芯片被譽(yù)為當(dāng)今一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平最真實(shí)，也是最前沿的體現(xiàn)之一，同時(shí)芯片也是各國(guó)競(jìng)相角逐的國(guó)之重器，眾所周知，我國(guó)擁有全球最大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，在集成電路領(lǐng)域也已經(jīng)躍居全球第二大設(shè)計(jì)市場(chǎng)，但是當(dāng)前除了移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部分集成電路產(chǎn)品占有率超過10%意外，高端芯片我們的市場(chǎng)占有率幾乎為零。
在今年上半年，我國(guó)明顯加快了微電子、集成電路等產(chǎn)品的研發(fā)速度和進(jìn)度，這點(diǎn)不但從領(lǐng)導(dǎo)人視察等重視程度提升之外，對(duì)于科技企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)于芯片研發(fā)的投入力度也在加大，這其中包含了人力投入和資金投入等等，從數(shù)字上，整個(gè)投資增長(zhǎng)了43.6%，相較以前這其實(shí)是一個(gè)質(zhì)的飛躍。
“芯片熱”的爆發(fā)
我國(guó)芯片市場(chǎng)的爆發(fā)其實(shí)源于市場(chǎng)自身需求以及政府的大力扶持，尤其是在2003年前有，當(dāng)時(shí)大量資金的投入帶動(dòng)了整個(gè)集成電路市場(chǎng)的快速發(fā)展，市場(chǎng)需求作為導(dǎo)向也帶來(lái)的海量的市場(chǎng)需求，2005年，憑借攝像頭芯片業(yè)務(wù)，中星微電子登陸納斯達(dá)克，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)登陸納斯達(dá)克的芯片企業(yè)。
2006年之后我國(guó)的集成電路科技創(chuàng)新主要集中在高端芯片領(lǐng)域的開拓和創(chuàng)新，在這幾十年當(dāng)中，在集成電路方面我國(guó)也出現(xiàn)了幾次集中發(fā)展的契機(jī)和浪差，但是客觀來(lái)說(shuō)，由于技術(shù)相對(duì)落后，再加上前瞻性和戰(zhàn)略視野的缺少，使得我們一直處在追趕的角色當(dāng)中，高端芯片的研發(fā)速度也相對(duì)受到制約和放緩。
不可否認(rèn)的是，摩爾定律的放緩使得整個(gè)芯片領(lǐng)域的研發(fā)速度也在放慢，芯片每研發(fā)一步其難度相比以前都加大了不少。目前的解決方案是通過光學(xué)信號(hào)處理(光子計(jì)算和光子芯片)和AI突破摩爾定律的限制，這也必將帶來(lái)芯片技術(shù)發(fā)展的新形勢(shì)和新機(jī)遇。因此，在世界新一輪科技革命同我國(guó)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的歷史性交匯點(diǎn)。
傳統(tǒng)芯片我們?cè)搱?jiān)持嗎?
