2018年12月13日 | 开源为半导体创新带来新思路

　　关于CPU操作系统“缺芯少魂”的话题，媒体已经反思了近20年。
 
　　可其实早在20年前，半导体行业就已经在世界上被定义为跟钢铁石油一样的“夕阳产业”，靠着Intel前CEO贝瑞特创造的Tick-Tock芯片升级战略——俗称的挤牙膏，才勉强支撑下来。
 
　　近20年来，欧美日韩台已经因为市场环境太差倒下了大批半导体企业。直到近年来智能手机市场的崛起，才迎来了短暂的不到十年的第二春，可智能手机也不行了。
 
　　其实消费电子如此普及的今天，芯片技术已经不再是高精尖行业，以目前国内半导体产业的技术水平，就算刨除台湾地区的积累，也处于国际一线水平。即便放任自流的发展下去，也会继续繁荣下去。国内真正落后的技术，是生物科技产业，这是一个至今未能与国际市场接轨的行业。但我们却因为各种问题，陷入在转基因迷信里无法自拔。
 
　　滚滚而来的5G市场正在推动开源芯片快速发展，进入7nm制程的晶圆制造代工技术，已经触碰到了半导体技术的天花板，技术发展失去了上升的潜力，整个半导体市场的门槛将会越来越低。
 
　　今天的半导体行业，犹如19世纪初期的纺织行业一样，已经从世界各国必争的高科技下落凡尘，成为普通的夕阳制造产业。
 
　　技术停滞核心开源，半导体现状复杂
 
　　半导体行业目前正在复制软件行业开源模式的奇观，进入到开源定制芯片时代。自从OpenRISC开源芯片框架发布以来，SPARC、PowerPC、alpha等纷纷投入开源领域。随着开源芯片框架RISC-V的成熟，连ARM都开始试着开放了Cortex-M0/M3内核，国内争议颇多的龙芯也将旗下的GS132和GS232两款CPU内核开源。
 
　　因为半导体开源时代的到来，整个市场面临洗牌重组，所以才出现了博通吞高通、Google特斯拉Amazon自己研发芯片、国内掀起自主研发热潮这些景象。但对于现在的芯片市场来说，所谓的“自主研发”并不重要，重要的是打造了一个优秀的开源芯片平台。
 
　　现在，随便一个用户都可以到这些开源芯片的网站上，下载完整成熟的芯片设计IP。再加上世界范围内成熟的晶圆代工体系、摩尔定律失效、芯片制造技术的发展已经触顶，背后半导体技术的进入门槛已经越来越低，甚至任何团队都可以轻松接触到顶尖技术。半导体不再是一个具有独占性、高深产业壁垒的行业。接下来所有公司将会进入同一起跑线。
 
　　从1980年联电创造晶圆代工行业以来，到今天世界上已经有台积电、三星半导体、格罗方德、中芯国际等多家技术一流的芯片制造企业，就连曾经的独孤求败Intel都在试探加入开放的晶圆代工市场行列。
 
　　目前芯片制造技术最高已经达到了7nm制程，可是随着摩尔定律的失效，芯片制程的提高并未大幅提高芯片的能效表现。市场对更高级的制程技术持以消极态度，未来三年内，主流的晶圆代工企业，提供的技术差异性将难以感知。
 
　　更要注意的是：未来越来越多的晶圆代工企业将会达到同一的最高技术水准，晶元工厂将会像纺织厂一样，没有任何门槛的根据需求在世界各地落地。而其实19世纪，纺织机械一直是世界范围内的高精尖技术。
 
　　开源芯片正在重走开源软件道路
 
　　而在技术走到尽头的同时，半导体芯片产品的应用也走到了定制化时代。特别是比智能手机市场更大的物联网市场，正在通过5G走入现实。半导体制造全面开放、芯片设计完全开源正在成为现实。
 
