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根據外媒日前的報道,包括兩名共和黨眾議院委員會主席、反華參議員馬可·盧比奧(Marco Rubio)等美議員要求拜登政府采取行動,限制美國企業參與合作研發在中國廣泛使用的RISC-V開源技術。報道指出,此舉可能會顛覆全球科技行業的跨國合作方式。
雖然目前這項舉措還只是提議,不過已經引起美國半導體業者的不滿。總部位于美國加州的RISC-V頭部企業SiFive業務開發副總裁Jack Kang對此批評道:“美國政府若對此設限,將是一場巨大悲劇。”當然,美政客的出發點是抑制中國芯片創新發展,目前中國芯片公司是RISC-V架構發展的重要力量。并且,中國已經明確要將RISC-V架構發展成為除x86架構和ARM架構之外的第三種主流架構。國產芯片看重RISC-V什么?值得注意的是,就在外媒報道美政客提出這一新提議的當天,中國有關部門發文稱,2022年10月7日,美國政府以出臺“臨時規則”形式更新《出口管理條例》,將31家中國實體列入“未經核實清單”,并升級對華半導體出口管制。時隔一年,這場由美國挑起的“科技戰”已逐漸偏離其預設軌道,離其預想中的“勝利”也漸行漸遠。另外,有外媒在這“特殊的日子”里也在報道中指出,“美國的計劃沒有奏效”。顯然,美國想要在這場“科技戰”中進一步加碼,矛頭便指向了國內芯片發展最火熱的RISC-V。目前,芯片產業最主流的兩大架構是x86架構和ARM架構,其中x86架構掌握在美國手里,ARM架構雖然說是英國的,但是也是受美國的控制。因此,對于中國打造自主可控芯片而言,RISC-V架構無疑是最適合的。美政客之所以提出這種提議,是因為他們認為,“中國正在濫用RISC-V來規避美國在設計芯片所需知識產權方面的主導地位”。因此,他們提議,如果要讓中國芯片產業止步不前,斷供RISC-V是非常有必要的。雖然RISC-V架構誕生在美國加州大學伯克利分校,從誕生之初這一架構就是開源開放的,這種特性允許所有人自由地使用、設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。就像美國無法斷供Linux軟件一樣,對于RISC-V架構其最多就是不參與創新,讓這一架構的發展慢一些。當然,作為全球性的開放架構,不僅是中國芯片產業從RISC-V架構中受益,美國芯片公司同樣是這一架構的積極參與者。就拿發出嚴厲評論言論的SiFive來說,便是一家全球知名的美國RISC-V內核供應商,其在RISC-V內核性能和豐富度方面都處于領先位置,且和國際知名芯片大廠都有合作。這也引出另一個點,美國的芯片大廠其實也在積極對RISC-V架構進行投入。比如英特爾,雖然該公司終止了RISC-V探路者計劃,不過該公司依然在堅持做RISC-V開發平臺“Horse Creek”,還將RISC-V納入代工業務中;再比如高通,不僅是SiFive的投資者,另外還聯合多家公司成立了RISC-V汽車芯片聯盟。不難看出,不光是中國芯片企業看重RISC-V,實際上歐美芯片大廠同樣不愿也不敢錯過這一架構的發展機遇。原因在于,RISC-V架構不僅因為開源開放的特性降低了開發者的準入門檻和成本,其還具有指令集精簡、可擴展和高度兼容的特性。這些特性疊加在一起就會讓RISC-V能夠塑造出一個開放、共享、多元的生態系統,這些特性和愿景讓開發者趨之若鶩。綜上所述,目前RISC-V架構已經成長為一種全球性創新的架構,美國芯片公司是重要一份子,并不是全部。