2019年5月26日，参观者在数博会上参观中国自主研发的芯片

    “一方面全球传统芯片垄断格局难以被打破，另一方面重大技术革新带来了绝佳的战略窗口期，芯片产业的原始引领型创新已然势不可挡。”

《环球》杂志记者/胡艳芬 姚依娜

　　“当前和今后一个时期，我国发展仍然处于重要战略机遇期。”在中共十九届五中全会上，在2021年的政府工作报告中，这一论断被反复提及。

　　然而，如何把握住这个战略机遇期呢？在今年全国两会期间，代表委员们频频提及的一个应对之策是：抓住“创新”这个“牛鼻子”，实现科技自立自强。

　　当前，以人工智能、物联网、大数据等为代表的第四次工业革命的兴起，为中国高质量发展带来重大契机，然而，中国的芯片等产业技术“卡脖子”的短板仍突出，这对企业创新提出了迫切要求。

　　至此，一个更为重要的问题呼之欲出：芯片领域需要怎样的创新？

　　中国工程院院士、微电子工艺技术专家吴汉明分析说，芯片产业大体分三部分：设计、制造和封测。当前国内设计部分已初具规模，但大部分设计企业还是需要获得ARM、Cadence、新思等国外公司的知识产权（IP）；电子设计自动化（EDA）等软件也基本依赖国外尤其是美国企业；而且大量芯片还依赖进口。一旦无法获得知识产权和设计软件（EDA）的授权，无法从海外采购芯片，就会陷入“缺芯”的困境。

　　“一方面全球传统芯片垄断格局难以被打破，另一方面重大技术革新带来了绝佳的战略窗口期，芯片产业的原始引领型创新已然势不可挡。”华夏芯（北京）通用处理器技术有限公司（以下简称华夏芯）董事长李科奕对《环球》杂志记者说。

新兴应用催发技术创新

　　“加快数字化发展 建设数字中国”在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中单独成篇，数字经济核心产业增加值占GDP比重被列入“十四五”时期经济社会发展主要指标……种种信息都表明了中国大力发展数字经济的决心。

　　数字经济发展的重要驱动引擎，就是高性能计算。高性能计算可以实现海量数据的分析，将5G、机器视觉、无人驾驶、区块链等现代科技与传统行业结合，提高传统产品和服务的质量、效率和效果，扩大数字经济的应用深度和广度。而计算的核心是芯片，芯片自然成为高科技领域的必争之地。

　　国家信息化专家咨询委员会原常务副主任周宏仁指出，如今，物联网的发展成为全球信息化发展的主流之一。数字化、网络化、智能化技术的应用开始向各种产品（物）渗透，使“计算”向着以产品计算为主流应用的方向发展。

　　根据物联网研究机构IoT Analytics发布的报告，2020年物联网连接数达117亿；预计到2025年，物联网连接数将达到309亿。如此庞大的应用需求，势必影响核心芯片技术的下一轮变革。全球物联网所需的核心芯片技术的体系架构还在成形中，这是当前全球芯片技术和产业竞争的焦点。

　　“中国芯片产业发展要面向未来，放眼‘大智物云’的发展需求，做前瞻性的赶超部署，用有限的人才和社会资源，突出战略重点，力争引领下一代核心芯片技术的发展。”周宏仁说。

　　吴汉明向《环球》杂志记者介绍，目前，一些与特征尺寸无关的芯片技术研发呈爆发式增长，如存算一体、Chiplet（芯粒）、异质结构的堆叠芯片技术等。

　　值得关注的是，在中国芯片设计领域，已经有企业主动承担起打造完全独立自主芯片生态系统的责任。吴汉明举例说，“华夏芯设计了一套自主的统一指令集，形成中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）、图形处理器（GPU）和人工智能（AI）等异构计算平台，正在为异构计算打造全自主的生态。”此外，华为、飞腾、北京君正和阿里平头哥等企业通过架构授权或利用开源架构，也打造出了一系列产品，并已形成一定规模的产业链。

　　据悉，华夏芯基于对异构计算发展趋势的预判，设计了一套名为Unity的统一指令集架构。李科奕告诉《环球》杂志记者，基于异构计算架构的芯片，或称之为“CPU+”，把CPU、GPU、DSP、加速器等不同类型的处理器内核高效地融合在同一颗芯片上，实现协同运算、协同存储与协同管理，在性能、功耗等技术指标上与现有同构多核处理器相比，有数倍甚至数十倍的提高。

　　据李科奕介绍，华夏芯选择从异构计算的角度进行原始创新，也是着眼于异构计算应用领域的市场机遇——辅助驾驶、机器人、智能安防、智能家居、5G等新兴应用场景的共同特点是只需要“单点”的应用开发，不像手机和个人电脑需要汇集众多第三方应用软件，因而导致很强的生态依赖性。

