華夏芯李科奕：未來主流架構是異構計算，半導體產業要重視IP，強調原始創新

華夏芯是國內少有的基于自主IP的異構計算芯片設計公司。

半導體產業的創新，總是伴隨著新的應用場景出現，AI和5G的到來，也意味著傳統的計算架構正面臨新一輪的挑戰。

在一些特定領域，比如AI和5G等場景下，通用計算顯得越來越吃力，異構計算則順勢而上，正逐漸成為主流的芯片架構。

那么，何為異構計算呢？

多種計算單元（例如CPU、GPU、DSP、AI加速器、FPGA等）的搭配、集成、融合統稱之為異構計算。通常情況下，異構計算架構的芯片中既有傳統的通用計算單元，也有高性能的專用計算單元，例如神經網絡的加速器。

異構計算由來已久，不過在AI和5G對計算性能超高要求的催化下，芯片的設計創新開始聚焦于此。華夏芯（北京）通用處理器技術有限公司（簡稱為華夏芯）便是國內最早從事異構計算研究的芯片公司之一。

在由工業和信息化部人才交流中心、南京市江北新區管理委員會共同主辦的芯動力人才計劃——第一屆集成電路創新創業論壇上，鎂客網采訪了華夏芯創始人李科奕，他表示，“芯片行業的共識是：未來AI和5G芯片的主流架構一定是異構計算。”

圖 | 華夏芯創始人李科奕

AI和5G場景是異構計算的春天

這幾年，專用芯片的概念甚囂塵上，一大波初創公司推出了針對某個特定應用場景的AI專用芯片。

但在李科奕看來，全球芯片行業發展到今天，從來沒有出現過某一領域的專用芯片公司成長為行業巨頭的案例。

“Intel、英偉達這些壟斷企業的主要銷售收入都來自于通用型、平臺型的芯片。專用芯片雖然性能很好，但有其自身的局限性：生命周期短，需要不斷的迭代。只有在AI算法、通訊協議已經固定的場合，專用芯片才會有一定的市場。更重要的是，通用計算的復雜度遠比專用計算高很多，通用芯片廠商很容易就可以把專用計算單元集成到芯片中去，這就是所謂的異構計算。”

與傳統的通用計算芯片相比，異構架構具有高性能、低功耗等顯著優點。而且，相對于專用計算芯片，即使新的算法出來，異構架構的芯片也可以依賴通用計算單元加以支持，不至于很快會被淘汰，從而延長了芯片的生命周期。所以在先進工藝投入越來越大的情況下，異構計算成為業界主流的選擇。

集成電路的技術發展趨勢讓李科奕選擇了從異構計算的角度切入，另一方面則是著眼于輔助駕駛、邊緣計算、智能安防、5G等新興應用帶來的異構計算的市場機遇——這些場景的共同特點是都只需要“單點”的應用開發，而不用像手機、PC一樣需要匯集眾多第三方的應用軟件，從而有很強的生態依賴性。

李科奕表示，“PC時代是Wintel聯盟主宰生態，移動互聯網是Arm+Android主導生態，AI和5G時代則開啟了全新的生態、或者是多生態并存的局面，這也是國產芯片廠商的發展機遇。”

換句話說，AI和5G下的應用場景既沒有傳統生態的壓力，也沒有出現巨頭壟斷的市場格局。從事原始創新的初創公司完全可以通過價格、性能、定制開發等機制引導應用開發廠商自愿把它們的軟、硬件開發移植到新的處理器架構+操作系統的平臺上。

“當市場沒有壟斷生態，技術、創新和應用成為決定因素的時候，我們就有了打破天花板的可能。”

發軔于底層IP，專注芯片設計的原始創新

現在絕大多數異構計算芯片使用的都是不同供應商的IP，需要龐大的芯片設計團隊去完成包括IP相互驗證在內的技術維護和設計工作。但李科奕認為這種“拉郎配”式的傳統異構設計方式，沒有解決異構計算推廣的主要障礙：極為復雜的異構編程。

所以，華夏芯選擇從異構芯片的底層IP開始，做芯片設計領域的原始創新企業——他們是國內少有的基于自主IP的異構計算芯片設計公司。

以異構編程為例，計算任務要在多個供應商提供的不同的計算單元上運行，比方說，有的AI計算首先需要在CPU或者DSP上進行任務分割或者處理，然后在AI加速器上進行目標識別，再將結果反饋到CPU進行下一輪的計算。要熟悉不同計算單元之間數據流的調度、交換和進行決策的機制，這些對于復雜的AI系統開發者來說都是門檻很高的難題。

