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龙芯中科:自主可控是中国集成电路的发展大方向

发布时间:2018-10-26    已阅读:

近两年发生的一系列贸易摩擦,让国内对发展本土集成电路产业链有了更加迫切的需求。因为这不仅是关系到信息安全的问题,还涉及到万一国外对我们“断水断粮”,本土集成电路供应链能否保证国内的ICT产业继续发展。这就要求国内不但要在产品方面有所提高,在相对应的人才培训方面,也要跟得上。

为此,国内各地政府和企业开始加大投入到本土集成电路和人才的建设中去,作为近年对国产集成电路支持力度较大的地方机构之一,南京集成电路产业服务中心(ICisC)和东南大学联手承办了教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会中国电子教育学会举办的“2018年全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛”,协助增强全国大学生在嵌入式集成电路及其应用系统设计领域的创新设计与工程实践能力,使学生能够全面掌握芯片设计或软硬适配系统优化、应用方案设计等不同技术层面的相关知识和技能。

龙芯中科作为国产处理器的排头兵,他们也积极参与其中。

为国内培养优秀的嵌入式人才

近年来,互联网技术的发展,改变着电子设备、智能终端的形态、功能,且不断向小型化、智能化、网络化方面发展,嵌入式应用软、硬件设备的研发人才需求未来也会大幅增加,对人才素质要求也更高。本次全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛对于想在网络通信、机器人控制、视频处理、工业自动化等相关领域发展的学生是一次绝佳的锻炼机会,能让他们全面熟悉国产芯片软硬开发、系统优化、应用方案设计等不同技术层面的相关知识和技能。同时,这也有助于高校与企业产学协同育人,为社会培养具有创新思维、团队合作精神、解决复杂系统问题能力的优秀人才。

为了让这些学生更好地参与到嵌入式的设计中去,龙芯为本次大赛提供了两种入门级开发板:1C智龙开发板和2K龙芯派(一代)。其中“智龙”是由龙芯爱好者社区开发的一款基于国产龙芯以全开源方式推广的嵌入式最小系统主板。具有完全开源、可手工焊接 、接口丰富等特点。适合物联网、智能硬件、机器人等应用和创客开发;而“2K龙芯派”是龙芯今年初新推出的入门级千元开发板,搭载龙芯2K1000双核高性能处理器,可以广泛应用于信息安全、电力、轨道交通、工业控制、信号处理、数据通信、信息教育等领域。

龙芯表示,他们非常重视本次大赛,不但提供了原理图、开发板详细的用户手册和丰富的实验例程等参考资料,还开放了所有的软件源码,提供免费使用的RTOS系统。

至于大赛辅导方面,龙芯携手高校熟悉龙芯开发的名师和外围操作系统厂商,配合南京集成电路培训中心组织了大赛在线培训,从软硬件两方面深度讲解了龙芯的开发要点。另外,龙芯的软硬件工程师也参与了比赛过程中的答疑工作,从实际工作经验出发,为参赛选手答疑解惑,在线上进行热烈的技术讨论。

龙芯在采访时谈到,国产处理器是信息产业的基石,关乎网络安全、工业安全乃至国家安全。参赛选手通过本次大赛,能初步了解基于国产处理器的开发环节,在实践中熟悉开发方法,在未来的工作中能更加得心应手。另一方面,基于国产处理器的开发对于参赛者的要求较高,促使参赛者提升自己的软硬件能力,能够加深对于软硬件底层实现的理解,而不只是做一个“代码搬运工”。

对龙芯中科而言,之所以全心全力参与这个大赛,除了想帮助培养中国嵌入式人才外,另一方面也希望能借此机会,吸引更多的开发者接触龙芯,协助龙芯构建自主可控软硬件生态。

按照龙芯的说法,虽然目前有几万的工程人员围绕龙芯做软硬件开发,但这对于整体的国产自主可控事业来说还远远不够。

“龙芯当前的工作之一是构建完整的自主可控软硬件生态,而构建生态的核心是人”,他们强调。

深厚的技术积累是后盾

龙芯中科之所以对其处理器的未来有这样的决心和信心,且在市场上获得了认可,主要得益于他们过往十几年在产品和技术上面的积累。

从龙芯中科的官网我们可以看到,中科院计算所从2001年开始研制龙芯系列处理器,经过十多年的积累与发展,于2010年由中国科学院和北京市政府共同牵头出资,正式成立龙芯中科技术有限公司,旨在将龙芯处理器的研发成果产业化。

