明芯会客室

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【栏目简介:集成电路(ic)产业是中国科技的巅峰，致力于此的人将风雨兼程。中关村集成电路设计园与所在的中国联合推出了访谈节目《明星客厅》，每期采访一位核心人物，记录核心创作者的理想、感受和辛勤劳动，传递芯片人的荣耀和梦想，见证国家战略聚焦下的产业发展浪潮。】

文本

王伟林涉足国产芯片已经超过18年了。

从中国科学院毕业后，他一直在计算机芯片设计领域苦苦挣扎，并组建了一个国内x86 cpu和芯片组R&D团队。现在，作为Megacore的总工程师，他领导了一个500人的R&D团队，并负责几个CPU和x86 SOC芯片的独立设计、R&D和大规模生产。

王伟林用“非常困难，非常困难”来描述从零开始的研发之路。他不仅要与时间赛跑，用尽可能少的时间赶上国际巨头多年的积累，用少得多的资源实现技术突破，还需要与不可控制的外部因素竞争，如整个行业普遍存在的人才短缺、成熟工程师的“跑路”、对国产芯片的疑虑。

“一点一点向前，一点一点改变现状。”王伟林知道这种差距不可能在一天之内弥合，但在中国芯片制造商的努力下，整个行业已经取得了明显的进步。

王伟林，国家重大科技项目研发负责人，国内x86 cpu技术团队负责人，上海赵信集成电路有限公司总工程师

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经过18年的奋斗，从0到ic的生态链已经完成

王伟林2019年的目标非常明确。“完成下一代7纳米验证芯片的开发，包括新技术下的高速大功率设计过程和最新规格的接口ip。”

虽然这是另一场硬仗，但经历过硬仗的王伟林有信心。

剑指的是R&D和大规模生产的国内处理器芯片。尽管赵信成立于2013年，但其R&D团队比这早得多，而王伟林是一位重要的创始人。“R&D团队Megacore成立于2001年，最初由VIA Electronics制造。在VIA期间，该设计团队是芯片组的核心R&D团队，完成了许多美台同行认为不可能完成的项目，并在6个月内两次完成了新芯片组和手机芯片的R&D和流媒体任务。可以说，在进入处理器设计领域之前，我们已经是中国最好的设计团队之一，拥有训练有素的人才、良好的设计流程和丰富的设计经验。”王伟林说，“到2010年，许多员工从芯片组R&D的工作中分离出来，组成了一个cpu R&D团队。后来，当赵信成立时，这个由当地雇员组成的国内R&D团队也被纳入了赵信体系。”

芯片组是一组一起工作的集成电路“芯片”。它负责将作为计算机核心的微处理器与机器的其他部分连接起来。它是发挥处理器性能、保证整机性能和系统可靠性与稳定性的重要组成部分。中央处理器是计算机计算和控制的核心，它控制着每一台计算机和每一部手机。中国每年从国外进口的cpu数量高达550亿至600亿美元。

如今，由500名软件和硬件工程师组成的团队将cpu和芯片组作为Megacore的研发重点。王伟林仍然记得这个团队在开发第一个处理器芯片时的起伏。

从0开始，消化吸收，再创新。当时，赵信推出了第一个x86高性能处理器芯片。王伟林的团队吸收了它的微观结构，并再现了整个过程。“我对高性能处理器的完整设计过程有了初步的了解。”

在消化了第一个高性能处理器芯片后，R&D团队开始重新设计微体系结构和设计方法。他们优化了内核，提高了频率，降低了功耗，并将共享总线改为共享缓存以提高效率。这样，与第一代芯片的40纳米双核1.6 GHz、60平方毫米和20瓦功耗相比，第二代处理器芯片不仅提高了频率和ipc(每个时钟周期的指令数)，而且使内核加倍，面积压缩20平方毫米，并将功耗降低到10瓦以上。

