中國發展嵌入式芯片的思考

自1958年德州儀器(TI)和飛兆公司(Fairchild)分別以光蝕刻技術于硅基底做出集成電路以來，不斷發展的半導體技術推動人類社會邁入了信息時代。微處理器被廣泛應用于各個領域，深刻地改變了人們的生活方式。
CPU由通用CPU(包括PC類CPU和高端服務器CPU)，和嵌入式/專用CPU組成。PC類CPU是應用于PC領域的x86架構CPU及其x86架構兼容的CPU。我們稱這一類PC/服務器CPU為通用CPU。
另一大類CPU是嵌入式/專用CPU。 它們廣泛應用于各種信息設備，如信息家電、手機、PDA、平板電腦等產品中的CPU。這些信息設備并不要求CPU有很強的處理功能或很高的時鐘速度，但卻特別強調CPU的低功耗、低電壓、低散熱、小面積和低價格特性。
近年來在我國，發展有自主知識產權的CPU已成為了人們關注的焦點。CPU在各行各業有著廣大的發展空間。選擇CPU全方位的自我發展路線存在著很高的進入壁壘， 現在盲目地從零做起或從很低級做起來進入我個人認為在現在階段是不合時宜的。

開發通用CPU技術基礎
的障礙和困難
在IC設計人才、設計經驗/環境上,我國還遠遠落后于世界先進水平。而CPU是屬于IC設計的最高端產品， 設計出如此高性能高端的CPU仍需要相當的各類資源(設計人才和設計經驗首當)和相當長的時間。大家公認，中國的CPU方面的技術與國外的差距有一二十年。而在同時, 我們在許多低端IC產品上還大量依賴進口。 在最缺乏的IC設計人才資源上, 我國現在只有數千人。 而在國外，單Intel公司就有數千名很有經驗的高級IC設計工程師。顯而易見, 我們現在設計人才和設計經驗還不具備與世界CPU頂尖企業挑戰的能力。 我們應當利用這個有限的瓶頸資源去大力發展中低端IC產品以獲取最大的回報, 并以此建立IC產業基礎, 為今后的發展打下良好的基礎。 提供全方位的支持來大辦IC設計人才的教育和培訓是保持高速發展的最重要的一環。
在IC制作工藝水平上, 如今的各類CPU已發展到了0.13微米制程， 12寸晶圓, 集成度超過4500萬顆晶體管。我國現在還處于0.25～ 0.35微米制程，6～8寸晶圓水平上。 由于外國的出口限制等, 我國還仍相當困難獲得像高速高精度光刻機等高端設備。在3～5年內, 我們還無法達到IC制作工藝水平的世界先進水平。 這也決定了,就是我們設計出了有我們自主知識產權并且達到世界先進水平的CPU, 我們也無法制作出達到世界先進水平的CPU。同時，Intel的芯片生產能力和革新速度也是全球所有IC生產廠商們所難以媲美的。
在對應的操作系統(OS)上, 開發自主CPU并非是單一的CPU IC開發。 主流的OS必須支持和跟進,其OS核心必須開放。 遺憾的是, 我國目前尚不存在這樣的主流OS商,也不可能指望Microsoft來支持和跟進。 這樣, 我們需要捆綁在似乎是唯一的LINUX選擇上。但 LINUX 近年來并沒有如初期想象的那樣奪取更大的OS市場份額。
在高端服務器ＣＰＵ上，Intel Itanium使用開放的體系，比起基于RISC服務器來，從操作系統到應用軟件都更能得到豐富的支持，且擴充性、操作性也相對更好，對一般企業來說更具實用性。服務器的大廠商HP/Compaq、IBM都紛紛跳上了Itanium快車，然后專注于自己的核心技術領域諸如核心的軟硬件系統架構與解決方案。在高端服務器CPU領域，將可能再次體現“一兩家獨大”的游戲規則。　在這個眾多大廠商都無力招架、紛紛退出的時候，高端服務器CPU就更不是我們需要發展的了。

開發CPU知識產權
的障礙和困難
我個人認為, 知識產權障礙和困難是一個更嚴重的問題。世界上有許多著名大公司諸如IBM, MOTOROLA, HP等都有能力設計一流的x86架構CPU及其x86架構兼容的CPU(IBM, MOTOROLA本身已有它們自己的一流的非x86架構CPU)。有這么大的全球市場, 有技術設計能力, 有CPU研發經驗, 又有龐大的全球的營銷網絡, 為什么它們不去發展x86架構CPU? 顯然，這不是技術能力問題。 是知識產權障礙和困難及市場壟斷問題。
Intel等老牌CPU廠家, 由于早期的市場進入和主導, 申請和獲得了不少專利。 正如倪光南院士在“NC和自主知識產權CPU”—文中所說, “想繞過Intel的專利是非常難的”。

