芯片设计,这个几年前还被大家认为已经日渐成熟,已经沦为夕阳产业的它,在近几年中,却逐渐成为了世界的焦点。随着近些年互联网的爆炸式的发展,人工智能,云计算以及大数据的研究不断演进,对于海量数据高性能的运算的需求在成倍增长,于是,作为IT产业的基石,芯片行业也站上了风口,仿佛一夜间回到了曾经辉煌的年代。不论是在几乎垄断着绝大部分芯片技术的美国,还是拥有众多优秀集成电路企业的欧洲,以及当前芯片制造的绝对核心,且是最大的芯片消费市场亚洲,各国都出台了各种对于本国企业的激励措施,希望能够培养本土企业在这个浪潮中占得先机。CPU, GPU, AI, DPU等等名字,也陆陆续续地进入到了普通大众的视线中,本人作为在国内高性能芯片领域工作多年的主管工程师,给大家带来一些关于这个行业自己的理解:

首当其冲的肯定是CPU,CPU号称是芯片行业皇冠上的明珠,在任何的一个SOC芯片上,CPU绝对是当仁不让的主角,作为软件与硬件交互的桥梁,CPU负责将所有经过编译器后的汇编指令解码并执行,从而使整个SOC能按照系统的要求来工作。随着目前大数据以及互联网的发展,大规模服务器的需求越来越大,对于大型IT企业,例如谷歌,亚马逊,阿里,字节跳动等等,采购服务器CPU也是公司一笔巨大的开销。于是,市面上产生了很多创业公司,目标是推出高性能的CPU产品,从而能打入需求巨大的服务器市场,甚至于这些大的IT企业,自己也成立了CPU部门,根据自己独有的需求,来设计自己想要的带有特定功能的高性能CPU。谈到CPU就必然避不开指令集以及基于它们的架构,经过了大浪淘沙,目前热门且主流的CPU指令集有X86, ARM和新贵RISCV,自然基于它们的架构也成为了主流的CPU架构。其中X86架构的代表者为Intel和AMD,这两家企业在个人PC以及服务器上占据绝对的优势,凭借着超高的性能,一直牢牢霸占CPU利润最大的服务器领域,但是因为X86并不是一个开放的架构,所以在目前的CPU浪潮中,这并不是大多数人的选择。

要说目前最为火热且被广泛接纳于各大自研CPU厂商的指令集,必定要属ARM,

作为RISC CPU的代表,ARM经过在低功耗移动设备的多年打磨,已经垄断了几乎99%的移动CPU市场,并且在经过近些年来在高性能CPU的研发,推出了面向服务器领域的高性能CPU,直面服务器市场当前的老大,X86架构。由于ARM开放授权,众多的startup甚至互联网巨头,都选择了ARM架构来研发自己的服务器以及移动设备的产品,如亚马逊,阿里,英伟达等,已经将基于ARM架构的自研CPU部署到了自己的服务器中,定制化的CPU除了能够帮助公司减少采购的成本,也能增加自己特有需求的功能,从而达到在某些特定场合加速的效果。Apple最近推出的M1和M2芯片,更是在个人PC领域证明了自己可以跟X86一较高下。此外,一些技术强劲的新兴公司,比如ampere computing,推出的高性能ARM服务器,更是进入了很多有名的IT企业的采购名单,成为了成功的服务器CPU供应商。国内基于ARM架构的想发力于自研CPU的企业,也是如雨后春笋般地冒了出来,比如阿里平头哥,字节跳动,OPPO,联想等,都纷纷加入了自研CPU的行业,也有强如遇贤微,鸿钧微,此芯等创业公司,广招人才,想要在ARM架构的CPU市场获取一席之地。

关于CPU,最后聊聊近些年来的当红新秀,RISCV指令集,

这个诞生于2010年的RISC指令集,集合了众多指令集的优点,目前主要面向低功耗,低成本,可扩展市场。由于其指令集完全开源的特性,使得厂商可以避免支付大量的指令授权费用,从而将主要的成本放在CPU的微架构实现上,避免了将来因为授权不确定性而可能产生的变故。而统一的指令集,意味着只要你都是基于RISCV的CPU,就可以共同在同一个软件生态中生存,并且推动这个生态的壮大。在低功耗的领域,以及一些移动CPU的领域,RISCV获得了非常大的呼声,众多明星企业例如国外的SiFive,国内的赛昉科技,中科院的香山开源计划,都在推动着RISCV的发展,渐渐的它也成为了目前CPU界最火热的架构之一。

聊完CPU,接下来聊聊GPU和AI芯片,其实如果你有关注目前的市场,除了GPU和AI芯片你会发现各种各样奇怪的PU们,NPU, XPU, DPU, APU, GPGPU, TPU等等,五花八门,眼花缭乱。如果粗略地概括,DSA(domain specific architecture)也许可以作为他们的一个统称,他们都有一个特点,他们都是为了某一个或者某些应用领域而特别定制的架构。当你想要完成一些大量的特定的运算,通用CPU反而不一定是一个好选择,选择一个针对当前运算特定的芯片,可能会使你的计算性能翻几百倍。于是,随着大数据,AI, 自动驾驶,云计算的发展,芯片架构师们也在探索着各种特定场景的专用芯片。 其中谈到GPU必然不能避开当前业界两大巨头,英伟达和AMD,这两家的GPU,GPGPU,以及AI加速器产品,几乎垄断了当前市场,几乎在所有与高性能计算相关的产业中,都能看到这两家产品的影子。除了他们之外,还有很多冉冉升起的新星,例如致力于人工智能领域的AI芯片的中科寒武纪,集中了国内豪华阵容的GPGPU创业公司如壁仞科技,摩尔线程,天数智芯等,致力于自动驾驶的地平线。国外还有大名鼎鼎的Jim Keller带队的Tenstorrent,这些明星创业公司,拥有着一流的工程师团队,在各自独特的领域,埋头研发着各自领域最强的芯片,想在这个可谓是DSA百花齐放的时代,留下属于自己浓厚的一笔。

笔者相信,随着社会需求的发展,科技行业的前进永远不会停止,而芯片作为科技发展的基石之一,有更大更旷阔的空间等着科研工作者和工程师们去探索和发现,从而推动人类文明的脚步,不断向前。(沈冰)

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