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国产芯片不再受制于人 自主可控身份认定是关键

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供稿:中国工控网 2016/4/12 11:20:54

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近年来,在国家大力扶持集成电路产业的背景下,国内从事高性能CPU设计的单位或公司数量不断壮大。但美中不足的是,几乎所有单位都认为自己的产品和技术路线符合自主可控标准。




    国产芯片不再受制于人 自主可控身份认定是关键
  比如飞腾在和中国电子合作后,将购买自ARM的CortexA57产品打上自主可控标签进军信息安全市场;展讯把购买自ARM的CortexA53和Mali的T720MP2集成得到的椒图芯片打上了自主可控、安全可信的标签,搭载椒图芯片的“安全手机”与央企单位达成供货意向,后续还将面向国家众多涉及安全的行业领域、政企市场全面推广。
  
  而这些芯片技术架构的来源,都是ARM。
  
  ARM是谁?ARM是英国的芯片知识产权(IP)提供商。全世界超过95%的智能手机和平板电脑,都采用ARM的芯片技术结构。
  
  虽然国内一些芯片公司,以自主可控旗号获得国家项目和经费,并打进党政军市场,但实际上这些基于ARM技术授权的自主可控芯片,距离真正的自主可控,仍有差距。
  
  检验是否自主可控,有一条基本的标准——信息安全不受制于人,产业发展不受制于人。这就必须做到知识产权自主可控、能力水平自主可控、发展自主可控、供应链自主可控、具备“国产”资质、利润不受制于人。
  
  而这6个方面,恰恰是ARM阵营IC(集成电路)设计公司需要奋力弥补的。
  
  1.知识产权受制于人
  
  国内ARM阵营的IC设计公司购买的IP核授权并非永久性授权,其授权具有诸多限制性和期限性。
  
  目前,ARM在国内不开放ARM32位的指令集授权(事实上,基于ARM32位指令系统的CPU芯片在移动互联网世界占据了90%以上的份额,因此ARM为了获得更多利益,也不会将32位指令集授权客户了)。
  
  而在服务器领域,由于迫切需要攻打竞争对手英特尔的地盘,ARM目前对国内少数厂商开放了64位ARMV8服务器授权,且存在有效期。
  
  可以想象,未来ARM一旦在服务器市场站稳脚跟,对国内厂商的服务器授权态度恐怕也将是另一番情景。
  
  知识产权受制于人隐含着巨大的技术风险——英特尔于2006年取消对威盛VIA的前端总线授权,就对威盛公司造成了几乎毁灭性的打击;而最近制裁中兴的事件中,一旦制裁被认真执行,美国和美国控制的ARM企业不再授权(ARM虽然是英国公司,但主要的研发中心在美国),那就会对国内ARM阵营的IC设计公司造成巨大的冲击。
  
  2.能力水平受制于人
  
  CPU和操作系统一样,都是一项非常复杂的工程,即便获得国外公司提供的全部源代码,但如果没有设计文档和吸收消化能力,也是很难吃透的。
  
  如同操作系统一样,微软早就号称把所有Windows源代码交给了中国政府审查备案,但即便如此,中国还尚未掌握对Windows全部代码的解读吸收能力,更何况ARM。
  
  熟悉IC设计的开发者应该都知道,一个IP设计公司在对第三方提供其设计好的IP时,即便是较开放的软核授权,也不会做到所有代码可读可修改,而是包装了好多模块,其中有些可以配置、有些可以修改,而在大部分模块内部都不可能进行随意修改。
  
  除非能够完全不依赖于ARM提供的公版核心,从零开始就自己设计研发,这方面比如国内几家老牌CPU厂商龙芯、申威等,从头开始就采用自主开发微结构的做法,虽然在性能和兼容性方面走了一些弯路,但不存在能力水平不可控的问题。
  
  如果长期购买ARMIP核授权,而不自主设计微结构,就会导致缺乏工程实践能力。毕竟实践出真知,没有独立完成微结构的设计,必然导致不具备独立开发微结构的能力,。
  
  而这也是中国近年来ARM芯片的年出货量超过10亿片,但没有一片芯片的微结构是国内自主设计的根源!
  
  3.安全受制于人
  
  由于ARM微结构不被国内企业掌握,因此在安全和后门问题上,必然得不到根本保障。
  
  微结构决定了CPU的性能、功耗、安全性等要素,而日常我们所说的双核、四核、八核CPU芯片,其实是将2、4、8个微结构(CPU核)的接口互联并集成到一片硅片上。
  
  正因此,由于都是购买ARM设计的微结构,所以基于ARM结构的国产芯片的性能、功耗、安全性都由ARM决定,中国ARM阵营IC设计公司在性能、功耗、安全性根本不具备话语权,能够做主的,仅仅是把这些ARM微结构组合成双核、四核、还是八核的CPU芯片,以及在后端设计方面,在ARM留有的冗余范围内,将主频定得高一点还是第一点。
  
