華夏芯李科奕：未來(lái)主流架構是異構計算，半導體產(chǎn)業(yè)要重視IP，強調原始創(chuàng )新

華夏芯是國內少有的基于自主IP的異構計算芯片設計公司。

半導體產(chǎn)業(yè)的創(chuàng )新，總是伴隨著(zhù)新的應用場(chǎng)景出現，AI和5G的到來(lái)，也意味著(zhù)傳統的計算架構正面臨新一輪的挑戰。

在一些特定領(lǐng)域，比如AI和5G等場(chǎng)景下，通用計算顯得越來(lái)越吃力，異構計算則順勢而上，正逐漸成為主流的芯片架構。

那么，何為異構計算呢？

多種計算單元（例如CPU、GPU、DSP、AI加速器、FPGA等）的搭配、集成、融合統稱(chēng)之為異構計算。通常情況下，異構計算架構的芯片中既有傳統的通用計算單元，也有高性能的專(zhuān)用計算單元，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的加速器。

異構計算由來(lái)已久，不過(guò)在A(yíng)I和5G對計算性能超高要求的催化下，芯片的設計創(chuàng )新開(kāi)始聚焦于此。華夏芯（北京）通用處理器技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)為華夏芯）便是國內最早從事異構計算研究的芯片公司之一。

在由工業(yè)和信息化部人才交流中心、南京市江北新區管理委員會(huì )共同主辦的芯動(dòng)力人才計劃——第一屆集成電路創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)論壇上，鎂客網(wǎng)采訪(fǎng)了華夏芯創(chuàng )始人李科奕，他表示，“芯片行業(yè)的共識是：未來(lái)AI和5G芯片的主流架構一定是異構計算。”

圖 | 華夏芯創(chuàng )始人李科奕

AI和5G場(chǎng)景是異構計算的春天

這幾年，專(zhuān)用芯片的概念甚囂塵上，一大波初創(chuàng )公司推出了針對某個(gè)特定應用場(chǎng)景的AI專(zhuān)用芯片。

但在李科奕看來(lái)，全球芯片行業(yè)發(fā)展到今天，從來(lái)沒(méi)有出現過(guò)某一領(lǐng)域的專(zhuān)用芯片公司成長(cháng)為行業(yè)巨頭的案例。

“Intel、英偉達這些壟斷企業(yè)的主要銷(xiāo)售收入都來(lái)自于通用型、平臺型的芯片。專(zhuān)用芯片雖然性能很好，但有其自身的局限性：生命周期短，需要不斷的迭代。只有在A(yíng)I算法、通訊協(xié)議已經(jīng)固定的場(chǎng)合，專(zhuān)用芯片才會(huì )有一定的市場(chǎng)。更重要的是，通用計算的復雜度遠比專(zhuān)用計算高很多，通用芯片廠(chǎng)商很容易就可以把專(zhuān)用計算單元集成到芯片中去，這就是所謂的異構計算。”

與傳統的通用計算芯片相比，異構架構具有高性能、低功耗等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。而且，相對于專(zhuān)用計算芯片，即使新的算法出來(lái)，異構架構的芯片也可以依賴(lài)通用計算單元加以支持，不至于很快會(huì )被淘汰，從而延長(cháng)了芯片的生命周期。所以在先進(jìn)工藝投入越來(lái)越大的情況下，異構計算成為業(yè)界主流的選擇。

集成電路的技術(shù)發(fā)展趨勢讓李科奕選擇了從異構計算的角度切入，另一方面則是著(zhù)眼于輔助駕駛、邊緣計算、智能安防、5G等新興應用帶來(lái)的異構計算的市場(chǎng)機遇——這些場(chǎng)景的共同特點(diǎn)是都只需要“單點(diǎn)”的應用開(kāi)發(fā)，而不用像手機、PC一樣需要匯集眾多第三方的應用軟件，從而有很強的生態(tài)依賴(lài)性。