由于RISC-V架構開源開放的特性,美國如若真的實施了這項策略,那么最后受傷的很可能是美國自己的芯片產業,對于積極推動RISC-V創新的中國而言,這種策略的影響反而沒有那么大,美政客此舉可謂是“病急亂投醫”。國內RISC-V發展已經步入正軌從設備、材料、EDA工具、制造到芯片,美國對于中國芯片發展的封鎖在過往的芯片體系下是全方位的,意圖將中國芯片產業扼殺在萌芽期,不過很顯然這些措施恰恰加速了中國芯片的發展,如今中國芯片產業已經進入到了快速成長期,很多領域實現了零的突破,重點領域也都有了一定的市場份額。正如外媒和芯片大廠CEO多次提到的,美國此前的舉措有點適得其反了。如今美國部分政客將目光聚焦在了RISC-V架構身上,其目的實際上和美國禁止拿到補貼的芯片大廠投資中國市場道理是一樣的,都不希望為中國芯片發展作嫁衣。很顯然,這些政客并沒有認清當前RISC-V架構發展的真實情況。從核心出貨來看,截至2022年,市場大概有100億顆RISC-V內核,其中超過50億顆由中國企業貢獻;預計到2025年,市場上會有超過800億顆RISC-V內核,其中中國企業的貢獻會超過四分之三,超過600億顆。在核心會員方面,目前RISC-V國際基金會80%的高級會員來自中國,并有9名理事成員來自中國。這些數據表明,當前中國芯片公司才是RISC-V架構發展的主要推動力,中國市場是RISC-V架構發展最肥沃的土地。目前,RISC-V架構的生態豐富度肯定還無法和x86架構、ARM架構相比,尤其是ARM架構,很多應用方向和RISC-V架構重合,并且目前ARM架構核心豐富度明顯優于RISC-V。但后發的RISC-V在用更快的發展速度填補這些差距,RISC-V架構用4年的時間走完了ARM架構前期10年所走的道路,且這個速度還在加快。從發展節奏來看,RISC-V架構會率先將所有ARM架構的路重新走一遍,這是業界較為認可的路徑。當這一步完成之后,實際上RISC-V架構的性能已經能夠和x86架構、ARM架構抗衡。RISC-V架構的主要發明人之一KrsteAsanovic表示,RISC-V沒有性能天花板和應用限制,未來有望超越ARM、x86架構。除了RISC-V架構對ARM架構的替代之外,美國政客更怕的是,中國將所有芯片都用RISC-V架構重新做一遍,這也是有可能的。目前,RISC-V芯片的主頻已經超過了2GHz,市面上已經有了基于RISC-V的平板,以及基于RISC-V架構的服務器芯片和汽車芯片。更重要的是,主流的操作系統Linux和安卓都已經宣布支持RISC-V架構,發行版Linux操作系統對于RISC-V架構的支持力度是非常大的。在此基礎上,中國確實有希望借助RISC-V架構塑造一個全新的芯片體系。當然,有些人可能因為RISC-V架構是開源開放的,從而對知識產權保護表示擔憂。實際上,國內業者也早已想到了這一點。第三屆滴水湖中國RISC-V產業論壇,由芯原股份、芯來融智等9家企業參與的全球首個RISC-V專利聯盟正式成立,致力于打造RISC-V專利互不訴訟的生態系統,共同推動RISC-V技術的不斷創新和快速發展。結語如果沒有美國的制裁和打壓,很難說中國芯片產業是否會如此不顧一切地投入到RISC-V架構的生態建設中,很顯然在發展初期,生態脆弱的RISC-V架構和ARM架構來比沒有任何優勢。但是美國制裁措施頒布之后,國內的法規和政策也隨之發生了變化,自主可控一詞讓中國芯片公司自然而然地選擇RISC-V架構。中國芯片業者給RISC-V架構發展帶來了巨量的生力軍,這種增長近乎野蠻成長,但是又有條有理。
國產芯片看重RISC-V什么?