最重要的是，经过这场战斗，Megacore的处理器R&D团队已经彻底掌握了R&D高性能处理芯片的精髓。

但是有很多教训。“完成后，我发现一些性能和功耗与我们预期的不太一样。有些设计当时被简单地认为是需要再次优化的。处理器需要在选定的过程中掌握微体系结构、主频率和功耗之间的平衡。我们努力弥补设计过程中缺失的环节，如性能评估和功耗评估，现在终于将功耗和性能误差控制在1%以内。”

基于以前的芯片设计经验和教训，重新设计的芯片，开县kx-5000系列处理器，于2016年8月成功发布。“先锋kx-5000系列处理器在优化核心流水线、分支预测、内存带宽、调度算法和多核节点互连的同时，在io和内存性能方面有了很大的提高。”整机性能达到了英特尔i3的标准，除了办公之外，很多桌面娱乐和游戏支持也不错。

赵信国产通用处理器的性能得到了显著提升，应用体验不断提升

从开始到现在，兆核处理器的单核性能提高了2.5倍，整机性能提高了8倍以上；芯片组始终保持与最新国际芯片相同的性能和设计规格。就芯片生态而言，兆芯片已经与其合作伙伴在流程、操作系统、中间件、应用软件和整机开发制造方面形成了一个完整的生态链。

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争创金牌，呼吁打破集成电路行业的“人才荒”

表面上看，一切都很顺利，但王伟林仍然记得研发过程中的波折和困难。

人力一直处于紧张状态，一两个人甚至会影响一个设计特征的开发进度。王伟林说:“如果工程师稍有变动，就有可能放弃或降低一些设计规格。”“第六代产品kx-6000的一些优化在kx-5000首次上市时就已准备就绪，但由于负责的工程师离开了，他不得不缩减生产线。”

处理器领域的一些权威人士曾经说过，1995年以后没有必要再读论文了，因为架构几乎是一样的。在传统的高性能处理器领域，这种说法非常接近事实。然而，在国内乃至国外许多设计公司研发高性能处理器芯片的过程中，设计技术和方法仍然非常粗糙。“这就像，我们知道我们需要在河上建桥，但我们不知道如何建一座好桥。甚至我们也猜到了许多方法，但由于时间和成本的原因，很难尝试，”王伟林说。"方法和过程，如材料科学和飞机发动机，需要大量的反复试验和基本的前期研究."

我们需要确保每个芯片都是成功的。英特尔和amd开发一个芯片大约需要5年的时间，甚至很多技术都是很早就预先研究好的，各方面的成本投入都很大，积累很深。“我们一直处于火速状态。许多真实的压力使你没有时间看得清楚和仔细，也没有办法尝试和犯错误，并找到更好的办法来解决一些关键问题。”

从2.0ghz到3.0ghz，再到更高的频率，随着处理器频率的提高，芯片设计出现了新的课题。“我们只能在短时间内做到最好，同时，我们可以一步一步向前，一点一点地改变现状。这是非常困难的一次到达那里，”王伟林说。

与此同时，也许是出于宣传的需要或工程师的个人偏好，注重单点性能而忽视整体性能、稳定性和可靠性的趋势一度将芯片设计引向了错误的道路。“处理器的大规模生产必须保证可靠性、稳定性和兼容性。这是无法控制的，它肯定会出错。因此，对于我们正在做的产品来说，最重要的是确保用户稳定和兼容，同时确保用户性能。设计应处理这些问题，如功耗、信号完整性、电源层抖动等。”

人才短缺是整个行业面临的共同难题。

王伟林每年都去大学招生。“我过去常常去华中地区一所著名的大学进行招聘，每年能吸引十几个人。大约两年前，我每年只能招收几个学生。”王伟林很好奇，转过身来询问这些专业，却发现许多研究方向都转向了软件。

集成电路设计行业是一个人才密集型、资本密集型和技术密集型的行业，其中高性能处理器是最成熟的代表。Megacore的大部分研发人员都是硕士和博士毕业生，他们的研究方向偏向硬件，投资时间和经济回报的不对称性导致越来越多的优秀人才外流。王伟林理解这些压力:“孩子们也必须支持他们的家庭。”