新赛道，新机遇

　　尽管美国在芯片领域有更多的技术积累与生态优势，大约在2010年前后，异构计算的发展开始让中国和美国站在异构计算的同一起跑线上。

　　李科奕认为，异构计算为中国集成电路产业提供了几十年来从未有过的赶超机遇，因为在这个领域，中国已拥有某些技术方面的优势。如果抓住这一难得的历史机遇，加大投入，完全有可能深度影响甚至引领相关产业的发展，成为新市场的规则制定者，实现“换道超车”。

　　据了解，现在大多数国产异构计算芯片使用的都是海外供应商的IP，需要芯片“集成”团队去完成包括IP和芯片相互验证在内的研发工作和技术维护。而华夏芯选择从异构芯片的底层IP开始，从事的是芯片设计领域的原始创新。

　　IP相当于建筑物的地基，有相当严苛的专利保护。如果用传统的思路去做CPU、DSP和GPU等基础计算IP，很难绕过之前行业巨头的专利限制。但华夏芯走的是完全不同的技术路径，开辟了一条新的发展道路，绕开了其他厂商的IP专利，筑建了自己的专利保护池。

　　李科奕说，通过采用华夏芯的IP，可以简化复杂异构芯片的设计，而且能够基于设计创新而非完全依赖新的工艺来提升计算性能，这样就降低了芯片的设计与生产投入，并可缩短产品推出周期。“如果能进一步叠加以定制化设计，赋能合作伙伴和客户，通过提供高性价比的异构芯片解决方案和构建统一的软件生态，加快客户产品占领市场的节奏，就很有可能打破垄断，在中国芯片市场乃至全球取得成功。”

把握发展的主动权

　　2020年12月，中央经济工作会议部署2021年经济工作，提出要增强产业链供应链自主可控能力。产业链供应链安全稳定是构建新发展格局的基础，要统筹推进补齐短板和锻造长板，针对产业薄弱环节，实施好关键核心技术攻关工程，尽快解决一批“卡脖子”问题。

　　周宏仁表示，芯片就是被国外严重“卡脖子”的核心技术之一。芯片产业的技术突破关系着众多传统产业的智能化革新，自主芯片面临巨大需求，前景广阔。根据前瞻产业研究院发布的《中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》，预计2026年中国物联网芯片需求将达到1360亿元。

　　今年1月，本田、大众、福特等车企纷纷宣布由于芯片供应不足而减产或关停部分工厂。随后，手机等消费电子行业也面临“缺芯”的情况，整个半导体供应链的上中下游都受到影响。

　　吴汉明表示，中国“缺芯”的情况必然会延续相当长的时间，主要原因包括整个工业体系不够先进、基础创新不足、人才队伍短缺、产业链自主空白点较多等，尤其是大部分芯片设计企业仍需要国外IP和EDA的授权。

　　IP是整个集成电路产业链最上游的节点，代表着芯片设计的核心知识产权和关键技术的自主创新能力，对下游的产业发展辐射和带动作用巨大。李科奕认为，中国芯片产业发展需要原始引领型创新，而不是将核心知识产权、关键技术的创新寄希望于他人。没有强大的芯片设计支撑，下游的制造、封测就将面临成为无源之水、无本之木的风险。

　　吴汉明说，无论从国家竞争力、国家安全还是从经济发展等方面看，建立自主的行业标准和自主的强大生态都具有重大战略意义，只有培育立足国内、面向国际的芯片生态系统，才能把握中国新一代集成电路产业的发展主动权。“中国集成电路产业需要原创的、没有知识产权纠纷的技术，因为这是建立自主生态系统的基础。”

　　考虑到自主芯片生态系统对国家信息安全举足轻重的作用及其发展面临的难题，吴汉明建议，要鼓励高端芯片领域原创性的自主创新，如果国内企业有自主研发的指令集，而且建立了相对应的自主知识产权保护体系，应该给予最大的鼓励和支持，调动上下游企业，一起把生态做大做强，从而增强中国集成电路产业链自主可控的能力。

　　周宏仁也指出，“要构建一批以直接承担产品生产责任的企业为龙头和核心、产学研用协同创新的产业联盟。同时，国家要特别重视、培育和发展企业，尤其是骨干企业，从而让全社会的各种资源以市场配置的方式，在国家政策的引导下向企业尤其是骨干企业集聚。支持企业各方面的能力建设，通过强化企业的竞争优势和国际竞争力，帮助企业在较短的时间内抢占国内国际市场，并逐渐成长为龙头企业。”

来源：2021年4月7日出版的《环球》杂志 第7期

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