“當下，在AI和5G場景下，以CPU為代表的通用計算顯得越來越吃力，異構計算正在逐漸成為主流的芯片架構。”近日，華夏芯（北京）通用處理器技術有限公司董事長李科奕在接受記者采訪時如此表示。

李科奕說，異構計算由來已久，不過為了滿足AI和5G對計算性能超高要求，芯片的設計創新、架構創新開始聚焦于此。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。

AI和5G場景開啟多生態并存局面

這些年來，大批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。

據李科奕介紹，Intel、英偉達這些壟斷企業的主要銷售收入都是來自于通用型、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景，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能把專用計算單元集成到芯片中去，這就是所謂的異構計算。

異構計算，顧名思義是指多種計算單元（例如CPU、GPU、DSP、AI加速器、FPGA等）的搭配、集成和融合。通常情況下，異構計算架構的芯片中既有CPU等傳統的通用計算單元，也有高性能的專用計算單元。

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，不至于很快就被淘汰，從而延長了芯片的生命周期。所以在采用先進工藝所需要的投入越來越大的情況下，異構計算會成為業界主流的選擇。

華夏芯是國內最早從事異構計算研究的芯片公司之一。芯片設計技術的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異構計算應用領域的市場機遇——輔助駕駛、機器人、智能安防、智能家居、5G等新興應用場景的共同特點是只需要“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，移動互聯網時代是Arm+Android主導生態，但是AI和5G時代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。“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，中國企業就有了打破天花板的可能。”李科奕說。

基于自主IP推動芯片設計的原始創新

據了解，現在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并沒有解決異構計算推廣的主要障礙：極為復雜的異構編程開發。

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——他們是國內少有的基于自主IP的異構計算芯片設計公司。

IP就相當于建筑物的地基，有相當嚴苛的專利保護。李科奕認為，如果還是用傳統的思路去做CPU、DSP和GPU等基礎計算IP，肯定很難繞過之前行業巨頭的專利限制。打個比方，之前傳統的處理器IP是由不同的果樹分別結出不同的果實，華夏芯的IP設計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，并且大幅度降低了應用開發的門檻。”

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。例如，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。”李科奕說，要實現這一目的，不從底層IP創新做起，就無法打破IP供應商之間各自為政的藩籬。

因此，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處理器異構計算平臺。

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。該芯片全部采用源自華夏芯自主指令集的處理器IP，節省了大量的IP許可費，并且可以根據應用需求進行深度的IP定制。

芯片設計產業需走出大而不強的困境

目前，華夏芯的異構計算主要覆蓋的場景是AI和5G領域對計算有較高需求的應用，例如智慧城市、智能交通、邊緣計算、云計算、智能制造等等。正如李科奕自己所說，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。目前華夏芯主要以服務有定制需求的客戶為主，通過IP的優勢為客戶量身打造相應的芯片產品，現在已經有幾款為客戶定制的芯片產品開始量產。

對于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地方政府的關注點，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。

李科奕提出了對國內集成電路產業發展的一些建議。他說，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。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、封測就將面臨無源之水、無根之木的風險。