李科奕表示，“PC時(shí)代是Wintel聯(lián)盟主宰生態(tài)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是Arm+Android主導生態(tài)，AI和5G時(shí)代則開(kāi)啟了全新的生態(tài)、或者是多生態(tài)并存的局面，這也是國產(chǎn)芯片廠(chǎng)商的發(fā)展機遇。”

換句話(huà)說(shuō)，AI和5G下的應用場(chǎng)景既沒(méi)有傳統生態(tài)的壓力，也沒(méi)有出現巨頭壟斷的市場(chǎng)格局。從事原始創(chuàng )新的初創(chuàng )公司完全可以通過(guò)價(jià)格、性能、定制開(kāi)發(fā)等機制引導應用開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商自愿把它們的軟、硬件開(kāi)發(fā)移植到新的處理器架構+操作系統的平臺上。

“當市場(chǎng)沒(méi)有壟斷生態(tài)，技術(shù)、創(chuàng )新和應用成為決定因素的時(shí)候，我們就有了打破天花板的可能。”

發(fā)軔于底層IP，專(zhuān)注芯片設計的原始創(chuàng )新

現在絕大多數異構計算芯片使用的都是不同供應商的IP，需要龐大的芯片設計團隊去完成包括IP相互驗證在內的技術(shù)維護和設計工作。但李科奕認為這種“拉郎配”式的傳統異構設計方式，沒(méi)有解決異構計算推廣的主要障礙：極為復雜的異構編程。

所以，華夏芯選擇從異構芯片的底層IP開(kāi)始，做芯片設計領(lǐng)域的原始創(chuàng )新企業(yè)——他們是國內少有的基于自主IP的異構計算芯片設計公司。

以異構編程為例，計算任務(wù)要在多個(gè)供應商提供的不同的計算單元上運行，比方說(shuō)，有的AI計算首先需要在CPU或者DSP上進(jìn)行任務(wù)分割或者處理，然后在A(yíng)I加速器上進(jìn)行目標識別，再將結果反饋到CPU進(jìn)行下一輪的計算。要熟悉不同計算單元之間數據流的調度、交換和進(jìn)行決策的機制，這些對于復雜的AI系統開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)都是門(mén)檻很高的難題。

這種耗費大量人力、物力的開(kāi)發(fā)工作顯然不適合全球大部分人工智能公司都是中小型企業(yè)的現狀，所以華夏芯決定另辟蹊徑，走了一條創(chuàng )新的異構設計道路。

“如果你的編程模型，能夠讓各種計算任務(wù)在CPU、DSP或者GPU上都能運行，由編譯器和系統按照計算效率自動(dòng)選擇最佳的運行載體，進(jìn)行任務(wù)分割，再系統化地對計算、通訊、存儲的開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)行優(yōu)化，這樣就能大幅降低編程開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。”要實(shí)現這一目的，不從底層IP創(chuàng )新做起，是無(wú)法打破IP供應商之間各自為政的藩籬壁壘。

所以華夏芯設計了創(chuàng )新的Unity統一指令集架構，此架構由一套基礎指令集和面向不同應用類(lèi)型的擴展指令集組成，結合以先進(jìn)的微架構設計，就形成一套彼此高度融合的CPU、DSP、GPU和AI處理器異構平臺。

目前，華夏芯已經(jīng)發(fā)布自主知識產(chǎn)權的Unity統一指令集架構和基于此架構的CPU、DSP及AI專(zhuān)用處理器系列IP，以及已經(jīng)量產(chǎn)投片的多核異構GPT8300SoC芯片。

IP就相當于建筑物的地基，有嚴格的專(zhuān)利保護，所以雖然自己打地基建高樓，比買(mǎi)基于別人地基上的樣板房自由度更高，但疑問(wèn)也隨之而來(lái)，IP設計如何繞過(guò)巨頭們的技術(shù)專(zhuān)利？

