助力國產晶元自主可控，新思科技推出專用指令集處理器設計工具

摘要：自早前斯諾登事件、去年中興事件爆發之後，引發了國內終端廠商對於核心器件「國產替代」的關注，同時也推動了眾多國產晶元廠商，乃至互聯網廠商、終端廠商跨界殺入晶元領域，掀起了打造自主可控的「中國芯」的浪潮。

隨著近年來國家對於集成電路產業的重視和扶持，國產集成電路產業發展迅速。不過，中國目前對於進口晶元的需求仍舊很大。

根據今年1月中國海關總署公布的數據顯示，2018年中國進集成電路的進口額為3120.58億美元，同比增長19.8%。相比之下，中國集成電路的出口額僅為846.36億美元，雖然同比增長了26.6%，但是與進口額相比仍只有其1/3不到。

不過，值得注意的是，自早前斯諾登事件、去年中興事件爆發之後，引發了國內終端廠商對於核心器件「國產替代」的關注，同時也推動了眾多國產晶元廠商，乃至互聯網廠商、終端廠商跨界殺入晶元領域，掀起了打造自主可控的「中國芯」的浪潮。

「自主可控」再加速

根據市場研究機構IP Nest近期發布的最新的IP市場分析報告也顯示，2018年全球最大的IP提供商Arm的營收出現了3%的下滑（2017年下滑了6.8%)。IP Nest認為其中一個主要原因應該是來自於開源的RISC-V架構的衝擊。同樣的下滑情況也出現在MIPS、Imagination、CEVA和Rambus這些老牌IP供應商身上。

在芯智訊看來，這些老牌IP供應商的下滑，一方面正是由於開源的RISC-V架構帶來的衝擊，而另一方面則是由於很多新興的AI晶元設計廠商開始由通用IP轉向了更多特定的應用的專用IP，甚至是基於自身的演算法設計自主的處理器IP。

2018年EDA工具及IP大廠新思科技(Synopsys)，ASIC設計廠商芯原以及FPGA IP供應商Achronix的營收均出現了大幅的增長，而這個數據也很好的印證了前面的觀點。

在過去的一年，我們可以看到，百度發布了自己的雲端AI晶元「崑崙」；阿里巴巴收購了中天微，同時成立了平頭哥半導體公司；格力電器也宣布進軍半導體市場，研發自己的晶元；此外，國內也湧現出了眾多AI初創晶元公司，比如地平線、燧原科技，天數智芯，寒武紀等，眾多的AI演算法廠商也紛紛自主研發AI晶元；同時，值得關注的是，過去兩年來，非常多的國產晶元廠商開始進入開源的RISC-V陣營，並開始推出基於開源的RISC-V架構的晶元。

我們都知道不論是Arm處理器內核IP（除了指令集授權外），還是國外廠商推出的DSP、ASIC，都是固定的IP核，國內廠商可以買來直接用，但是卻難以實現自主可控。因此，越來越多的廠商開始傾向於自己來設計AI Accelerator, DSP IP、ASIC晶元。

同樣，近兩年以來，具有開源、免費、精簡、模塊化及可擴展等優點RISC-V架構，也受到了眾多國產晶元廠商的青睞，特別是在國內不斷強化對於晶元」自主可控「的趨勢之下，利用開源的RISC-V架構來設計自己的晶元，可以很好的適應這一要求。此前，國內的中天微、華米、樂心等廠商都推出了基於RISC-V架構的晶元，此外華為也在積極的研發基於RISC-V架構的晶元，以期實現自主可控。

全球知名的EDA工具及IP廠商新思科技早前就推出了一套能夠實現專用指令集處理器（ASIP）開發流程自動化的工具——ASIP Designer，可以幫助國產晶元廠商、AI演算法廠商快速打造「自主可控」的AI Accelerator, DSP IP、ASIC晶元，甚至是RSIC-V架構的晶元。

什麼是ASIP？

ASIP即「專用指令集處理器（內核）」，是一套能夠幫助用戶快速設計出自主專用處理器及其全套工具鏈的開發工具。與之相對的是，比如Arm的Cortex CPU內核則是屬於「通用型指令集處理器」。相對於「通用型指令集處理器」，ASIP在特定應用場景下可以獲得更為出色的性能、面積、功耗和成本等競爭優勢。

這裡需要區別的是，ASIP並不是等於專用型處理器ASIC，我們通常所說的ASIC晶元是一個完整的晶元，其不僅包括針對特定演算法設計或優化的內核，還包括了外圍的電路、介面等等。

ASIP有何優勢？

對於演算法或處理器廠商來說，雖然市場上有很多現成的處理器內核可選，但為了覆蓋更多的用戶和市場，這些處理器內核往往都是偏向「大而全」，性能、面積、功耗也一定不是最優的。並且，這些內核都是固定的，難以進行修改的，更不能根據自己的需要去配置。