這種耗費大量人力、物力的開發工作顯然不適合全球大部分人工智能公司都是中小型企業的現狀，所以華夏芯決定另辟蹊徑，走了一條創新的異構設計道路。

“如果你的編程模型，能夠讓各種計算任務在CPU、DSP或者GPU上都能運行，由編譯器和系統按照計算效率自動選擇最佳的運行載體，進行任務分割，再系統化地對計算、通訊、存儲的開銷進行優化，這樣就能大幅降低編程開發的門檻。”要實現這一目的，不從底層IP創新做起，是無法打破IP供應商之間各自為政的藩籬壁壘。

所以華夏芯設計了創新的Unity統一指令集架構，此架構由一套基礎指令集和面向不同應用類型的擴展指令集組成，結合以先進的微架構設計，就形成一套彼此高度融合的CPU、DSP、GPU和AI處理器異構平臺。

目前，華夏芯已經發布自主知識產權的Unity統一指令集架構和基于此架構的CPU、DSP及AI專用處理器系列IP，以及已經量產投片的多核異構GPT8300SoC芯片。

IP就相當于建筑物的地基，有嚴格的專利保護，所以雖然自己打地基建高樓，比買基于別人地基上的樣板房自由度更高，但疑問也隨之而來，IP設計如何繞過巨頭們的技術專利？

這也是擺在諸多國內芯片設計公司面前的難題，如何脫離桎梏，找到一條創新之路。李科奕認為，如果我們還是用傳統的思路去做CPU、DSP和GPU，肯定很難繞過之前行業巨頭的IP專利限制。

李科奕打了個比方，之前傳統的IP是由不同的水果樹分別結出不同的果實，華夏芯是通過轉變水果樹的基因，讓一棵樹上結出不同的水果。“技術路徑不一樣才能繞開其他廠商的IP專利，而且我們這種設計思路，也’濃縮’了芯片設計團隊規模，不需要為每個計算單元配備工具鏈和應用開發的團隊，并且大幅度降低了用戶開發的門檻。”

沒有自主創新的國產IP支撐，中國芯片設計產業會大而不強

目前，華夏芯的異構計算主要覆蓋的場景是AI和5G領域對計算有高需求的應用，例如輔助駕駛、邊緣計算、機器人、安防監控、智能家居等等。就像李科奕自己說的，越是對芯片的計算性能、效能功耗比和生命周期有要求的場景，華夏芯的異構計算優勢越能顯現。

和多數芯片設計公司不同，華夏芯的商業模式有兩種，一是芯片設計定制，即利用自主研發的IP平臺為客戶設計定制芯片：二是IP授權，即許可IP給客戶自己設計芯片。

當下華夏芯主要以服務有定制需求的客戶為主，基于全套成體系的IP和設計平臺，通過與客戶共同定義芯片，可以最大程度滿足客戶在不同發展階段的定制需求——從小批量定制到大規模量產的芯片及解決方案，并且降低應用開發的難度。目前已經有幾款為客戶定制的芯片產品開始量產。

華夏芯李科奕強調，“我們是既IP廠商，也是計算平臺供應商。華夏芯的IP覆蓋了從端到云的全產業鏈，我們的目標是為客戶提供一次開發、多處部署、端云結合、協同計算、前后兼容的計算平臺。”

最后，談到國內半導體產業的發展現狀，李科奕認為，國內芯片公司還處于中低端同質化競爭的局面，市場環境也比較浮躁，無論是風險投資還是政府的關注點，更多的是聚焦在應用創新或者工藝制造方面，對IP和設計環節重視不夠。國內的芯片設計公司的投入也以先進工藝為主，而不是設計創新、架構創新。如果按照這種思路發展，中國只會成為集成電路的大國，但不會變成一個集成電路的強國。

“國內集成電路產業熱衷于投資生產制造環節，但是沒有強大的IC設計支撐，下游的制造、封測就面臨無源之水、無根之樹的風險。”

他提出了對國內集成電路產業的發展的一些建議：“IP是整個集成電路產業鏈最上游的節點，投資周期長，但IP才是集成電路產業的命脈、咽喉。沒有堅持自主創新的國產IP鏈條，中國的IC設計就永遠改變不了被國外IP公司卡脖子的局面。不重視芯片的設計創新、架構創新，中國的IC設計很可能是大而不強。”

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