尽管现实很困难，王伟林也注意到政府正在提供更好的支持。在北京，政府已经制定了集成电路产业的产业计划，在北方设计，在南方制造。北部的中关村集成电路产业园区是海斯、展讯等企业的所在地，南部是亦庄。王伟林说:“这与美国的硅谷非常相似，硅谷是一个聚集了产业链上下游企业的园区。”

值得注意的是，中关村集成电路科技馆于去年建成，位于中关村集成电路产业园的北部，向公众、学生和业内人士开放。旨在提高集成电路产业的社会影响力，让更多的年轻人接触集成电路，了解集成电路，加入集成电路，从根本上提升年轻人对这一原始产业的认知和兴趣。

变化正在发生，王伟林也期待并呼吁政府和其他部门在人才培养、人才引进、户口、住房等方面继续支持ic企业，以打破困扰行业发展的“人才短缺”问题。

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国产芯片的关键是能够响应国家的使命召唤

一个“奇怪”的现象是，国产芯片被叫牌多年，结果不时公布，但进口芯片仍主宰着普通人手机和电脑上的江湖。国产芯片在哪里？

正是这种情况形成了公众对国内芯片的直觉印象:浪费了大量资金，但未能达到预期。

“可以理解。爱很深，恨也很深，大概就是这种态度吧。”对于公众对国产芯片的质疑，王伟林认为有几个原因:第一，与国际芯片产业相比，国内整个芯片产业的发展水平确实是比较初级的；第二，在行业早期，许多芯片为了获得资金而拼命宣传，只强调一些不切实际的单点指标，整体处理性能仍然很差。同时，他们没有注意稳定性和可靠性，宣传效果和实际可用性之间有很大的差距。

然而，经过近20年的发展，国产芯片的设计水平也取得了显著的进步。国产高性能处理器可以满足许多领域的需求。在上海银行民政系统和柜台业务的婚姻登记系统中，由兆核cpu驱动的整机已经投入使用。

Megacore平台在业界得到了广泛的应用和认可

王伟林介绍说:“Megacore zx-c cpu完全可以支持wps\office和扫描仪等扫描设备，最新的处理器性能足以支持目前流行的游戏，如吃鸡和呼吁义务平稳运行，这些应用都很好。”

现在，在国内处理器面前有一个重要的“路线争论”:众所周知，处理器只是硬件，它们需要与整机、操作系统、中间件和应用软件合作才能发挥作用，这也体现了生态学的重要性。那么，最终，它是从零开始的原创和自建生态吗？还是融入现有的生态系统，并在此基础上开发自己的产品？Megacore正在走第二条路。“我们的长期目标是建立我们自己的生态系统，但短期内呢？芯片关系到信息产业的发展。国内高性能处理器仍然是行业的追逐者。为了更快地赶上，站在巨人的肩膀上是一种投入产出比更高的方式。此外，在国际主流生态几乎占据垄断地位的现实下，一旦影响工业安全的情况再次发生，脆弱的生态如何能从零开始弥补工业的空白，这是对工业安全的特别严峻的考验。在有了更大的市场和更大的发言权之后，我们的长期目标——建立我们自己的工业标准和工业生态，这项工作将变得更加容易。”

随着摩尔定律遭遇瓶颈和取得新成就，王伟林也开始关注量子芯片和神经网络芯片等新兴技术。

“我们仍然是典型的冯·诺伊曼架构，存储和计算是分开的。当一条指令出来时，它进入内存去抓取它，当内存不可用时，它进入硬盘去找到它，这是非常长的。但是人脑不是这样的。每个神经元都是一起存储和计算的。”两年前，王伟林和他的团队正在讨论最前沿的国际科学研究趋势。“将来，我们可能会走到这一步，但现在，我们必须认真对待每一个细节。”。