　　这正如过去30年里，开源软件所走过的历程。
 
　　1990年代，在微软苹果甲骨文SUN都还对开源软件不屑一顾之时，处于危机中的IBM，在CEO郭士纳的调研下发现市场因为定制化需求产生依赖开源软件的现象，于是立马决策拥抱开源软件，1993年转型企业服务咨询，帮IBM又续上了30年的命，实现了大象跳舞的奇迹——大公司快速转型。而Google更是靠着开源社区，迅速成长为互联网巨头，现在连苹果微软都开始主动拥抱开源。
 
　　半导体行业也正在复制这一路径。
 
　　在半导体芯片领域，早在2000年左右市场就有了开源的预判，那时功能手机、家电、工业机床等各种工具正在快速电子化，市场需要海量可定制的ASIC、FPGA、MCU芯片。
 
　　2000年，市场已经出现了OpenCores这样的开源芯片架构组织，长期更新提供开源的可定制的ASIC、FPGA芯片设计IP，随后推出了OpenRISC开源架构，但OpenRISC遇到了版权纠纷，一直未能在MCU通用CPU市场发展起来。
 
　　SUN曾经在2005年宣布基于自家的SPARC架构，推出开源版的OpenSPARC，但2009年甲骨文收购SUN，导致这一项目处于不确定中。
 
　　同时电子产品价格过高，PC在相当长一段时间内依旧是世界最大的消费电子市场，相关定制芯片市场空间还不够大也不够稳定。所以更有后续服务保障的ARM架构芯片占领了MCU市场，权益归属不明的明星架构MIPS性能越来越跟不上时代，近年来逐渐没落。
 
　　但现在已经大不同了！
 
　　5G引爆电子产品定制化，开源芯片生态正在爆发前夜
 
　　在MP3、MP4、智能手机、智能音箱的洗礼下，市场养成了MCU、ASIC、NPU等芯片的稳定需求，已经不是CPU独尊的时代。
 
　　在即将到来的5G物联网时代，不同的智能边缘终端产品对芯片的功能需求完全不同，芯片定制化已经成了趋势。而ARM、CEVA等芯片IP提供商们的价格高，且合作申请周期过长，更重要的是不能随意定制芯片内核，对接下来的芯片定制时代不友好。
 
　　开源则完美解决了这一问题。虽然各家的开源芯片出现了各种各样的问题，但总有一家是市场最优选择！这就是RISC-V。
 
　　2010年加州大学伯克利分校为了学术研究方便，发起了一个全新的开源芯片架构——RISC-V。经过5代更迭之后，终于走向了成熟商用。目前RISC-V已经得到了IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、Google、阿里、华为等100多家科技公司的支持。
 
　　英伟达、美光、三星、西部数据、CEVA等众多主流芯片厂商正在将自家芯片内老旧的MIPS、成本不菲的ARM内核替代成RISC-V架构内核。
 
　　为了应对RISC-V内核MCU在可定制性上的优势，ARM已经开放了Cortex-M0/M3内核，并免预付授权费。免预付授权费预示着未来芯片设计厂商可选择付费，或者用修改定制过的芯片内核抵消授权费，比RISC-V灵活性还高。
 
　　目前，RISC-V靠着更新的架构设计、自由的内核定制生态，在MCU领域已经形成了难以阻挡的势力。
 
　　为了在半导体领域弯道超车，印度更是将RISC-V定义为国家标准指令集。
 
　　比照软件开源的历史，半导体行业的全面开放开源，将迎来芯片设计行业的大爆发，未来或许将诞生上万上百万家新型芯片设计公司。这是一个市场趋势。
 
　　Google、特斯拉、Amazon、阿里、百度、华为等等企业不仅抢入芯片设计行业，还正在从Ai芯片内核研发入手，为未来的半导体开源时代编制自家的平台。
 
　　也是因为有了RISC-V等一批芯片架构的开源，才出现了大批“自主研发”的半导体企业，赶上了半导体战略规划的班车。
 
　　但对于当下的半导体市场来说，除了顶尖的半导体制造工艺之外，更重要的就是参与国际开源半导体市场的规则制定，抢先一步打造一个优质的开源平台。
 
　　参与制定和执行国际市场的规则，才是最重要的！