据介绍,龙芯目前最新的处理器是3A3000,单核性能上是龙芯第一代产品的3-5倍,超过凌动(Atom)、VIA和ARM。这些芯片的性能虽然算不上顶尖,但是可以在很广泛的领域使用。除了在以党政办公为代表的行业信息化中得到应用,在网安通信领域,龙芯用在防火墙、交换机、网闸、路由器、各类数据通讯终端等产品;在工控互联网领域,龙芯也用在PLC、DTU、FSU、交通灯、门禁门锁、工控终端等产品中。

众所周知,集成电路是核心技术,而现在的龙芯基本已经突破了这个桎梏。他们掌握了从指令集到微体系结构再到CPU电路设计整体的核心技术,这些是一个企业产品可以持续发展的关键。坚持使用,持续改进,就能进入越用问题越少、越用越稳定成熟的阶段,甚至在某些领域超过国外系统。但我们也应该看到,目前龙芯的用量相比于国外芯片,还非常小,应用场景、成熟度还在不断增加和完善,在这个过程中还有许多需要改进的地方。尤其是在软件方面,有更多的提升空间。

龙芯的技术团队告诉记者,自主基础软硬件将在第三轮试错后走向成熟,且已具备全面推广的条件。但龙芯在爬第三级“楼梯”过程中还将从三个方面完善基础软硬件:

一是CPU通用处理性能再提高1-2倍,逼近国际主流CPU的“天花板”。通过优化处理器微结构提高流水线效率,并通过物理设计提高频率,预计2020年龙芯CPU的性能可以逼近当时市场主流CPU的水平。

二是完善自主基础软硬件规范,实现系统架构稳定和技术平台收敛。

在过去应用中,操作系统需要针对不同的主板和升级后的CPU进行磨合适配,而在Wintel(英特尔公司的X86处理器和微软公司的Windows操作系统)体系中可以实现不同主板及CPU的操作系统二进制兼容。其背后是Wintel体系统一的系统架构,包括指令系统、地址空间布局、中断系统、多核互联架构、IO接口规范等,需要CPU、BIOS、桥片、操作系统配合完成。

相比之下,ARM架构由于只规范了指令系统和片内总线,其生态系统是碎片化的。龙芯正完善基于龙芯CPU和桥片的统一系统架构,大幅度降低软硬件适配工作量,并最终实现操作系统在不同主板和CPU的二进制兼容。

三是以用户体验为中心,对自主基础软硬件展开系统梳理和优化,打造集约型的系统,使用户体验有实质性的提高,达到“好用”水平。在此之后,自主基础软硬件的主要瓶颈将由CPU和操作系统的结合部转移到操作系统和应用的结合部。 

坚定走自主可控的发展路线

正如文章开头所说,无论是举办大赛,学生参赛,还是龙芯等企业积极参与其中,其实都是朝着一个最终目的,那就是携手打造一个自主可控的集成电路生态。

回顾中国集成电路的发展历史,改革开放以来,我们进行了各种尝试。并经历了造不如买、买不如租;市场换技术,希望通过成立合资企业来掌握核心技术;直接收购国外高科技企业三个阶段。但事实证明,这些都不是根本的解决办法。

“龙芯坚持自主可控,在应用中试错,是未来中国集成电路产业发展的大方向。龙芯将成为国产自主可控的里程碑,在龙芯之后,相信会有更多厂商形成“应用试点、发现问题、解决问题并完善平台、在试点中检验”的良性循环,掌握核心技术”,龙芯强调。

在他们看来,“中国芯”一定要走建立自主生态体系的这条路。任何一个技术或产品都不是目的,主导产业体系才是目的。我国应充分发挥市场和体制的优势,抓住当前IT产业多极化发展的机遇,争取在IT产业的多极世界中形成既开放又竞争的一极,而不是简单的成为其他极的参与者。

希望产业各界能够和龙芯一起,为中国芯开创出一个新明天。