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为什么我们造不出美国的芯?专家:晚五年情况会不同
2018-07-16 02:38 经济观察报
生产规模为40兆瓦的莫祖拉风电项目,不仅能帮助处于“一带一路”沿线的黑山提高清洁能源比例,还能增加就业岗位、推动经济发展。

  中国科研专家圆桌会:为什么我们造不出美国人那样的芯片?

  李紫宸

 

  2018-07-16晚,即中兴通讯被美国宣布“禁售”之后的第二天,在位于北京市中关村科学院南路6号的中国科学院计算技术研究所(简称“中科院计算所”),一场由中国计算机协会青年计算机科技论坛临时组织的会议正在举行。

  中科院计算所不仅云集了中国一批计算机前沿技术领域的科研专家,十六年前,这里还诞生了中国自主研发的CPU品牌“龙芯”:2001年5月,在中科院计算所知识创新工程的支持下,龙芯课题组正式成立,第二年8月,首片龙芯1号芯片X1A50流片成功。

  胡伟武坐在嘉宾席的中间。他的身份是中科院计算所的研究员、“龙芯”品牌所属公司龙芯中科的总裁,同时也一直担任着国家龙芯课题组的组长。在中国的自主芯片领域,龙芯是一个既典型又特殊的样本。十几年来,这个名字连同它的创始者胡伟武,既被外界寄予了格外的厚望,同时也始终伴随着不同声音的评价。

  2017年10月底,出席党的十九大的胡伟武在“党代表通道”接受采访时表示,龙芯性能已超过国外主流CPU低端系列产品,2020年会向世界中高端产品逼近。

  但眼下中兴正在遭遇的危机,似乎在一瞬间将中国的信息技术产业拉向了一个“至暗时刻”。4月18日晚,在中科院计算所的会议上,当一张罗列着2017年中国集成电路产业现状的图表出现在了大屏幕上时,会场的氛围一度安静了下来。

  图表中的数据看起来令人悲观:在中国的计算机系统、通用电子系统、通信设备、内存设备、显示及视频系统五大系统中,涉及到的服务器、个人电脑、工业应用、可编程逻辑设备、数字信号处理设备、移动通信终端、核心网络设备、半导体存储器、高清电视、智能电视等产品领域,有超过一半以上的核心集成电路芯片国产率为“0”,即便是国产率最高的移动通信终端处理器芯片,这一数字也只不过是22%。

  “为什么造不出美国人一样的芯片?”——这是当晚会议反复讨论的议题。

  同样作为信息技术企业,会场中的龙芯和会场外处于舆论风暴中心的中兴通讯,身份似乎并不是很类同。十八年前由中科院和北京市政府共同牵头成立的龙芯中科,从一出生就带着浓重的“国家基因”和使命,而作为中国第二大信息设备供应商,中兴的崛起则源自三十多年前新中国的第一代企业家从航天691厂车间走向深圳的创业故事。

  但所有人的目光依然聚焦到了现场的核心胡伟武的身上。

  胡伟武的表情看起来很平静。他说:“如果将‘0’后面的小数点再精确几位,国产芯片的占有率就不是‘0’了。”与会者随即忍俊不禁,会场发出一阵低沉的笑声。

  胡伟武想表达的是,中国在高端芯片上在落后于美国的同时,也已经有所突破。但他不得不承认,被当晚的诸多业内专家定性为“国与国之争”的垄断技术封锁事件发生得早了一些:“如果晚上五年,情况会有所不同。”

  胡伟武说:“从CPU角度来说,届时我们在两个方面会基本完成。第一个是通用CPU的性能层面。我们有一个判断,国际主流的通用CPU大概是2010年到2012年左右达到了天花板,我们则会在2019年到2020年逼近天花板。另外一个层面是生态,再有三五年,至少对于行业应用,例如能源、交通、金融、电信、国家安全等一些领域,能够大量地应用,在此基础上,再往开放市场去打开。”

  美国对中兴的最严厉处罚,引发了西安电子科技大学苗启广教授一次相当早期的回忆。22年前,也即1996年7月,包括美国、日本、德国、法国、英国、加拿大、澳大利亚等在内的33个国家在奥地利维也纳签署了《瓦森纳协定》(简称“瓦协”WassenaarArrangement,又称“瓦森纳安排机制”)。这份协定规定,成员国自行决定是否发放敏感产品和技术的出口许可证,并决定从2018-07-16起实施新的控制清单和信息交换规则。这份安排机制包含两份控制清单:一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类;另一份则是军品清单,涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。彼时中国就在被禁运国家之列。