在筆者看來(lái)，傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域當(dāng)中要想實(shí)現(xiàn)完全的國(guó)產(chǎn)化替代，需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多的投入，因此我們應(yīng)該做到有所為有所不為。基站芯片的成熟度和高可靠性要求與消費(fèi)級(jí)芯片不可同日而語(yǔ)，從開始試用到批量使用起碼需要兩年以上的時(shí)間，呈現(xiàn)技術(shù)更迭快、門檻高和自給率低的特點(diǎn)。
高性能的FPGA芯片目前基本由國(guó)外的企業(yè)壟斷著，尤其是在融合芯片領(lǐng)域當(dāng)中軟件定義無(wú)線電系統(tǒng)仍然具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此后續(xù)我們可以實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)一步提升。
目前，lntel在高端服務(wù)器處理器芯片的市場(chǎng)占有率已經(jīng)高達(dá)99%，其X86架構(gòu)加上微軟的軟件生態(tài)，已經(jīng)處于絕對(duì)壟斷的地位。但是，近年在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能推動(dòng)下，服務(wù)器市場(chǎng)需求強(qiáng)勁。全球又掀起了一股高端服務(wù)器處理器芯片競(jìng)爭(zhēng)熱潮。
值得一提的是，尤其是在AMD推出了其Zen芯片之后，其突破性的性能已經(jīng)可以和英特爾最快的10納米芯片相匹敵，放眼國(guó)內(nèi)，目前我們的自主研發(fā)高端芯片當(dāng)中已經(jīng)嵌入了符合中國(guó)商用密碼算法的標(biāo)準(zhǔn)和解決方案，由于Wintel生態(tài)過于強(qiáng)大，考慮到運(yùn)行在云端的軟件無(wú)須傳承于任何傳統(tǒng)企業(yè)，我們?cè)诟叨朔?wù)器芯片上的突破應(yīng)該從ARM、云計(jì)算和Linux生態(tài)入手，以保證足夠的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和提升空間。
下一代重點(diǎn)：光子集成芯片
光子集成技術(shù)自從2010年以來(lái)就進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，國(guó)際上也有很多國(guó)家開始在圍繞著這一領(lǐng)域展開全面的研發(fā)與合作，其目的就是為了實(shí)現(xiàn)基于半導(dǎo)體材料或者二維晶體材料的光電混合。因此，未來(lái)這一技術(shù)創(chuàng)新必將會(huì)帶來(lái)很大的市場(chǎng)需求，同時(shí)這一領(lǐng)域也將會(huì)成為未來(lái)芯片領(lǐng)域角逐的重點(diǎn)層面，所以我們要發(fā)力。
客觀來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)光子集成技術(shù)還是處于起步階段，目前制約我們這一領(lǐng)域發(fā)展的問題主要集中在人才匱乏、研究碎片化、缺乏系統(tǒng)架構(gòu)研究等等問題當(dāng)中，不過幸運(yùn)的是，我們國(guó)家已經(jīng)開始進(jìn)行超前的布局，開始在重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃和資金的投入，所以我們?nèi)匀挥邢Ｍ谶@一領(lǐng)域趕上并且超過國(guó)外。
光子計(jì)算被認(rèn)為是突破摩爾定律的有效途徑之一，且更適合線性計(jì)算。光子器件的開關(guān)速度比電子器件更快，而且光波具有不同的波長(zhǎng)、頻率、偏振態(tài)和相位信息，可以用來(lái)代表不同的數(shù)據(jù)，因而光子計(jì)算具有內(nèi)稟的高維度的并行計(jì)算特性。
人工智能AI或許帶來(lái)新的突破
我們都知道，近幾年人工智能技術(shù)開始被應(yīng)用在了許許多多的行業(yè)當(dāng)中，對(duì)于芯片領(lǐng)域來(lái)說(shuō)也不例外，當(dāng)前已經(jīng)有很多企業(yè)在其芯片研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中融入了人工智能的元素，但是，不管是當(dāng)前的CPU、GPU還是FPGA，在AI芯片本質(zhì)上來(lái)看其實(shí)還并不能算是真正的AI芯片，它們往往無(wú)法滿足AI的需求。
通常CPU和GPU被設(shè)計(jì)成用來(lái)運(yùn)行完整的程序，不是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。而機(jī)器學(xué)習(xí)與CPU和GPU處理完全不同，是不斷訓(xùn)練程序使用數(shù)據(jù)的過程，然后在不進(jìn)行明確編程的情況下進(jìn)行推理，需要完全不同類型的處理器。
