2021年11月25日 | 架构创新应对后摩尔挑战 SDH技术开启大算力芯片的新赛道

集成电路制造工艺正不断接近物理极限，摩尔定律面临失效危机，如何在后摩尔时代再续辉煌？一种架构创新技术-SDH（Software Defined Hardware, 软件定义硬件）可重构处理技术浮出水面。

与目前业界惯用的处理器设计架构不同， SDH可重构处理技术兼具灵活性与高效性，尤其适用于对计算性能有着极高要求的芯片领域，SDH技术有望打开数据处理芯片设计的新思路，或成为最有希望突破摩尔定律的架构创新技术。

后摩尔时代，SDH架构创新技术异军突起

按照摩尔定律，集成电路上的晶体管数目大约每经过24个月就会增加一倍。换句话说，处理器的性能每隔两年翻一倍，带来的经济效益也有目共睹。

但随着工艺制程与集成度的不断提升，晶体管尺寸渐近物理极限，继续依赖缩小工艺制程获取性能和经济效益提升已困难重重。与此同时，人工智能、大数据、5G等领域的计算需求在海量增长，如何突破摩尔定律，满足算力经济时代的新挑战？

业界在工艺、材料、架构等多领域不断寻求新突破。作为近几年提出的一项新型架构创新技术，SDH技术被业界和学界寄予厚望。

2017年，美国国防高级研究计划局（DARPA）将SDH技术列为“电子产业复兴计划”的资助项目，首次提出SDH概念，希望以新的芯片架构解决芯片定制使用时面临的高昂成本问题。此次计划的参与者较多，包括麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学(Stanford)、普林斯顿大学(Princeton)、耶鲁大学(Yale)、加州大学、IBM、英特尔(Intel)、高通(Qualcomm)以及多个国家实验室(National Labs)等。

早在几十年前，摩尔在他的文章中就曾指出，经济问题或将是影响电子行业发展的一大瓶颈。一语成谶，今天，进展到几纳米的先进制程工艺时代，天价流片费用使很多中小企业、研究机构已经很难再享受到先进工艺制程带来的红利。

一位处理器架构的专业人士告诉集微网，就像CPU、GPU的开发者正在努力解决摩尔定律的功率屏障与内存屏障一样，SDH技术可以解决芯片使用的经济屏障，其可重构特性使用户不必为每次新应用设计全新ASIC芯片，以降低研发成本、缩短开发时间、加快产品上市速度。

同样是可重构架构，FPGA采用的是静态可重构架构，而SDH技术则是动态可重构架构，主要区别在于，SDH技术可根据运算任务的不同，动态调整硬件里的资源，芯片上的计算资源在时间和空间上可以重新再利用，以实现极高的运算性能。另一方面，FPGA的开发门槛较高，开发者必须熟悉Verilog硬件编程语言，而SDH技术在最初定义时就基于高级语言，例如C、Python等，让用户使用起来更简便。

相较于ASIC，SDH技术具有极为灵活的可编程能力。而对比FPGA，它则具备更为快速的可重构能力和易用性，SDH架构创新技术展现了极为广阔的应用前景。

SDH技术赋能通信芯片革新 助力万物互联

SDH创新架构所表现出的独特优势，使它特别适合对算力性能及灵活性都有超高要求的数据处理领域，例如通信基带处理、AI处理等。尤其是通信领域的应用，已出现星火之势。

截止目前，不断演进的通信协议对通信芯片的灵活性与性能提出更高要求，不仅要兼容未来新协议、新应用场景需求，还要满足更为复杂的数据处理要求。采用SDH技术，可以动态配置计算资源，提高整个芯片的利用率。在高端通信系统中，SDH SoC芯片可以支持多种模式和应用场景，适用5G时代高密度异构复杂计算，在节省硅片面积的同时，缩短功能开发周期，加快产品上市速度。