國內RISC-V發展已經步入正軌
結語
梅特卡夫定律指出,一個網絡的價值和這個網絡節點數的平方成正比,換句話說,數字經濟時代的發展必然走向“萬物互聯”時代,互聯互通是實現未來社會高速發展的關鍵。隨著物聯網、大數據、云計算等產業發展,數據規模呈現爆炸式增長,據IDC預測,2025年全球物聯網設備將超750億,全球每天產生的數據則高達490EB。掌握先進的互連技術,亦是中國半導體產業發展的關鍵,面對傳統互連芯片技術被國外巨頭壟斷的劣勢局面,中國如何破局?自主SDI3210開啟軟件定義互連芯時代軟件定義互連技術(Software Defined Interconnection,SDI)作為互連技術的新方向,是一種面向交換互連領域的軟件定義硬件技術,基于可重構和可編程技術,具有可擴展的硬件/軟件架構,允許應用程序對硬件進行在線定義,以動態更改交換互連的功能、性能,實現對不同應用場景的最佳擬合適配。軟件定義互連技術作為交換互連的高級形態,可以實現相同協議和不同協議的數據交換,不論通信、導航、遙感等信息都可以無縫對接、順暢交互,實現電子信息裝備的譜系化、精簡化、可擴展和易維護,有效破解電子信息裝備綜合一體化的發展瓶頸,直接催生面向威脅的軟件定義裝備生成模式,全面帶動指揮控制和網絡通信等電子信息裝備的體系升級。2016年10月15日,軟件定義互連芯片立項啟動,歷時924天,由我國研發團隊研制的世界首款軟件定義互連芯片SDI3210問世,2019年該芯片被評為“中國芯”重大項目轉化成果獎,并于2021年亮相“十三五”科技創新成就展。SDI3210可以實現異構協議的互連互通,在譜系簡化、系統集成、安全防御等方面具有天然優勢,可用于解決大帶寬、高實時靈活數據交互為需求的領域,如通信導航、測量、國產計算機系統、高性能計算等。SDI3210軟件定義互連芯片,可支持物理層和數據鏈路層可軟件定義的異構協議互連;最多可支持32個端口或32路高速通道,具備軟件定義端口協議、軟件定義交換模式、可編程協議轉換等功能,支持RapidIO 3.0、8G FC和10G Ethernet三種異構協議的高速數據交換,最大交換容量320Gbps;具有高帶寬、高靈活、高實時等特點。圖-SDI3210結構框圖為了用戶更好地使用SDI3210芯片靈活的軟件定義配置和一型可替代多個品種的強大能力,該項目同步配套了多種軟硬件工具支持,包括SDI3210評估板、SDI3210 OPT性能測試板、SDI3210配套軟件。其中SDI3210評估板通用架構分為1個主板,3個配置處理器,3個協議處理器,形成集SDI協議處理、協議轉換、數據交換為一體的應用平臺,可提供面向系統的集成式演示平臺,降低用戶開發風險,加快系統開發應用的時間;性能測試板則用于SDI3210交換芯片的功能及性能評估,單板交換能力為320Gbps,用于快速搭建用戶自組網測試平臺;配套軟件可用來指導用戶快速學習和使用3210芯片的各種功能,對交換芯片進行管理和配置,包括端口狀態查看及配置、路由配置、協議解析與轉換配置、初始化配置。多維應用打造高速互連芯業態當前我們處在一個互連無所不在的時代,Ethernet協議、RapidIO協議以及FC協議等高速通信協議分別在數據中心、人工智能、嵌入式系統、高性能計算、存儲系統中得到了廣泛應用。SDI3210芯片既可作為單一協議網絡的交換芯片應用,也可工作于混合協議混式,實現不同二層協議之間的互連互通,發展至今,已通過軟件定義應用于多種場景。以數字信號處理系統為例,在實際應用中經常需要實現多種協議數據的接收、轉發、異構協議數據轉發等功能,如下圖所示,邊緣的數據采集芯片將數據采集完成后,經處理器處理后再通過RapidIO協議數據進行處理交換轉發,轉發的數據可以存放到本地的存儲系統或者遠端的存儲系統中。其中本地存儲系統數據存放中,需要RapidIO協議與FC協議之間的轉換;遠端存儲系統數據存放中,則需要RapidIO協議、以太網協議、FC協議三者之間的轉換,即不同邊緣節點處理后的數據有交換轉發的需求,各個專用網絡中都有數據交換轉發的需求。三種專用網絡交換芯片和三種協議轉換的橋接芯片的使用,增加了系統的維護難度。基于SDI3210芯片支持多協議融合的特性,將該系統中所有的協議轉換和數據交換的芯片全部升級為SDI芯片,與DSP/CPU/FPGA、存儲節點、服務器等不同協議類型的處理節點相連,即可實現一種SDI板卡替換原有裝備中的三種不同協議和功能的網絡交換板卡,極大的縮短了研發周期,降低了產品成本,簡化了系統譜系。