AI芯片需要循環(huán)使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)，必須擅長(zhǎng)處理數(shù)據(jù)之間的連接關(guān)系，比如可以用圖形表示數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性和其他關(guān)系。可以說(shuō)，AI的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的總體目標(biāo)是創(chuàng)造大而復(fù)雜的連接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不僅可以是稀疏的、多層級(jí)的，而且可以彼此循環(huán)、學(xué)習(xí)和改進(jìn)。
綜上所述，芯片的研發(fā)和架構(gòu)的創(chuàng)新體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技成果的創(chuàng)新地步，一旦在這一領(lǐng)域當(dāng)中能取得突破性的成果，那么將會(huì)是帶動(dòng)整個(gè)國(guó)力的大幅度提升，有很多業(yè)界專家表示，目前我們正處在處理器芯片發(fā)展的黃金階段，因此我們更應(yīng)該抓住這一市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇，加快投入和研發(fā)力度，并且結(jié)合國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)的需求，去研發(fā)出真正適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)領(lǐng)域發(fā)展的芯片產(chǎn)品，才是芯片產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
在今年上半年，我國(guó)明顯加快了微電子、集成電路等產(chǎn)品的研發(fā)速度和進(jìn)度，這點(diǎn)不但從領(lǐng)導(dǎo)人視察等重視程度提升之外，對(duì)于科技企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)于芯片研發(fā)的投入力度也在加大，這其中包含了人力投入和資金投入等等，從數(shù)字上，整個(gè)投資增長(zhǎng)了43.6%，相較以前這其實(shí)是一個(gè)質(zhì)的飛躍。
“芯片熱”的爆發(fā)
我國(guó)芯片市場(chǎng)的爆發(fā)其實(shí)源于市場(chǎng)自身需求以及政府的大力扶持，尤其是在2003年前有，當(dāng)時(shí)大量資金的投入帶動(dòng)了整個(gè)集成電路市場(chǎng)的快速發(fā)展，市場(chǎng)需求作為導(dǎo)向也帶來(lái)的海量的市場(chǎng)需求，2005年，憑借攝像頭芯片業(yè)務(wù)，中星微電子登陸納斯達(dá)克，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)登陸納斯達(dá)克的芯片企業(yè)。
2006年之后我國(guó)的集成電路科技創(chuàng)新主要集中在高端芯片領(lǐng)域的開拓和創(chuàng)新，在這幾十年當(dāng)中，在集成電路方面我國(guó)也出現(xiàn)了幾次集中發(fā)展的契機(jī)和浪差，但是客觀來(lái)說(shuō)，由于技術(shù)相對(duì)落后，再加上前瞻性和戰(zhàn)略視野的缺少，使得我們一直處在追趕的角色當(dāng)中，高端芯片的研發(fā)速度也相對(duì)受到制約和放緩。
不可否認(rèn)的是，摩爾定律的放緩使得整個(gè)芯片領(lǐng)域的研發(fā)速度也在放慢，芯片每研發(fā)一步其難度相比以前都加大了不少。目前的解決方案是通過光學(xué)信號(hào)處理(光子計(jì)算和光子芯片)和AI突破摩爾定律的限制，這也必將帶來(lái)芯片技術(shù)發(fā)展的新形勢(shì)和新機(jī)遇。因此，在世界新一輪科技革命同我國(guó)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的歷史性交匯點(diǎn)。
傳統(tǒng)芯片我們?cè)搱?jiān)持嗎?
在筆者看來(lái)，傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域當(dāng)中要想實(shí)現(xiàn)完全的國(guó)產(chǎn)化替代，需要較長(zhǎng)的時(shí)間和較多的投入，因此我們應(yīng)該做到有所為有所不為。基站芯片的成熟度和高可靠性要求與消費(fèi)級(jí)芯片不可同日而語(yǔ)，從開始試用到批量使用起碼需要兩年以上的時(shí)間，呈現(xiàn)技術(shù)更迭快、門檻高和自給率低的特點(diǎn)。
高性能的FPGA芯片目前基本由國(guó)外的企業(yè)壟斷著，尤其是在融合芯片領(lǐng)域當(dāng)中軟件定義無(wú)線電系統(tǒng)仍然具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此后續(xù)我們可以實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)一步提升。
目前，lntel在高端服務(wù)器處理器芯片的市場(chǎng)占有率已經(jīng)高達(dá)99%，其X86架構(gòu)加上微軟的軟件生態(tài)，已經(jīng)處于絕對(duì)壟斷的地位。但是，近年在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能推動(dòng)下，服務(wù)器市場(chǎng)需求強(qiáng)勁。全球又掀起了一股高端服務(wù)器處理器芯片競(jìng)爭(zhēng)熱潮。