針對客戶的特定需求來說，買來的處理器內核可能只有部分指令用得上，有很多的指令是用不上的，這就造成了浪費。比如，演算法廠商需要設計一個處理器來跑自己的20條指令，如果要用Arm內核來做，可能其內部很多指令用不上，同時還需要搞定Arm內核裡面的面初始化和驅動，這就需要增加很多的指令，還會遇到面積、功耗、啟動時間等一大堆的問題。

相對而言，演算法廠商對於自己的演算法非常的熟悉，如果採用的是自己定義的處理器架構和指令集，那麼就可以實現極簡化的按需設計，並且可以通過不斷的修改和優化自己的架構，最終獲得比市場上可以買到的處理器內核更好的效果，實現高性能、低功耗、面積更小、成本更低等優勢。

新思科技也表示，「從自動駕駛汽車到醫療器械，從智能移動網路到空間應用，從安全到虛擬現實，幾乎每個片上系統都需要或已經使用ASIP。ASIP能夠滿足專業處理要求，現成的商用處理器IP無法滿足功率-性能-面積要求，固定功能硬體缺乏所需的可編程性。」

ASIP Designer能做什麼？

雖然ASIP有很多的優勢，但是ASIP的研發並不是一個簡單的工作，其工作量非常的大，不僅需要基於特定演算法定義一套處理器模型架構，還要進行架構優化和軟體開發以及驗證ASIP設計，除此之外，還必須考慮開發用於對所得設計進行編程的軟體開發工具鏈需要完成的工作。

新思科技推出的ASIP Designer則是一套針對ASIP的開發流程自動化工具。其不僅能最大限度地減少開發專用處理器和相關編程工具所需的工程時間和工作量，而且還能加快理解候選設計的性能和效率（即設計探索）。

同時可結合新思科技其他豐富的配套的EDA工具，在兼容性和內部協同性上更為出色，極大簡化了ASIP的設計流程，縮短了設計周期。如果是採用多個未全面整合的工具，那麼就意味著需要在工具間進行某一設計版本移植，而這是引發錯誤的一個主要原因。而要解決發現的問題，通常需要與兩個或兩個以上的不同的工具供應商溝通獲得技術支持，因此找出錯誤也將耗費大量的時間。

ASIP Designer明顯降低了就新設計項目採用ASIP所面臨的障礙。無需聘請模擬器、調試器或編譯器專家就可以獲得專業的技術支持，可以幫助設計團隊提高生產力和縮短上市時間。藉助ASIP Designer，設計團隊可以：用ASIP替換固定功能硬體實現，進而避免設計和驗證複雜且不靈活的狀態；設計其自己專為特定演算法量身定製的專用DSP，如圖像處理、基帶處理和音頻處理；為高價值和差異化設計區塊（如AI、第1層通信、矩陣運算）創建針對特定域的靈活加速器。

如何助力「自主可控」

正如前面所介紹的，目前開源的RSIC-V架構備受國內廠商的追捧，因為其是開源的指令集架構，因此，國內廠商可以基於RSIC-V架構來設計具有自主知識產權的自主可控的晶元。

ASIP Designer就非常適合RISC-V的設計，因為其內核非常的精簡，並且是開源的，所以對於很多演算法廠商來說，或許可以將ASIP designer自帶的開源RISC-V例子的代碼輸入ASIP Designer即可得到模擬模型和軟體工具鏈，再結合自己的特定演算法進行模擬迭代，可以非常容易的得到一個與自身特定演算法非常契合的具有自主知識產權的特定RISC-V處理器內核。

據新思科技透露，目前已經有很多的RISC-V廠商對於ASIP Designer非常的感興趣。

在人工智慧、邊緣計算的大趨勢之下，越來越多的演算法廠商開始打造更為適合自己需求的，更具能效的自主可控的專用型晶元，用以替代傳統的通用型處理器 。另外，除了RISC-V核，通過前面的介紹，我們也能發現很多DSP、加速器和AI Accelerator也都可以用ASIP來實現，而ASIP Designer則可快速、高效的加速這一設計過程。

寫在最後的話：

昨天這篇文章在微信發出後，引來了不少人的討論，根源在於新思科技是一家美國企業，那麼用美國企業的EDA工具，能否幫助我們實現自主可控，斷供了怎麼辦？

我們先來幾個關鍵點：

1、目前所有的中高端晶元設計都離不開Synopsys、Cadence和Mentor這三大EDA廠商，不管是不是Arm內核。除非你不做大型的複雜的中高端晶元，不然沒辦法繞過。目前國內雖然也有不少EDA廠商，比如華大九天，但是目前只是在一些點和面上有突破。華為也確實有用華大九天的一些EDA工具。但是麒麟9XX完全都是藉助國外的EDA工具來實現的。

