兆芯:电路板中跳动的“中国芯”

邬迪

2018年09月26日12:23  来源:人民网-上海频道
 

编者按:在迎来改革开放40周年之际,为铭记上海产业在艰难中起步,在探索中发展,在新的起点上扬帆再启航,传承上海产业工人迎难而上、无私奉献的精神,上海市经济和信息化工作党委与人民网上海频道、上海广播电台、解放日报社,联合推出“改革开放再出发,上海制造新征程”主题报道活动。活动贯穿全年,在人民网上海频道、上海市经济和信息化党建网、“上海经信委”、“人民网上海”微信公众号、上海广播电台990早新闻、《今晚》栏目等平台陆续推出。

1971年,英特尔公司发布了世界上第一块微处理器——INTEL4004。它集成了2250个晶体管,能够处理4bit的数据,每秒可运算6万次。自此,随着半导体制造工艺的不断完善,CPU(中央处理器芯片)的性能也逐步得到提升,慢慢地发展到了如今的状态。

如今,芯片已经渗透到了人们生活中的方方面面。无论是乘地铁、刷银行卡还是使用电脑,CPU作为每一台终端设备的处理器,都起到了举足轻重的作用。也正因为CPU芯片在设备中的重要位置,因此相对于其他元件来说,CPU芯片的研发难度和技术门槛也都是最高的。一直以来,全球电脑CPU市场一直被美国的英特尔公司和AMD公司所“霸占”,特别是英特尔公司,他们的市场份额一度达到85%之多,几乎形成了垄断。

CPU芯片研发水平的高低,代表了一个国家信息技术水平,更是信息产业和信息安全的基础。也就是说,如果长期无法改变这种芯片依赖进口的局面,我国就很难在国际竞争中取得领先地位。

2013年,致力于研发并量产自主可控国产芯片的上海兆芯集成电路有限公司成立,经过多年的努力和探索,兆芯成功推出了系列国产x86CPU,一举撬动了进口芯片在国内市场的统治地位。如今的兆芯,在工艺、软件集成、操作系统以及嵌入式工控上已经形成了一个完备的生态产业链。

图中为兆芯自主研发的x86 CPU

打破垄断国产芯片的崛起之路

事实上,我国的芯片自主研发历程,却走得并不轻松。直到2001年5月,在中科院计算所知识创新工程的支持下才成立了“龙芯课题组”,这也是我国国产CPU芯片发展的开端。然而,由于不掌握核心技术,长期以来我国依然要花费巨额的经费进口芯片。

数据显示,我国进口集成电路的总额已连续5年超过2000亿美元,2017年更是达到了2500亿美元之多,创造了新的记录。而在这之中,与CPU相关的进口额就有550亿到600亿美元之多。

2013年,上海兆芯集成电路有限公司成立后,将目标直指国产芯片的研发和量产。“这个目标说起来容易,但想实现它却绝非易事。”兆芯副总经理罗勇告诉记者,别看芯片的个头不大,里面的门道却不小。“研发芯片最重要的是它的内核和架构。但内核里面要怎么做?缓存要做多大?做多少个内核,它们之间怎么相连?这些都没有人会告诉你,要一步一步自己摸索。”

坚持自主研发的兆芯都要完全从零开始,一点一点地摸索,通过反复的失败来寻找最优化的方法。

“完整验证一款芯片一般需要一年到两年的时间,因为你要保证推向市场的产品性能、质量,这是一个复杂的过程。像兆芯这种做通用型CPU芯片的就更是如此,因为我们要保证产品的兼容性。例如对于windows系统,我们就要保证无论是win7、win8还是win10,都要能够完美地适配才行。因此,在研发新的芯片的时候,我们的测试员工和研发团队会一直都处在7天24小时全程反复检查的状态。”

罗勇表示,正是通过这样一次又一次一丝不苟地反复测试,兆芯才终于成功推出了国产x86CPU芯片:其全系列CPU都能够与微软的Windows视窗操作系统和应用软件良好兼容,搭载兆芯CPU的电脑整机顺利完成了平均无故障时间10万小时的测试,完全满足商业化量产的标准,也一举打破了进口芯片在国内市场的垄断地位。

基于兆芯CPU的联想电脑

自主可控,国产芯片助力十九大

罗勇告诉记者,兆芯的CPU不仅支持windows以及其它的国产操作系统,其本身还可以与intel、AMD的芯片、CPU进行无缝替换。

“简单地说,就是如果你把电脑拆开,内存、显卡、硬盘都不动,只把里面的主板CPU拿出来,换成兆芯的主板CPU,电脑的系统、应用依然可以正常使用。”罗勇说,兆芯所有的研发的代码都是自己做的,因此整个环节都是可控的。这对一些对信息安全级别要求高的政府部门和企业来说都是一件好事。

目前,基于兆芯CPU的国产整机已经成功进入到上海、安徽、福建等政府采购目录。此外,在党政军等安全涉密的约5%的市场中,兆芯也已经成功占据了相对较大的比重。

据介绍,兆芯的产品分为开先和开胜两个系列。其中,开先主要面对桌面办公的台式机、笔记本;开胜则主要面向服务器。在2017年举办的党的十九大会议上,数百台的会务用机全部都采用了兆芯CPU,主要供全部38个代表团会议现场办公和民族语言翻译使用。除此之外,基于兆芯CPU的整机还成功完成了在今年9月初举办的中非合作论坛会务保障工作,根据会场使用反馈情况来看,兆芯CPU的表现堪称完美,在整个会议期间没有出现一次宕机或故障情况,获得了与会代表的认可。

在近期举办的第20届上海工博会上,观众正在现场体验基于兆芯CPU的整机

强强联手,打造国产化产业链

在兆芯之前,国产芯片的性能只能达到英特尔的10%左右,而兆芯的产品性能已可以达到英特尔主流产品i3、i5同等水平 。

但这样跨越式的进步,并没有让罗勇和同事们太过兴奋。他坦言,目前国内的研发技术与国外相比仍存在一定差距:“在英特尔近四十年的研发道路中,他们投入了很多金钱和精力,想要在短期内追上这样大的差距几乎是不可能的。”但在计算机、服务器等关键性领域,对进口产品的依赖度越高,对我国集成电路产业、信息产业的发展就越不利。因此,国产化势在必行。

在罗勇看来,目前兆芯在工艺、软件集成、操作系统以及嵌入式工控上已经形成了一个完备的生态产业链,已与神舟网信政府版的win10、普华的操作系统、中科方德、中标麒麟等的国产操作系统进行深度合作,并能够实现兼容,正在齐心协力打造国产化产业链。

(责编:严远、韩庆)
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