這也是擺在諸多國內芯片設計公司面前的難題，如何脫離桎梏，找到一條創(chuàng )新之路。李科奕認為，如果我們還是用傳統的思路去做CPU、DSP和GPU，肯定很難繞過(guò)之前行業(yè)巨頭的IP專(zhuān)利限制。

李科奕打了個(gè)比方，之前傳統的IP是由不同的水果樹(shù)分別結出不同的果實(shí)，華夏芯是通過(guò)轉變水果樹(shù)的基因，讓一棵樹(shù)上結出不同的水果。“技術(shù)路徑不一樣才能繞開(kāi)其他廠(chǎng)商的IP專(zhuān)利，而且我們這種設計思路，也’濃縮’了芯片設計團隊規模，不需要為每個(gè)計算單元配備工具鏈和應用開(kāi)發(fā)的團隊，并且大幅度降低了用戶(hù)開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。”

沒(méi)有自主創(chuàng )新的國產(chǎn)IP支撐，中國芯片設計產(chǎn)業(yè)會(huì )大而不強

目前，華夏芯的異構計算主要覆蓋的場(chǎng)景是AI和5G領(lǐng)域對計算有高需求的應用，例如輔助駕駛、邊緣計算、機器人、安防監控、智能家居等等。就像李科奕自己說(shuō)的，越是對芯片的計算性能、效能功耗比和生命周期有要求的場(chǎng)景，華夏芯的異構計算優(yōu)勢越能顯現。

和多數芯片設計公司不同，華夏芯的商業(yè)模式有兩種，一是芯片設計定制，即利用自主研發(fā)的IP平臺為客戶(hù)設計定制芯片：二是IP授權，即許可IP給客戶(hù)自己設計芯片。

當下華夏芯主要以服務(wù)有定制需求的客戶(hù)為主，基于全套成體系的IP和設計平臺，通過(guò)與客戶(hù)共同定義芯片，可以最大程度滿(mǎn)足客戶(hù)在不同發(fā)展階段的定制需求——從小批量定制到大規模量產(chǎn)的芯片及解決方案，并且降低應用開(kāi)發(fā)的難度。目前已經(jīng)有幾款為客戶(hù)定制的芯片產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)。

華夏芯李科奕強調，“我們是既IP廠(chǎng)商，也是計算平臺供應商。華夏芯的IP覆蓋了從端到云的全產(chǎn)業(yè)鏈，我們的目標是為客戶(hù)提供一次開(kāi)發(fā)、多處部署、端云結合、協(xié)同計算、前后兼容的計算平臺。”

最后，談到國內半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現狀，李科奕認為，國內芯片公司還處于中低端同質(zhì)化競爭的局面，市場(chǎng)環(huán)境也比較浮躁，無(wú)論是風(fēng)險投資還是政府的關(guān)注點(diǎn)，更多的是聚焦在應用創(chuàng )新或者工藝制造方面，對IP和設計環(huán)節重視不夠。國內的芯片設計公司的投入也以先進(jìn)工藝為主，而不是設計創(chuàng )新、架構創(chuàng )新。如果按照這種思路發(fā)展，中國只會(huì )成為集成電路的大國，但不會(huì )變成一個(gè)集成電路的強國。

“國內集成電路產(chǎn)業(yè)熱衷于投資生產(chǎn)制造環(huán)節，但是沒(méi)有強大的IC設計支撐，下游的制造、封測就面臨無(wú)源之水、無(wú)根之樹(shù)的風(fēng)險。”

他提出了對國內集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的一些建議：“IP是整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈最上游的節點(diǎn)，投資周期長(cháng)，但IP才是集成電路產(chǎn)業(yè)的命脈、咽喉。沒(méi)有堅持自主創(chuàng )新的國產(chǎn)IP鏈條，中國的IC設計就永遠改變不了被國外IP公司卡脖子的局面。不重視芯片的設計創(chuàng )新、架構創(chuàng )新，中國的IC設計很可能是大而不強。”

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