量的片上设备。片上存储器和PCI控制器能直接与闪存、主存、PCI设备和其他I/O设备相联；复位控制、中断控制、DMA控制、定时器、看门狗时钟和UART外围模块进一步简化了系统的设计和开销。这颗ARCA-1处理器运行频率为166MHz。 然而，2004年后，方舟科技CEO李德磊宣布“放弃CPU”。自 2000年始到2003年止，国家相关部门以各种形式向方舟科技提供的资金支持近1亿元。 方舟虽然消失了，但方舟的努力并没有付诸东流。在方舟开发团队的基础上，一家新公司不久将要成立。如今，看来这家新的公司在商业上已经取得了相当的成功，它就是： 最有前途的国产CPU：北京君正XBurst 北京君正集成电路股份有限公司成立于2005年，总经理刘强曾是方舟团队的核心成员。当方舟解散时，刘强没有放弃对处理器的信心，他认为方舟的失败并不是微处理器设计的失败，而是整个系统设计的失败和产品定位的失策。方舟当初仅仅解决了微处理器的设计问题，在系统软件开发方面的薄弱才是导致方舟失败的重心。 君正是由风险投资公司 - 盈富泰克创业投资有限公司支持下成立的。该公司目前持有君正18%的股份，是第三大股东。前两大股东分别是 刘强（董事长/总经理，持有30.15%）和李杰（董事，持有20%）。盈富泰克的官方网站显示，该公司公司成立于2000年4月，由十家大型信息产业企业集团出资设立，但没有列出这十家公司的名称。 北京君正的官方网站称，它创造性地推出了独特的32位微处理器技术XBurst。 XBurst技术采用了创新的微体系结构，微处理器能够在极低的功耗下高速发射指令，其主频、多媒体性能、面积和功耗均领先于工业界现有的32位RISC 微处理器内核。详细信息参加http://www.ingenic.cn/product.aspx。 君正称，基于XBurst CPU内核的JZ47xx 系列微处理器芯片自2007年初以来已经在教育电子、多媒体播放器、电子书、平板电脑等领域得到大量应用，几年的时间里出货量超过2500万颗。据称是出货量最大、应用领域最广的自主创新微处理器产品。 君正的发展模式应当属于自主+授权类型。2010年1月4日，美国MIPS科技公司宣布，北京君正集成电路股份有限公司已经正购买其MIPS32架构授权服务，用于其移动设备SOC芯片开发，从而成为继中国科院计算所后第二个接受MIPS架构授权的中国企业。君正之所以购买MIPS的授权，看来是无法绕开MIPS的技术，与龙芯的做法基本类似。 声势最大的国产CPU：龙芯 媒体关于龙芯的报道太多了，这里不再描述。关于龙芯的评论也很多，褒贬不一。有业内人士称，从技术上讲，龙芯与英特尔的差距仍然是巨大的。龙芯的用现代的半导体工艺生产出与英特尔上一代产品相近性能的芯片，实在算不上什么先进。另外，龙芯的生态环境非常狭小，这也限制了它的普及。实际上，我们就不应该把龙芯与英特尔相比，因为前者是一种政府主导的非商业行为，而后者是公司主导的商业行为。在当今市场经济的大环境下，龙芯的前途如何是可以预知的。 产、学、研、用相结合：真正自主的北大众志Unicore 与高调的龙芯相比，北大众志的确很低调。Unicore竟然是龙芯的先行者！ 亲身经历：龙芯的先行者Unicore的夭折中，作者描述了unicore早期的研发情况。作者当时也许不知道，Unicore不但没有夭折，而且实现了一定程度的商业化。文中称，“Unicore采取的是自主知识产权的指令集，主要框架借鉴了ARM的指令集，然后加入了一些自己的指令”。如果是这样的话，北大众志对Unicore的目标应用定位则有点拧巴。 能查到的关于北大众志的最晚报道是今年年初《经济日报》的一篇“最面向低成本计算机系统CPU芯片及其产业化路径”。我们知道，ARM相对与x86的最大优势在于低功耗。Unicore想必也是如此。如果单拼性能，谁也比不上x86。Unicore竟然不是面对嵌入式而是桌面应用的确有些出乎意料。