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!