圖-基于SDI的信號處理系統在視頻傳輸系統中,典型的案例需求是通過四路千兆以太網端口實現攝像頭數據的接收,然后將數據轉換為FC協議,并通過FC交換網絡將數據存放到存儲單元中,實現視頻數據的實時存放,控制系統可通過422總線控制FC存儲設備數據的選擇和讀取,并且通過傳輸裝置實現視頻數據傳輸,最后將接收的視頻數據進行解碼并實時顯示。然而由于受限于空間環境,視頻采集和觀測點較少,但是觀測手段多樣,并且存儲設備為FC協議,因此需要實現千兆以太網協議與FC協議,RapidIO協議與FC協議之間數據的轉換。同樣地,基于SDI3210芯片設計的視頻傳輸系統原型,通過一塊板卡實現了千兆以太網協議與FC協議,RapidIO協議與FC協議異構協議數據之間限速協議轉換和實時轉發,實現了用戶需求的高效解決。在新產品批量測試應用中,某產品支持RapidIO協議和Ethernet協議,兩種協議接口均需進行測試。在測試中,從自動化系統測試切換到人工專項測試,由于測試接口類型不一致,人工專項測試接口數量受限,需要頻繁切換測試網絡,造成測試過程復雜、測試結果不一致、排查故障困難等問題。自動化測試系統的開發是該案例的核心需求,難點則是實現任意接口互連下RapidIO與以太網協議的互連互通,因此采用傳統固有協議接口的數據交換機將需要不斷的改變硬件設備,難以降低人工成本,采用SDI3210芯片的方案能夠解決該問題,支持靈活互通,提高測試效率。攜手晶上聯盟加速SDI生態建設軟件定義互連技術被喻為軟件定義時代的“柔性韌帶”,已成為新一代信息網絡系統的嶄新“內核”,直接決定著信息系統體系架構整體技術的進步,是我國信息系統技術體系從“跟蹤仿制”到“創新超越”跨越式發展的抓手級技術。為了強化我國戰略科技力量,帶動信息產業整體升級,更好地構建軟件定義互連生態系統,2017年11月25日,由國家數字交換系統工程技術研究中心和清華大學牽頭,聯合國內頂尖高等院校、科研院所、企業和金融機構等單位,發起成立中國首個網信領域軟件定義互連技術與產業聯盟;為進一步助力集成電路"卡脖子"技術創新及產業應用,2022年12月,SDI聯盟全面更名升級為軟件定義晶上系統(SDSoW)技術與產業聯盟。清華大學為理事長單位,秘書處設于天津市濱海新區信息技術創新中心。目前,聯盟成員單位達280余家,覆蓋IP、芯片、板卡、設備、軟件和應用相關的產業鏈企業。SDSoW聯盟以打造晶上系統領域的戰略智庫、學術高地、產業聯盟為宗旨,圍繞學術、生產、應用建設行業協同創新發展平臺,堅持科技引領發展原則,圍繞新型舉國體制建設,打造晶上系統產業生態。隨著相關IP核、芯片和板卡產品的推廣應用,軟件定義互連生態體系也正在逐步構建,2022年5月,井芯微電子技術(天津)有限公司攜手軟件定義晶上系統技術與產業聯盟,圍繞SDI3210芯片的創新應用推廣啟動了“芯火燎原”行動,目前SDI3210芯片已成功覆蓋80余家應用單位。未來,將基于核“芯”SDI3210服務智能社會發展,通過研發升級、方案優化、應用迭代,打造實現國產替代、開發便捷、應用廣泛的SDI3210,加速軟硬件工具協同賦能,全面釋放提升SDI3210芯片能效;深入開展多場景驗證開發,構筑更加全面的解決方案;提高技術支持及產品服務能力,向一站式服務體系建設沖刺,秉承“創新、開放、利他、長期”的價值觀,致力實現集成電路產業報國。
國內首條萬臺芯片原子鐘生產線近日在天津高新區落成投產。生產線設計產能為每年3萬臺,其落成投產填補了國內相關領域的技術空白,打破了此前國內在這一領域長期依賴進口的局面。芯片原子鐘具有授時精準度高、功耗低、體積小等特點,適用于衛星導航授時、通信同步、水下探測等應用領域,具有廣泛應用空間。華信泰董事長梁小芃表示,芯片原子鐘的生產對廠房空間、震動條件、配套設施等軟硬件環境要求很高,公司團隊選址考察多地后,綜合考慮環境、位置、人才、資源配套等因素,最終在天津政府大力引薦和支持下落戶天津高新區。據介紹,這條生產線的投產意味著我國在芯片原子鐘領域可自主實現規模化量產,將有效解決我國在這一領域的迫切需求,也將進一步推動國內通信、導航、時頻領域發展。“未來,隨著市場需求不斷增加,公司將考慮建設十萬臺乃至百萬臺級別的生產線。”梁小芃說,公司也將加大研發投入,加快芯片原子鐘產品迭代升級,不斷推出更優、更強、更先進的產品,躋身國際前列。
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