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[導讀]芯片設計中的IP核(IP)通常指應用在系統芯片(SoC)中且具有特定功能的可複用的電路模塊,具有標準性和可複用性。而處理器IP及與之密切相關的處理器指令集架構(ISA)是整個集成電路產業上游最重要的核心部件,也是最為關鍵的底層技術。

長期以來,我國集成電路產業普遍注重應用層面SoC的開發,在底層技術上投入有限。雖然國內集成電路產業得益於國內市場的迅速膨脹而積累了大量的發展資金,但在核心技術鏈、關鍵供應鏈上仍然存在不少斷點,忽視底層技術特別是以處理器IP為代表的關鍵核心環節,將有可能制約產業的發展。

處理器IP發展的問題和機遇

IPnest數據顯示,2019年全球半導體IP市場總價值約為39.4億美元,其中處理器IP在整個IP市場中所佔比例超過57%。中國IP市場約佔全球的13%,而處理器IP的本土化率幾乎為零,近3億美元的國內處理器IP市場被國外公司佔有。

處理器IP與指令集架構密切相關,我國由於歷史發展因素的積累,形成了處理器領域的分散佈局,在處理器指令集上多維出擊。目前,國內已經集齊了x86、Arm、POWER、MIPS等不同架構,分散程度非常高,嚴重製約了產業的合力發展以及軟生態的標準化建設。

x86與Arm逐漸成為PC與移動領域的事實標準,生態壁壘高築。其中Arm公司更是佔據全球物聯網及移動端處理器的過半市場,國內集成電路設計公司對Arm架構的依賴集中度超越了其他IP。在不確定的國際形勢下,伴隨着Arm的變動,基於處理器IP的生態安全越發凸顯。

近幾年,國際上掀起了一股以RISC-V為代表的開放架構指令集熱潮,在世界範圍內以一種領域標準的形式,推出了產學研用各方共同推進的處理器指令集架構標準,為處理器領域的技術創新帶來了一個前所未有的良機。

處理器IP是構建產業鏈自主可控生態的關鍵

優先佈局核心的處理器IP是產業鏈自主可控的前提。一方面處理器IP位於集成電路價值鏈的最高端,是整個集成電路設計行業最為依賴的共性IP,對SoC的設計規劃以及接口IP的互聯起到決定性作用;另一方面芯片應用層的軟生態與處理器IP密切相關,從產品功能定義階段處理器IP的選擇就被提上至關重要的位置。

經過幾十年的產業發展,我國在處理器領域人才培養上已經初具規模,形成了一批能夠根據指令集架構標準進行微架構研發的團隊與軟生態研發團隊。基於開放架構的指令集標準,為優秀的團隊提供了打造本土產品的良機,伴隨着國內AIoT市場的蓬勃發展,為產業提供了從硬到軟各個層次自主可控生態打造的應用基礎。

產業鏈本土生態的關鍵由三個因素組成——指令集的發展權、研製團隊的本土化以及微架構的自主開發。

雖然指令集並非複雜的黑科技,但指令集的真正價值在於圍繞其建設的軟件生態和指令集的發展權,擁有可持續自主發展的指令集是處理器本土的基礎;本土的處理器IP將大量應用在與國民經濟和國防安全相關的核心信息設備上,對國家安全及經濟發展具有重要意義,事關國家安全的重要企業,必須牢牢掌握在自己人手中,決不能被外資控制;處理器IP核源代碼是否自己編寫,是判別一個處理器團隊是否具備設計CPU能力的關鍵。只有具備以上三點,我們才能牢牢地把控基於處理器IP的產業鏈本土生態。

建議加快打造以處理器IP為核心的共性技術平台

國內集成電路產業以及信息與通信技術ICT產業鏈各個環節,應抓住開放架構指令集生態帶來的本土的處理器IP共性技術平台建設良機,從應用需求入手,徹底解決處理器領域“穿馬甲”問題。

建議國家從整體佈局和頂層設計上,繼續加強政策支持和執行力度,有步驟、分階段地落實本土事業推進,從特殊專用市場到大眾市場進行應用實施,逐步打造開放架構處理器IP共性技術平台,基於以上分析,我們提出如下建議:

第一,標準跟隨。由於RISC-V是目前唯一可能成為國際標準的處理器架構,因此應鼓勵國家級研究機構、標準制定機構,協同國內龍頭企業積極引導國際標準的發展方向。

第二,研發突破。重視知識產權佈局,重視自主研發,避免在新生態形成後缺失關鍵技術與關鍵專利,佈局標準必要的專利,協同重點企業打通關鍵技術突破通道。

第三,替代同步。在國際形勢和國內需求雙重影響下,逐步突破本土的開放指令集架構在各領域的替代,通過政策和產業化引導,促進集成電路設計企業做本土產品的佈局。

第四,產業引領。支持本土處理器IP企業的成長和發展,促進賦能國內設計企業和應用企業,避免落入過去一家企業推動整個生態的陷阱。處理器依賴於生態建設,僅憑一家企業很難帶動,需要各產業參與方合作,佈局不同產品線上的產業生態。

期待“十四五”期間,產業界能夠緊密合作,從而形成國產本土的處理器IP行業標準,以各地產業平台為依託,打造更多以自主處理器IP為核心的共性技術平台,推動本土集成電路產業源頭的發展。

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