2、不管是不是做基於Arm內核的晶元還是基於CEVA DSP IP的晶元，都是需要EDA工具的，而且還要買Arm或者CEVA的內核授權，新思科技的這款EDA工具是可以讓你不需要去買別人的IP授權，通過自己的演算法來實現一個完全自主的內核的設計。這個設計出來的內核，雖然是用的新思科技的EDA工具，但是設計完成之後跟新思科技就完全沒有關係了，是你自己的具有完全知識產權的內核晶元。

打個比方，我們開飯店，招牌菜比如是XX排骨，但是國產的刀不夠鋒利，剁不了排骨，那麼用進口的刀做出來的XX排骨就不是我們自己的產品了？做出來的菜就不能自主可控了？顯然不是。

3、EDA工具如果都是歐美的，確實也有斷供的風險，這是無法迴避的。而正如第一點所提到的，我們目前尚無法對國外的EDA進行替代，除非我們不做中高端晶元了。

所以，當下我們也只能是「卧薪嘗膽」，在能夠利用國外EDA的情況下抓緊設計自己的高端晶元（再強調一遍，用國外EDA工具設計出來的晶元完全是晶元設計廠商自己的，已經設計完成的不會受到EDA工具的任何制約），爭奪高端市場，而不是「因噎廢食」，因為害怕被禁，所以就放棄現有的高端晶元設計，主動去做不用國外EDA工具才能做的低端晶元。

難道我們不是更應該抓緊時間來做高端，同時加快培養備胎？只有在做高端晶元，佔領高端市場，國產EDA才能夠慢慢跟著成長，進入高端。如果你只做低端，國產EDA根本就沒有機會往中高端走，因為你根本就不知道高端的需求、問題，高端EDA有哪些優勢亮點，哪些值得借鑒改進的，你更沒有高端市場，更談不上給國產EDA進入高端的機會。

另外需要指出的是一般EDA工具授權都是按年計算，因此，即使被禁，短期內也不會受到大影響。

4、有朋友說，華為連低端的產品都不願用本土廠商提供的EDA工具，到時還能指望高端的產品用本土廠商的？東西不斷的有人去用才能越做越好。從低到中再到高，逐漸的迭代與完善。你連中低端的都不肯用，本土一些廠商連活著都已竭盡全力了還要被指責你怎麼不做出高端的來？

對於這種說法，前面第一點我們有提到，華為也確實有用國產EDA廠商——華大九天的一些EDA工具。但是，在中高端晶元設計上，國產EDA工具與國外差距較大。

我們確實可以和國產EDA廠商一起，從低端慢慢往高端來做，但是這需要一個較長的時間，但晶元本來就迭代很快，競爭對手和市場不會停下來等我們。所以，如果我們只願意用完全國產化的供應鏈來做晶元，慢慢的我可以做到高端，但是到那時，國外的競爭對手早就到了更高端，而那時我們的高端，與人家的產品相比還是屬於「低端」。

我們都知道，華為的海思麒麟處理器很強，華為也憑藉海思麒麟的助力進入了高端智能手機市場，成為了全球第三大智能手機廠商。但是，我們不要忘了，華為海思麒麟的成功進入高端市場，其中一個原因，也是因為其使用了Arm的高端CPU和GPU內核。如果當初華為完全不用Arm內核和安卓系統來做手機，華為手機能有現在的市場地位嗎？顯然是不可能的。

正因為華為藉助國外先進的技術為自己所用，才有了現在的實力，才有機會在美禁令下依然頑強生存。

所以，對於其他國產晶元設計企業來說，難道我們不是更應該抓緊時間來做高端，同時加快培養備胎？只有在做高端晶元，佔領高端市場，國產EDA才能夠慢慢跟著成長，進入高端。如果我們只能做低端晶元，那麼國產EDA根本就沒有機會往中高端走，因為你根本就不知道高端的需求、問題，高端EDA有哪些優勢亮點，哪些值得借鑒改進的，你更沒有高端市場，更談不上給國產EDA進入高端的機會。因為你設計出了高端晶元，如果沒有市場用，更是白搭。

比如華為後續推自己的處理器和鴻蒙系統，來打造手機，如果華為沒有現在的市場規模和用戶，這樣的鴻蒙系統是不可能成功的。而現在華為手機年出貨量已經超過2億，此時來推，即使只有50%的用戶認可，華為也能夠有1億台的鴻蒙手機用戶，這本身就是成功。

編輯：芯智訊-浪客劍

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