值得一提的是，尤其是在AMD推出了其Zen芯片之后，其突破性的性能已經(jīng)可以和英特爾最快的10納米芯片相匹敵，放眼國(guó)內(nèi)，目前我們的自主研發(fā)高端芯片當(dāng)中已經(jīng)嵌入了符合中國(guó)商用密碼算法的標(biāo)準(zhǔn)和解決方案，由于Wintel生態(tài)過于強(qiáng)大，考慮到運(yùn)行在云端的軟件無(wú)須傳承于任何傳統(tǒng)企業(yè)，我們?cè)诟叨朔?wù)器芯片上的突破應(yīng)該從ARM、云計(jì)算和Linux生態(tài)入手，以保證足夠的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和提升空間。
下一代重點(diǎn)：光子集成芯片
光子集成技術(shù)自從2010年以來(lái)就進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，國(guó)際上也有很多國(guó)家開始在圍繞著這一領(lǐng)域展開全面的研發(fā)與合作，其目的就是為了實(shí)現(xiàn)基于半導(dǎo)體材料或者二維晶體材料的光電混合。因此，未來(lái)這一技術(shù)創(chuàng)新必將會(huì)帶來(lái)很大的市場(chǎng)需求，同時(shí)這一領(lǐng)域也將會(huì)成為未來(lái)芯片領(lǐng)域角逐的重點(diǎn)層面，所以我們要發(fā)力。
客觀來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)光子集成技術(shù)還是處于起步階段，目前制約我們這一領(lǐng)域發(fā)展的問題主要集中在人才匱乏、研究碎片化、缺乏系統(tǒng)架構(gòu)研究等等問題當(dāng)中，不過幸運(yùn)的是，我們國(guó)家已經(jīng)開始進(jìn)行超前的布局，開始在重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃和資金的投入，所以我們?nèi)匀挥邢Ｍ谶@一領(lǐng)域趕上并且超過國(guó)外。
光子計(jì)算被認(rèn)為是突破摩爾定律的有效途徑之一，且更適合線性計(jì)算。光子器件的開關(guān)速度比電子器件更快，而且光波具有不同的波長(zhǎng)、頻率、偏振態(tài)和相位信息，可以用來(lái)代表不同的數(shù)據(jù)，因而光子計(jì)算具有內(nèi)稟的高維度的并行計(jì)算特性。
人工智能AI或許帶來(lái)新的突破
我們都知道，近幾年人工智能技術(shù)開始被應(yīng)用在了許許多多的行業(yè)當(dāng)中，對(duì)于芯片領(lǐng)域來(lái)說(shuō)也不例外，當(dāng)前已經(jīng)有很多企業(yè)在其芯片研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中融入了人工智能的元素，但是，不管是當(dāng)前的CPU、GPU還是FPGA，在AI芯片本質(zhì)上來(lái)看其實(shí)還并不能算是真正的AI芯片，它們往往無(wú)法滿足AI的需求。
通常CPU和GPU被設(shè)計(jì)成用來(lái)運(yùn)行完整的程序，不是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。而機(jī)器學(xué)習(xí)與CPU和GPU處理完全不同，是不斷訓(xùn)練程序使用數(shù)據(jù)的過程，然后在不進(jìn)行明確編程的情況下進(jìn)行推理，需要完全不同類型的處理器。
AI芯片需要循環(huán)使用訓(xùn)練數(shù)據(jù)，必須擅長(zhǎng)處理數(shù)據(jù)之間的連接關(guān)系，比如可以用圖形表示數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性和其他關(guān)系。可以說(shuō)，AI的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的總體目標(biāo)是創(chuàng)造大而復(fù)雜的連接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不僅可以是稀疏的、多層級(jí)的，而且可以彼此循環(huán)、學(xué)習(xí)和改進(jìn)。
綜上所述，芯片的研發(fā)和架構(gòu)的創(chuàng)新體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技成果的創(chuàng)新地步，一旦在這一領(lǐng)域當(dāng)中能取得突破性的成果，那么將會(huì)是帶動(dòng)整個(gè)國(guó)力的大幅度提升，有很多業(yè)界專家表示，目前我們正處在處理器芯片發(fā)展的黃金階段，因此我們更應(yīng)該抓住這一市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇，加快投入和研發(fā)力度，并且結(jié)合國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)的需求，去研發(fā)出真正適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)領(lǐng)域發(fā)展的芯片產(chǎn)品，才是芯片產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
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