  中科院计算所控制计算实验室主任、研究员韩银和说:“中兴事件针对的是一个企业的出口限制,还不是对整个国家禁令。瓦协出现的时候,中国的反应反而不如现在这么明显,彼时中国几乎没有还手之力,而今天,我们在讨论采取什么办法能够对美国进行反制。”

  在讨论中,胡伟武反复用到的一个词是“假以时日”。过去,因政府给予的科研经费支持,以及在通用芯片领域的市场表现始终没有达到理想的效果,龙芯以及胡伟武也受到了来自市场的质疑。

  尽管龙芯在2016年第一次实现了盈利,但在通用芯片领域,龙芯和国际对手相比,远远谈不上成功。胡伟武还在技术、市场、政策种种方面不断地用力,以期龙芯有一天真正获得认可。

  中科院计算所研究员、博士生导师包云岗认为,论及差距,实际上中国的半导体产业遗憾地错过了一个黄金的年代,目前国际上的半导体行业巨头几乎都在上个世纪七八十年代起步,用漫长的时间和巨量的人才投入,换来了今天的技术积累。事实上,历数全球,只有美国有结构完整的计算机产业,英国、韩国、德国、法国都只是各有所长,现在,除了美国之外,只有中国具备这样的全产业的潜力。

  但疑问还不止于此。和相对年轻的龙芯相比,中兴、华为起步于上个世纪80年代中期,至今已逾30年。与此同时,论规模实力,中兴、华为这样的企业,均已于数年前就进入了全球领先者的行列,为何在高端芯片领域的建树依然乏善可陈?

  王加莹曾经在中兴通讯担任光传输产品规划总工、标准总监,在中兴工作超过16年。在他看来,半导体产业的产业链长,研发投入巨大,研发周期长,试错成本高,需要技术的积累,而企业永远追求盈利,在这个方面,企业一定有其极为现实的考量。

  二

  所有有志于芯片业务的中国厂商都希望建立自己的生态体系。

  胡伟武认为,中国的自主芯片迟早要走向自己的自由王国,尽管眼下的差距还是很大。在外界眼中,龙芯过去一直对标的是全球第一的芯片厂商Intel,而在龙芯追赶Intel的三代产品计划中,也有着明确的时间计划。

  过去多年,胡伟武一直形象地比喻说,龙芯的第一代产品刚离开地板,第二代产品已在半空,第三代产品将会接近国际主流的“天花板”。第一代“地板上”的CPU,实现的时间是2013-2014,通用处理能力相对较低,满足一些特定的需求,现在这个阶段已经完成。第二代“空中”的CPU,实现的时间是2016-2017年,这个阶段的任务是做一款能真正有人买单的CPU,这些芯片的性能算不上顶尖,但可以在更加广泛的领域使用。现在,这个阶段也已经实现。最后一步“天花板上”的CPU,实现时间是在2020年之前。根据龙芯此前的介绍:这一阶段的CPU要追上AMD全系列的水平,如果能实现,距离英特尔顶尖的至强(Xeon)芯片差距不会很大。

  2017年4月推出的3A3000,就是胡伟武口中的“在半空中的CPU”。说它在半空中,主要是指技术水平,没有达到顶尖,但也已经很强。

  在2017年10月底,胡伟武对媒体表示,十八大以来,龙芯迈出了关键一步,从科学院的“象牙塔”走向市场,包括国家战略安全市场及开放的市场。现在龙芯已应用于包括北斗卫星在内的十几种国家重器,以及党政办公等信息系统,还走向国外,实现从基本可用到可用的跨越。

  但对于通用CPU而言,开放市场的难度远大于行业的应用。一直以来,在PC市场,开放市场被Wintel(Intel+Windows)的体系把持,手机市场则有AA体系(ARM+Android)。胡伟武援引工信部此前的说法,在开放市场中,如果达到5%的份额之后,将能够形成自己的生态。