不过，考虑到桌面CPU更能引起公众的关注，也就更容易获得政府基金，那么这样的做法就比较容易理解了。但如果事实真是如此的话，那的确是一种悲哀。 话说回来，即使Unicore在商业上不怎么成功，这个项目也还是有意义的。至少借助这个项目我们可以培养一大批专业人才。值。 采用SPARC开放架构：时代民芯 北京时代民芯科技有限公司的名称有点误导性。这是一家隶属中国航天的公司，业务以军工产品为主。有人把中国厂商的目标市场分为三类：国际市场、山寨/草根市场和政府垄断市场。第一种公司参与国际市场的竞争，需要各方面非常强的实力；第二种以国内小厂商为客户，产品需要低成本、多功能和快速更新；第三种则以中国政府控制的市场为目标，需要有一定的政府背景或关系，一般公司难以进入。时代民芯面对的就是这个市场。军工市场重视的是安全性，对成本则比较宽容。时代民芯的效益非常好，所以可以做到以军品养民品。该公司的处理器采用开放的SPARC V8架构，无需授权，并且根据自己的需要进行指令集的扩展。为营造自己的生态环境，时代民芯已经主办了两届基于该公司MXT8051和MXT5611产品的电子设计大赛。关于SPARC架构，请参阅SPARC微处理器综述。 生产ARM cortex-A9处理器：北京新岸线 新岸线原本是从事手机电视的厂商，2010年与ARM公司合作，生产40纳米A9双核芯片。2GHz 双核Cortex-A9 MPCore计算机系统芯片NuSmart 2816针对平板电脑应用。详情参见新岸线：平板电脑处于战国时代，谁将胜出？ 这类完全依靠授权的CPU不知算不算“中国芯”？不过可以肯定的是，新浪科技的这篇报道民企新岸线转型推PC芯片 仿效龙芯再战英特尔宣传得有点过头。 摩托罗拉M*Core的演变：国芯C*Core “目前采用C*Core技术的芯片产量已经达到3000万颗，连续5年保持着国产嵌入式CPU产业化的第一品牌和年均50%的业务营业额增长率，”苏州国芯的官方网站如是说。显然，苏州国芯目前在商业上非常成功。不过有业内人士指出，C*Core的应用范围比较狭窄，其出货量主要集中在电视机顶盒上。C*Core的前身M*Core并不属于主流架构，C*Core的前途如何还需时间的验证。 真正可与英特尔产品相比的CPU：威盛x86 很多人容易犯这样的政治错误，即认为“中国芯”必须由大陆厂商生产。而实际上，“中国芯”很早就已经存在了。VIA当初通过收购Cryix获得了X86授权。虽然它的处理器市场份额远不及因特尔，但它仍然是少数几个x86处理器生产厂商之一。本月中旬，威盛推出了首款四核64位处理器Nano QuadCore L4700，采用40nm工艺制造，主频为1.2GHz，拥有4MB的二级缓存、1333 MHz V4总线，功耗27.5W。 亚洲的ARM：晶心 与威盛一样，晶心科技也是一家台湾厂商。与威盛相反的是，晶心为芯片制造商提供处理器IP授权，与风头正盛的ARM完全相同。与内地的一些处理器厂商不同，晶心没有政府资助或销售渠道，也不追求短期的出货量，而是在慢慢经营自己的生态系统。有业内人士称，与处理器研发本身相比，生态系统是制约自主处理器发展的更大障碍。ARM公司经营状况之所以强于MIPS，不在于ARM处理器的性能比对手更好，而是因为其开发工具、市场推广等方面的工作做得更到位。从这方面来看，晶心似乎更有前途。该公司声称，他们的处理器性能不亚于ARM，其开发工具更好用，而且可以为中国客户提供ARM无法比拟的技术支持。关于晶心的情况，请参阅“晶心科技：正在崛起的亚洲ARM？” 后记 经过这一番盘点，我们还真盘点出不少“中国芯”。实际从事处理器研发的中国厂商应该还不止这些。我们希望能够从中产生真正有市场生命力的厂商，最终参与国际市场的竞争，而不像“汉芯”那样为中国芯的名头而急功近利，甚至弄虚作假。现实来看，海峡两岸更紧密的合作也许能为“中国芯”找到更广阔的发展空间。 |
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