  4.发展权受制于人
  
  指令集是存在于CPU内的程序,它用一些代码表达读、写等操作,让计算机做各种运算的一套命令标准,是芯片的重要组成部分。
  
  在技术上,重新设计一套指令集的难度近乎于零。美国也一度禁止将单独的指令集申请为专利,只有当指令集与实现方法相结合的时候才被允许申请专利。
  
  但是指令集对IC设计的影响是不可忽视的。比如,当年ARM“半残疾式”的指令集就根本不可能设计出高性能芯片,随着近年来ARM更新指令集,以及购买了MIPS498条指令集授权后,才使其能在高性能芯片领域一展拳脚。
  
  单纯的指令集本身价值非常有限,真正有价值的是围绕指令集构建的软件生态、指令集的实现方法和自由扩展指令集的权力。
  
  举例来说,华为购买ARM指令集授权,但是不具备自主扩展指令集的权力,只能局限在ARM所构建的生态以及游戏规则里生存。
  
  这种做法的好处是,能够获得ARM产业生态长期的支持,但问题也很明显,无法进行更大程度的自主生态的建设。
  
  与之形成鲜明对比的是中国的龙芯。龙芯在获得了MIPS公司的永久授权后开始自主扩展指令集——loongISA有1907条,源自MIPS的有527条,其余指令都是龙芯自主扩展的。
  
  由于自建生态,龙芯在软件层面就需要自行投入更多的力量进行优化支持。但长远来看,好处很明显——能够真正引领自身产业生态的发展,甚至主导开源社区的发展权。
  
  而购买ARM指令集授权只能是ARM卖什么,你用什么。
  
  5.利润受制于人
  
  由于在ARM体系中,“每个环节做什么”、“有多少利润”在AA(ARM芯片 安卓系统)体系中已经形成潜规则,国内ARM阵营厂商基本沦为AA体系的“马仔”。
  
  如果是购买ARM指令集授权,不仅价格成本昂贵,而且授权期限仅仅5年,还被限定使用范围。最关键的是“买无止境”——指令集到期接着买,指令集更新还得买;每次以什么价格授权,ARM说了算;如果是购买IP核授权,除了一笔不菲的授权费外,每生产一片芯片还需缴纳专利费。
  
  这也是为什么中国ARM芯片年出货量超过10亿片,但产业依旧不赚钱的原因。
  
  反观在ARM阵营里真正混得好的,诸如高通、苹果、三星、华为等公司,很多都不是或不完全依赖于在市场上直接出售芯片赚钱。
  
  高通在2014年凭借专利业务获得利润66亿美元,芯片业务赚取利润38亿美元,近60%营业利益来自于技术授权费,总利润将近一半源自中国市场。
  
  高通芯片业务38亿美元的利润更多的是依赖于市场份额巨大的因素,但利润的主要来源是高通税、专利授权费等方面的盈利。而2015年被中国国家发改委反垄断后,新版专利授权协议给了大陆手机厂商更大的自由度,谈判难度大幅提升,直接导致至今依然有不少大陆手机厂商尚未与高通签约,专利费悬空未缴,高通2015年3季度净利润锐减44%。
  
  苹果、华为都采用垂直整合模式,自家的手机芯片不外卖,自产自销过日子,芯片价格内部定价,依靠自家手机的高溢价获得利润为芯片业务留足利润空间。
  
  三星也是如此,除了出售给某国产手机少量芯片外,基本上都是依靠垂直整合模式自产自销,依靠自家手机的高溢价为芯片部门预留利润,而非在市场上直接出售芯片。
  
  6.供应链受制于人
  
  国内ARM阵营IC设计公司在供应链上严重依赖境外公司。比如,华为海思麒麟910等相关芯片全部依赖台积电工艺;华为16纳米制程16核ARM公版微结构服务器芯片也依赖台积电工艺;飞腾1500A也依赖境外工艺。
  
  与此形成鲜明对比的是,龙芯3A2000和3B2000虽可以采用境内工艺流片。但龙芯目前在国内消费市场的现状也有目共睹。
  
  ARM获得“自主可控”身份意味着什么?
  
  随着国内网络安全和自主可控等规划和战略的出台,国内的IT自主厂商也终于迎来了蓬勃发展的春天。
  
  而在中国希望重新制定IT产业游戏规则的时候,国外的IT企业开始模仿类似ARM所采取的“开放授权”的障眼法,纷纷通过技术授权及合资策略成立本土化公司,企图穿上国产“自主可控”的合法化马甲。
  
  比如,目前IBM通过OpenPower联盟授权在国内成立了中晟宏芯CPU企业;微软推出中国政府专用版本的windows10,并在中国成立合资公司进行销售;IBM的informix数据库也已通过开放授权方式代理给了国内几家数据库厂商。
  
  乱花渐入迷人眼。CPU、操作系统、数据库等产品作为信息产业的基础性产品,其自主可控的重要性不言而喻。
  
  但从目前情况看,如采用ARM技术授权的厂商在国内俨然已被贴上了自主可控的标签,堂而皇之地进军党政军市场。
  
  如果国家没有对自主可控身份的清晰认定,那么接下来,ARM芯片就可能变身国产自主CPU、微软Windows10就可能变身国产自主操作系统、IBMinformix就可能变身国产自主数据库。

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新闻来源: 瞭望智库

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