如何打造“核芯动力”？

文︱王树一

图︱网络

我国电子信息产业发展不均衡,应用强而基础弱,整机开发制造能力强,元器件相对较弱,越往上游走,和世界先进水平差距就越大。虽然规模小,但缺了产业链上游的任何一环,都可能让规模更大的产业链下游无法正常运转,针对这种产业发展不均衡的现状,我国产业政策提出要强化科技创新和产业链供应链韧性,开展补链强链专项行动,以加快解决“卡脖子”难题。

硅知识产权(Silicon IP)就是半导体上游“以小博大”的代表,全球硅IP市场规模仅数十亿美元,但少了硅IP,数千亿的数字逻辑芯片开发都将困难重重。历经几十年发展,如今的硅IP市场高度集中,前两名合计占有约60%的市场,从第三名开始市占率都在10%以下,其中我国本土IP力量尤为薄弱,总市场份额加起来还不足5%,亟需补齐这块短板。

近年来,我国硅IP企业如雨后春笋,不断涌现,但普遍规模小、积累少,短期内对于补链、强链贡献有限。近日,安谋科技(中国)有限公司(“安谋科技”)发布全新业务品牌“核芯动力”,安谋科技吴雄昂执行董事长兼CEO吴雄昂在接受探索科技(ID:techsugar)等媒体采访时表示,安谋科技将把所有自研新业务划归“核芯动力”品牌,新业务品牌将专注在国内市场,利用Arm的生态优势和技术传承与中国产业特点做更紧密的结合,在新计算架构时代以自主创新为中国芯片产业提供源源动力。“核芯动力”将持续通过丰富的自主架构XPU产品和专业的一站式服务,支持中国客户和产业生态发展,推动中国本土XPU生态创新,乃至树立全球XPU标准标杆。

何为“核芯动力”

随着复杂SoC集成度不断提高,IP在开发过程中的重要性日益增加。国际半导体技术路线规划组织(International Technology Roadmap for Semiconductors)在2007年的数据就显示,采用大规模可重用IP来开发芯片,单位时间生产力可提升75%。

现如今,IP的开发成本也不断提升,对于芯片产品厂商而言,自研IP的投入与摊销速度均越来越难以忍受,所以通过大量采用第三方独立IP厂商经过验证的硅IP进行开发,可以显著降低开发成本,减少设计缺陷,从而加快开发进度,从而满足产品上市时间要求,已经成为大型芯片开发的标准方法。

硅IP成为了推高芯片集成度的核心动力之一,根据市场研究机构IBS的数据,硅IP也是当前EDA产业中规模最大、增长速度最快的细分子市场。

安谋科技自身也是例证,自2018年成立以来,安谋科技不仅继承了Arm在中国的CPU业务,助力Arm CPU累计出货量超过200多亿片。吴雄昂表示,更重要的是,从2018年成立开始,安谋科技就全面布局针对数字化时代的新业务,从人工智能处理器、视频处理器到物联网处理器等,4条产品线全部量产,有上亿片的出货量,全国有90多家合作伙伴,29家实现流片和量产。

对于此次发布的“核芯动力”品牌形象,吴雄昂予以解读。该品牌形象的整个标志酷似涡轮发动机,寓意为中国芯片产业持续提供源源动力。此外,标志中所包含的A元素,代表了对Arm CPU生态的传承;X元素象征着XPU和未来;而众多的i元素,体现了新品牌所代表的创新(innovation)、智能(intelligence)以及无限可能(infinity)。此外,整个标志也像一双张开的翅膀,预示着“核芯动力”在新计算架构时代乘风而起、展翅高飞。

吴雄昂强调,IP技术有一个特性,即其不仅能赋能具体的产品和公司,还可以赋能整个产业。

XPU时代的超域架构计算

吴雄昂在演进中指出,算力演进是信息技术革命的核心基础。PC时代,依靠制程工艺和架构演进,算力提升近百倍;进入移动互联时代,采用Arm处理器架构iPhone算力提升更是惊人,从第一代iPhone到iPhone 12,算力提升了280倍;在后移动互联时代,万物互联,数据激增,数据实时处理压力急剧增加,而传统基于改进CPU架构和制程工艺带来的算力提升速度已经日趋缓慢,全面数字化时代需要新计算架构为系统算力提升打开空间。