市场研究机构Dell'Oro预测，未来5年全球小基站市场规模将达到250亿美元。11月16日，工业和信息化部召开“十四五”信息通信行业发展规划新闻发布会，工信部信息通信发展司司长谢存在会上表示，目前，我国已建成5G基站超过115万个，数量占全球的70%以上，覆盖了几乎所有地级以上城市。全球最大5G独立组网网络已经成型，5G行业应用创新案例已超过1万个。

梳理5G小基站芯片的玩家可以发现，目前依然以海外厂商为主，包括英特尔、高通、恩智浦等，仍在不断加快芯片研发迭代速度。集微网从业内人士了解到，在小基站基带芯片中，目前国外厂商的方案还不尽完善。有的基带芯片厂商在产品推进上速度很快，但规格不足，无法满足国内应用需求；有的厂商的产品尽管规格较多，但支持的协议不够，仍依赖第三方提供软件支持。这都给国内通信芯片厂商带来了有利时机。

通信领域的新挑战也呼唤新型产品面世。面对通信领域关键芯片卡脖子以及5G大规模商用推进的现状下，国产替代亟待跟上，国内企业急需在这一领域发力， SDH架构无疑为国内的芯片企业在通信领域实现后来居上开辟了一个全新赛道。

5G市场红利下，国内SDH厂商将加速国产替代

SDH技术所展现的优势与应用前景，吸引了芯片设计企业的普遍关注。白盒子（上海）微电子科技公司就是这样一家“聚焦无线通信和人工智能领域，致力成为SDH架构高端大算力SoC芯片先行者”的新创企业。

脱胎于2020年中科院微系统所、上科大等单位联合推出的“白盒子计划”，目前，白盒子公司已组建了近200人的专业研发团队，创始团队来自于中科院微系统所，在芯片及通信领域有非常深厚的积累；研发团队来自国内外一流的芯片设计公司，涵盖芯片设计、移动通信、人工智能等领域。

虽然白盒子公司成立时间不久，但其技术骨干都拥有超20年通信芯片和系统设计经验，曾成功量产几十亿颗芯片，深耕专业市场多年，具有市场先发、供应链管理和产能供给优势。目前，白盒子采用的动态可重构架构以多位宽的数学计算单元为基本单位，例如16位或32位数据的加法，通过灵活的片上网络相连接，可以实现更高效的数学运算，同时芯片的面积效率更高，比FPGA要快几个数量级。

谈及如何快速将SDH技术落地应用，白盒子公司技术负责人指出，在芯片具备可重构的能力之后，还需要通过软件动态调整硬件的配置才能使芯片的性能得到发挥，白盒子为此开发的动态编译技术，相比传统的资源配置技术可大幅度提升芯片的算力水平。凭借在可重配置架构领域的深厚技术积累，白盒子公司正在快速推进SDH SoC的研发与产业化，将应用于5G基站的数字前端与基带处理等高算力、高数据密度的运算系统中。

目前，白盒子公司正积极与产业链上下游各方密切接触，共同探讨如何通过技术创新解决市场痛点，并已与部分行业客户建立紧密合作，参与行业标准的预研及制定。近日，中国移动通信集团浙江有限公司领导一行对白盒子公司进行了调研。针对如何通过通信核心芯片技术创新而提供更低成本、更小功耗的5G解决方案，双方展开深入探讨，并就合作建设开放化、白盒化、全自主可控的试验网达成初步共识。依托拥有自主核心技术的芯片，白盒子公司将为运营商及行业客户提供小基站设备“交钥匙”方案，降低通信产业门槛，助力白盒生态繁荣发展，且未来在人工智能领域也将大有可为。

10月28日中国移动通信集团浙江有限公司调研白盒子公司

目前小基站的大规模建设高峰还没有到来，还处在大爆发的前期阶段，国内SDH芯片厂商应该抓住这一有利时机，凭借SDH技术所带来的创新优势，在国产替代的业界共识下把产品做好，完成从芯片到方案的集成工作，借助本地化的支持协作优势，密切配合下游客户，在5G小基站大规模部署中，获取市场主导权，从而打造国产器件应用的新局面。