如何破解芯片“卡脖子”问题?81岁的老院士这么说

  众所周知,CPU芯片和操作系统是计算机领域最基础的核心技术,而中国在这方面受制于人,常被称为“缺芯少魂”。随着中美科技战的加剧,美国从今年 9 月 15 日开始正式实施针对华为的芯片管制升级令,如何突破芯片“卡脖子”的问题成了中国举国上下最关心,也是最迫在眉睫的问题之一。

  11 月 3 日在湖南长沙举行的 2020 年世界计算机大会上,81 岁高龄的中国工程院院士倪光南表示,虽然芯片行业已形成垄断局面,但并不代表中国就没机会,中国可以效法开源软件的成功经验,推动开源芯片的研究,“开源芯片对中国和世界而言都是一种机遇”。

  作为发展中国家,中国涉足芯片领域时,世界已形成垄断体系,芯片设计门槛极高,以 14 纳米工艺为例,不仅需要投入上亿元的研发经费,还要投入大批的人力,这就导致只有少数企业可承受中高端芯片的研发成本,从而制约了芯片领域的创新。

  目前世界上常态最为成熟的两种指令集架构的 CPU 分别为 intel x86 指令架构 CPU 和 ARM 指令集架构 CPU;前者的优势是历史悠远长久,垄断了桌面与服务器领域,被美国的 intel 和 AMD 两家公司拥有,罕有对外授权,后者则在移动和嵌入式等领域占垄断地位,世界上很多公司花费数百万至数亿美元费用向 ARM 公司购买 CPU 许可。

  倪光南介绍说,开源即开放源代码,是一种开发模式和商业模式,以 linux 为代表的开源软件已成为软件产业的主流。开源能够更好的降低互联网创新的门槛,三五名研发人员用几个月时间就能够迅速开发创新业务,来提升了互联网公司的自主创新能力。

  然而,过去开源芯片的开发往往陷入一个“死结”,由于开发投入大,验证周期长,企业不愿自主开发,而是花高价购买 IP,因而也就不愿开源。“因此这个循环不能形成,开源的生态系统建立不起来。”倪院士说。

  他指出,一种名为RISC-V指令集的架构现在有望成为降低处理器芯片 IP 成本的新模式,而且中国在这方面已经有了很好的开端,主攻开源芯片的 RISC-V 基金会已经与中国团队成立了联合开发实验室。

  一是设计优势,免除授权费用和知识产权风险的完全开源免费,是 RISC-V 存在的主要意义。“三五个人的小团队在三四个月内,只需几万元便能研制出一款具有市场竞争力的芯片。”

  二是技术优势,RISC-V 指令集在最初设计时,其研发团队就明确说要追求简约,丢掉历史包袱。目前成型的技术代码集小,支持模块化,性能十分优越,能够很好的满足从微控制器到超级计算机等各种复杂程度的处理器需求。

  三是市场优势,随着AI和新一代信息技术的发展,各种场景下对于 CPU 的需求日益碎片化,嵌入式应用前景广阔,低功耗,低成本和定制化需求慢慢的变大,这使得 RISC-V 的精简、低功耗,模块化和可扩展的优势与数字化的经济未来的发展趋势十分契合。

  四是管理优势,最初的 RISC-V 指令集开发于 20 世纪 50 年代,大多数专利早已过期,在商业化和开源使用方面不会存在大的技术壁垒和成本问题。很重要的一点是,RISC-V 目前由一个成立于 2005 年的基金会管理,这是一个非营利的中立机构和开放社区。今年 3 月,为了寻求技术中立,总部在美国特拉华州的 RISC-V 基金会迁至瑞士。该基金会采取会员制管理,目前共有 235 家会员单位,中科院计算所是发起和审计会员,阿里、华为是白金会员。这种开放式的管理模式可以有明显效果地地促进 RISC-V 社区的交流和创新,形成生态系统,以此来降低研发成本,打破芯片市场的垄断局面。

  RISC-V 芯片目前在国内处于起步阶段,但前景良好,中科院计算所、阿里巴巴、华米科技、芯来科技都在积极地推进 RISC-V 的开发,并已取得成果,比如华米研发的智能可穿戴领域首颗 AI 芯片“黄山 1 号”已于 2019 年量产落地。

  倪光南院士生于 1939 年,是中国最早的一代计算机科学家。他曾参与研制我国自行设计的第一台电子管计算机(119 机)。上世纪六七十年代开展汉字处理和字符识别研究,首创在汉字输入中应用联想功能。在担任计算所公司 / 联想集团总工期间,主持开发了联想式汉字系统、联想系列微型机。1994 年,倪光南当选中国工程院院士。

  如今,使用机器学习的智能手机依赖于云服务器,这限制了信息的解决方法。然而,若是拥有一个内置的人工智能处理单元,能改变这样的一种情况,并增加该设备的计算能力。 内置人工智能现在,几乎各大智能手机公司都说他们生产的手机使用了人工智能(AI),或者更确切地说,机器学习算法。然而,很少有手机运行的是自己的人工智能软件。这种情况可能很快就会改变:由于专门为移动手机和其他智能家居设备提供机器学习的处理器的出现,人工智能手机有朝一日可能标准化 当今智能手机中几乎所有芯片均由英国芯片设计公司ARM制造,现在该公司想要将AI的力量应用到每一台移动电子设备上。目前,运行AI算法的设备依赖于云端服务器。这种设置局限性很大,因为在线连接会影响信息的传

  外媒报道芯片厂商英特尔于昨日完成了对NetSpeed Systems的收购,NetSpeed Systems是一家针对Soc设计提供知识产权于解决方案的公司,此次英特尔在收购NetSpeed Systems之后在芯片设计领域将获得大幅度的补强。截止文章发布前,英特尔尚未公布具体的收购价格。 图:NetSpeed CEO桑达尔Sundari Mitra(左)和英特尔高级副总裁Jim Keller 英特尔表示,收购NetSpeed将有利于改进其芯片设计工具。NetSpeed提供了高度可配置、综合产品,能够在一定程度上帮助英特尔更快、更经济地设计、开发和测试新的片上系统(system-on-chip,SoC),同时有助于英特尔设计、开发并测试能

  A/D转换器芯片及接口电路 1.8位A/D转换器芯片ADC0809 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,ADC0809的主要特性: ● 它是具有8路模拟量输入、8位数字量输出功能的A/D转换器。 ● 转换时间为100μs。 ● 模拟输入电压范围为0V~+5V,不需零点和满刻度校准。 ● 低功耗,约15mW。 (1)ADC0809结构框图及引脚说明 图4.24 ADC0809的结构框图和引脚 通道选择开关 通道地址锁存和译码 逐次逼近A/D转换器 8位锁存器和三态门 (2)ADC0809的工作过程 对ADC0809的控制过程是: ① 首先确定ADDA、ADDB、ADDC三位地址,决定

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