開發CPU市場壟斷
的障礙和困難
Intel和AMD已形成對x86架構CPU市場壟斷。 高新科技產品在市場上嚴格奉行著“先入為主”、“一兩家獨大”的游戲規則。爭奪市場必須搶占先機，并且在經過激烈地競爭后，最終將僅有最大一兩家公司分享整個市場的絕大部分。如微軟的DOS操作系統就是通過在早期捆綁IBM計算機出售，而迅速占領了市場，建立了不可撼動的地位。而在PC類CPU領域中，Intel和AMD就分享了幾乎所有的市場，就連通過兩次購并在1999年進入CPU市場，在業界排行第三的威盛，也僅能分到小于2％的全球市場份額。品牌的認知度和用戶的可接受性是對任何一個新產品的挑戰。
打破CPU壟斷的難度有多大可從LINUX與微軟操作系統看出。 LINUX有全球的支持。全球開發LINUX沒有 像在中國開發通用CPU的技術基礎障礙和困難。全球開發LINUX沒有像開發CPU的知識產權障礙和困難。 但是在10余年之后, 在許多雄厚的商界的支持下, 甚至政府部門的行政干預下, LINUX仍然有待脫穎而出。 可見打破壟斷之艱難。
發展自己的嵌入式CPU
是可行之路
信息時代中，人們需要無處不在的連接和無處不能的資訊獲取能力，對于信息設備的需求遠遠超過了對PC的需求。我國目前PC年增長率只有30％左右，而網民的年增長率卻達到了200％左右。網絡第一次給予了大多數人能夠在同一時間獲得同樣的信息的可能，消弭了人們在信息獲取上速度的不平等。為進一步提高信息化程度，跨越隨之而來的“數字鴻溝”，市場迫切需求多方位、低廉的信息設備。現在手機、PDA、機頂盒，　ＮＣ(網絡計算機)等產品有著廣闊的市場，作為這些信息設備核心的嵌入式CPU在如今顯得舉足重要。
嵌入式CPU領域的現狀與其它領域的“獨大”局面不同，相對來說它呈現的是一個百家爭鳴的景象。因為信息設備的種類繁多，且每類中的產品也是層出不窮，市場現在仍處于迅速擴張的初期階段，無法象PC和服務器領域一樣形成大公司壟斷的局面。現階段嵌入式CPU的軟件也沒有被少數公司所壟斷。操作系統方面，我們可以選擇內核開放的Linux。在這個仍處于混戰狀態的嵌入式CPU領域中，歷史第一次給予了我們發展建立自己的標準、建立核心優勢、實現跳躍式發展的極好機遇。在IT業中，沒有什么比“標準”和“芯片”這兩個詞更有含金量的了。如PC領域中，Intel和微軟就掌握了整個產業鏈80％的利潤。在信息設備領域中，我們擁有世界上最有潛力的消費群市場。如在2001年，我國已超過了美國、成長為全球最大的手機市場。我們還有龐大的IT生產基地。我們完全可以結合自己的市場優勢，發展有自主知識產權的嵌入式CPU，并利用在國內的渠道優勢，用市場推動標準的建立，跳躍性地進入到這個高回報率的領域中來。
一般來說，發展高科技產品可以走自主開發或合作開發兩條路線。一切從零開始的自主開發，普遍認為是不太現實的，市場也不會等待，并且有悖于“創新”和“速度”高科技產品占領市場不二的法寶，要希望在嵌入式CPU這樣的新興領域中建立自己的標準，就必須選擇一條快速發展的道路。另一條路線就是選擇一個在技術上已處于優勢的合作伙伴共同開發，這樣可以利用現成的技術，快速地提升自己的技術水平和盡早地研制出自己的產品，這不失為一條適合我國發展自主知識產權CPU的道路。
選擇合適的合作伙伴是成功的關鍵。在嵌入式CPU領域中，掌握嵌入式CPU核心技術的公司有Transmeta、威盛(VIA)、ARM和MIPS等。其中ARM、MIPS的CPU采用全新的架構，與這類的公司合作，意味著軟件系統也將受其專利技術的限制。而威盛、Transmeta的CPU采用的是x86或兼容的架構，可以很方便地利用現成流行的操作系統和應用軟件，在技術少了一道發展的屏障。
從市場的發展趨勢看，現在應是改變一味強調CPU不斷升級的時候了，各種BENCHMARK也指出，　瓶頸問題不再是CPU的絕對時鐘速度，　而是內外部連接。提高一倍的時鐘速度可能才提高10％左右的總的執行效能。威盛提出的“Total Connectivity”是對這個問題的全面解決方案 。信息時代強調的是全方位的連接和應用，如何設計CPU使其能更好地應用于各種信息設備中，這才是CPU發展的方向。順應信息時代市場需要大量小巧、輕便的信息設備的趨勢，威盛、Transmeta的設計路線則是致力于打破以往的“越來越復雜”電路設計的概念，秉持著一個“小巧、簡單”的原則，整個CPU的設計也走向環保、低耗電與效能/晶體管的平衡性去努力。在同樣時效的產品中，因晶體管數少，所以芯片面積小，耗電量、表面散熱量也小。
發展自主知識產權的CPU還應考慮到本國制造業的發展現狀，現在我國仍無0.18微米制程的芯片生產線，而嵌入式CPU的精簡化設計，使其可以在較低的制程上制造出符合市場的小面積芯片，這將全面帶動我國半導體產業的全面發展。