  根据胡伟武的介绍,现在可以看到,一些比较小的自主生态正在形成。以龙芯为例,胡伟武介绍说,在龙芯的下游,基于龙芯CPU做研发的各种软件人员,已经有好几万人,这几年的体会尤其会明显一些,软件厂商开始主动找上门来。

  “有些东西是不能强求的,只能通过市场来推动。这一块儿最需要的就是时间。有可能是五年,也有可能是三年。”

  在胡伟武的设想中,除了通用CPU的生态,制造业也需要另一个生态,不同的制造行业可以基于这一共同的平台获得应用,否则同样会面临供应链的危险。过去,有一些行业在这方面推动得快,就是因为吃过这方面的亏。他向经济观察报表示,运用于制造业的这种平台是存在的,并且这方面在实践中已经取得了一定的进展。

  三

  在并行科技总经理陈健的记忆中,“禁售”芯片不是第一次发生。

  2018-07-16,美国商务部发出一份公告,决定向中国四家单位禁售芯片,这四家单位包括国家超算广州中心、长沙中心、天津中心以及国防科技大学。陈健向经济观察报介绍,彼时的起因是中国超级计算机在国际上四次拿了第一。但“禁售”之后的三年中,中国又拿了六次世界第一。2016年,由国家并行计算机工程技术研究中心研制、安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机“神威·太湖之光”问世。从问世到2017年11月,“神威·太湖之光”以每秒9.3亿亿次的浮点运算速度第四次夺冠。

  陈健介绍,当时前三年的六次“世界第一”,用的都是美国的芯片,但到了“神威·太湖之光”,做到了搭载了全国产的芯片。陈健分析,这除了神威·太湖之光本身经历了很长的研发阶段之外,“禁售”似乎也成为一剂催化剂,在某种程度上加速了中国自主芯片的发展。

  但到了通用芯片,这样的催化剂很可能会遭遇失灵。原因在于,对于专用芯片,藉由足够的人力能够在技术上取得突围,并实现终端的快速应用。但是对于通用芯片来说,难度明显增大,这是因为通用芯片的应用系统更加复杂,在市场已经被优势企业垄断的情况下,后发的劣势会更加明显。

  中国计算机学会秘书长杜子德向经济观察报表示,基于芯片研发的巨大投入,以及产业链冗长的特点,单个企业做研发投入很难投得起。与此同时,通用芯片如果在市场上不能获得认可,做出来也没有用,拿过去“两弹一星”这样集中力量办大事的例证过来,以及不具有意义了。

  胡伟武也十分清楚这样的后发劣势,产业化对于做CPU来说,重要性不亚于技术本身。他认为,困扰中国高端芯片产业做强的原因,正是产业化迟迟未能实现,要想成为对标Intel的伟大企业,必须进攻企业终端市场,进而开发个人市场,没有市场,就意味着技术迭代的机会都没有。

  陈健建议,支持国产化,实际上是要的是全生态链的一个支持。即便是太湖之光,性能已经做到很好,但现在依然面临生态环境的缺失。对于通用芯片更是如此,政策支持所要考虑的因素不仅仅是芯片本身,还有与芯片密切相关的软件企业、应用行业等。只有解决生态问题,才能真正解决掉目前中国缺芯的这个问题。

  苗启广认为,总体而言,中国对于半导体产业的支持很有力度,但现在更应该思考的是究竟怎样才能科学地支持这一产业的发展。半导体产业链条长,如果全产业链的支持,会带来很大的财务负担,与此同时未必收到理想的效果。一方面争取核心突破,另一方面争取与竞争国的错位发展,这样在贸易战发生之时,有展开谈判的筹码。

  中国工程院院士、中国计算机协会名誉理事长李国杰提醒,对半导体产业的支持要在方向上有所坚持,防止政策上的反复和摇摆,这样的情况在过去并不是没有发生过。李国杰同时强调了核心技术的试用,产品是用出来的,可以考虑优先采购这样的办法。

  基于芯片这样一种复杂的产品试错机会宝贵,国外的芯片巨头已经走在了前面,中国的芯片厂商迭代的机会很少,胡伟武希望,在加大自主研发力度的同时,政策能够考虑帮助中国的芯片企业获得更多的迭代的机会。

  他说,对于芯片产业来说,国外厂商早已站在了二楼,中国企业需要爬上去,才能与之平等地对话。没有楼梯,可以考虑给一根绳子。

责任编辑:孟敏江

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