安谋科技给出的答案是XPU。吴雄昂解释,XPU指多个计算单元整合的融合结构。在过去,CPU、GPU、VPU、NPU和ISP等计算单元独立开发运作,芯片产品公司通常需要将从多个供应商购得的不同IP根据应用场景重新定义,进行二次开发、裁剪和优化。在后移动互联时代,在高密度数据流计算环境下,传统开发方法面临巨大挑战。

与上述多个IP各自为战不同,XPU则是一个完整的交付方案。针对不同应用场景,安谋科技将CPU、VPU、NPU和ISP等不同的计算单元进行重新定义、组合及架构融合,优化数据搬运效率,降低功耗,提升效能,从而为芯片产品公司提供完整的计算架构、指令集、处理器IP核、系统软件和设计服务的一条龙解决方案,从而实现从架构定义到软件层一体贯通的性能提升途径,以达到产品性能最优化和开发效率最大化。

对于XPU的“X”,吴雄昂给出了独家定义:首先X意味着安谋科技的IP解决方案是可定制化的多样化结构,包括多域的支持;其次,该方案可支持多样化算力的扩展堆叠,第三,该方案针对各个场景实现更精准的优化和效能的提升。

即在安谋科技看来,XPU中的“X”,除了多元化计算核概念之外,还意味着针对不同的数据流,向客户提供不同的可定制、可编程、可扩展的架构。因而XPU也是超域架构(xDSA),安谋科技新业务副总裁张晓波解释,超域架构的特点有三:一是系统有专用的数据流处理架构;二是系统跨多计算域;三是系统可扩展性好。安谋科技已经发布的“周易”NPU、“星辰”CPU、“山海”SPU 以及“玲珑”ISP和“玲珑”VPU等产品,都构成了超域架构XPU的支撑技术。

如何打造“核芯动力”

在半导体发展过程中,随着技术或应用场景明确化,芯片内部的很多模块就固化为成熟的IP,这就是CPU或VPU内核技术的由来。但在XPU时代,很多场景并未固化,新的计算方法和架构层出不穷,芯片产品厂商不得不对各种新型XPU计算模块进行调整,各自优化,开发效率相对较低。与三四十年前CPU处理器市场极为类似,由于标准不统一,各厂商封闭发展,自建生态,当需要支持的场景和生态越来越多时,芯片产品公司不见得有足够的资源支持进一步的研发投入。

安谋科技从2018年成立开始就在XPU开发上投入重兵。吴雄昂说:“安谋科技在XPU技术路线上最坚决,也是全球投入最多、时间最久的XPU公司之一,XPU IP团队规模已经有400多人,公司整体有800多人,其中超过80%是研发人员,在中国的核心计算IP上,安谋科技非常领先。”

在具体业务运作上,安谋科技坚持两条腿走路。在传统CPU技术路线上,安谋科技将会继续兼容Arm架构,开发兼容Arm架构的CPU,同时继续提供Arm IP产品及服务;XPU技术将是安谋科技的重点主攻方向,安谋科技将在XPU上投入重兵,还将投入资源在XPU子系统产品线、PDG物理IP等多元产品组合上,并对CPU与XPU的产品组合进行迭代。

“安谋科技的前身是Arm China,Arm China用Arm的全球架构标准在中国建立了一个全新的生态系统。”吴雄昂表示,过去的信息产业发展历程都是从技术由国外发起,应用在国内繁荣,Arm体系引入中国,得到了中国信息产业的全力支持,并获得了极大成功。

现如今,安谋科技打造“核芯动力”新品牌,则是中国技术回馈全球产业的一个机会。“在标准统一后,我们将会把NPU ISA开放给全球产业,通过产学研合作,让更多的智能芯片更快地在应用上实现生态统一,加快研发速度,减少研发障碍。”吴雄昂称,安谋科技希望籍“核芯动力”,以自主创新的中国技术积极推动全球信息产业的发展。