▲圖為“魂芯二號(hào)A”樣品展示。(資料圖片)
◆圖為中國電科首席科學(xué)家洪一在峰會(huì)上介紹“魂芯二號(hào)A”。(資料圖片)
一枚僅比一元硬幣稍大一點(diǎn)的芯片，卻擁有每秒千億次浮點(diǎn)運(yùn)算的強(qiáng)大功能……4月23日，中國電科38所發(fā)布了這一令人振奮的研究成果。歷經(jīng)6年艱苦卓絕的努力，38所的科學(xué)家們做出了業(yè)界同類產(chǎn)品中單核性能最強(qiáng)的高性能數(shù)字信號(hào)芯片，實(shí)現(xiàn)中國“芯”、民族“魂”，讓各類裝備的“智慧大腦”如虎添翼。本報(bào)記者對(duì)中國電科首席科學(xué)家、“魂芯二號(hào)A”總設(shè)計(jì)師洪一進(jìn)行了獨(dú)家專訪。
“未來，從技術(shù)角度來說，我們要構(gòu)建一個(gè)全軟件化的處理平臺(tái)，首先努力把產(chǎn)品進(jìn)行譜系化和系列化；其次要細(xì)化應(yīng)用領(lǐng)域，讓‘魂芯’系列芯片更高效，更有競爭力，為人工智能計(jì)算、大數(shù)據(jù)計(jì)算等提供強(qiáng)有力的支撐。 ”4月24日上午，在中國電科38所的辦公室里，中國電科首席科學(xué)家、“魂芯二號(hào)A”總設(shè)計(jì)師洪一接受了本報(bào)記者的獨(dú)家專訪。
“魂芯二號(hào)A”意味著什么？
——“中國芯”每秒運(yùn)算千億次，采用全自主體系架構(gòu)，普適性更好，目前已具備量產(chǎn)能力，充分驗(yàn)證了國產(chǎn)處理器的可用性和可靠性
4月23日，中國電科38所在福州舉行的首屆數(shù)字中國建設(shè)峰會(huì)上，隆重發(fā)布了實(shí)際運(yùn)算性能市場(chǎng)同類產(chǎn)品最強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理器——“魂芯二號(hào)A”。該芯片由38所完全自主設(shè)計(jì)，每秒能完成千億次浮點(diǎn)操作運(yùn)算，單核性能超過當(dāng)前國際市場(chǎng)上同類芯片核性能的2.5倍。 “中興事件”發(fā)生后，這一“中國芯”的推出，更是受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。
“中國人可以做出自己的芯片，‘魂芯一號(hào)’‘魂芯二號(hào)A’的陸續(xù)推出，充分驗(yàn)證了國產(chǎn)處理器的可用性和可靠性。 ”洪一表示。
2012年，中國電科38所推出我國自主研發(fā)的首款實(shí)用型高性能浮點(diǎn)通用DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片——“魂芯一號(hào)”。 “魂芯一號(hào)”每秒能完成300億次浮點(diǎn)運(yùn)算或80億次浮點(diǎn)乘法累加運(yùn)算，可謂真正的中國“芯”、民族“魂”，其成功應(yīng)用打破了國外高性能芯片在中國的壟斷地位。就性能而言，“魂芯一號(hào)”的性能高于同期市場(chǎng)同類DSP芯片3倍至4倍，并成功應(yīng)用在我國空警-500預(yù)警機(jī)雷達(dá)等多個(gè)國防科技裝備上，讓空警-500實(shí)現(xiàn)了“小平臺(tái)、大預(yù)警、高性能、新一代”的戰(zhàn)略目標(biāo)，成為我國首款廣泛應(yīng)用于國防科技裝備的高端自主數(shù)字信號(hào)處理器。
“與‘魂芯一號(hào)’相比，‘魂芯二號(hào)A’的性能和普適性更好，目前已具備量產(chǎn)能力。”洪一透露，“魂芯一號(hào)”是我國首款從指令集、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)環(huán)境均自主設(shè)計(jì)的DSP芯片，“魂芯二號(hào)A”同樣采用全自主體系架構(gòu)，外觀只比一元硬幣稍大一點(diǎn)，但其運(yùn)算性能是“魂芯一號(hào)”的4.8倍，而且接口更多更好用，具有相對(duì)良好的應(yīng)用環(huán)境和調(diào)試手段。比如，“魂芯一號(hào)”當(dāng)時(shí)采用的是單核處理器、68個(gè)運(yùn)算部件、600多條指令、24Mb存儲(chǔ)容量，而“魂芯二號(hào)A”在這些方面已經(jīng)全面升級(jí)，單核變成了雙核，運(yùn)算部件擴(kuò)展到84個(gè)，指令增加到1400多條，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大到48Mb。
“魂芯二號(hào)A”到底好在哪？
——擁有當(dāng)前國際市場(chǎng)上性能最好的DSP核，可靠性、綜合使用成本等全面超越進(jìn)口同類產(chǎn)品，未來可覆蓋C波段、X波段等更高頻段
美國德州儀器公司生產(chǎn)的TMS320C6678芯片，是目前國際市場(chǎng)上通用的DSP產(chǎn)品。與國際市場(chǎng)同類產(chǎn)品相比，“魂芯二號(hào)A”同樣表現(xiàn)出色，并且實(shí)現(xiàn)性能的全面超越。
洪一介紹，“魂芯二號(hào)A”通過軟件單核實(shí)現(xiàn)1024浮點(diǎn)FFT (快速傅里葉變換)運(yùn)算僅需1.6微秒，運(yùn)算效能比德州儀器公司這一產(chǎn)品高3倍，實(shí)際性能為其1.7倍，器件數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)每秒240Gb。在實(shí)際運(yùn)算性能與德州儀器公司產(chǎn)品相當(dāng)?shù)那闆r下，功耗下降三分之一，在可靠性、綜合使用成本等方面全面優(yōu)于進(jìn)口同類產(chǎn)品。
“國外產(chǎn)品一般需要通過可編程邏輯陣列器件，來連接模擬數(shù)字、數(shù)字模擬信號(hào)變換器，‘魂芯二號(hào)A’可與高速模擬數(shù)字、數(shù)字模擬信號(hào)變換器直接互聯(lián)，具備相關(guān)時(shí)序接口，可以實(shí)現(xiàn)P波段射頻直采軟件無線電處理形態(tài)。 ”洪一說，“魂芯二號(hào)A”明顯更好用，未來可以覆蓋C波段、X波段等更高的頻段。
目前，“魂芯二號(hào)A”擁有當(dāng)前國際市場(chǎng)上性能最好的DSP核，實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)上同類產(chǎn)品性能指標(biāo)的超越，榮獲國家技術(shù)發(fā)明專利、軟件著作權(quán)等科技成果30余項(xiàng)。 “‘魂芯二號(hào)A’不僅支持多種協(xié)議，而且支持片上網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、遠(yuǎn)程調(diào)試，為系統(tǒng)維護(hù)開發(fā)提供便捷和快速實(shí)現(xiàn)手段。”洪一表示，這一芯片在數(shù)據(jù)吞吐、靈活性、易用性等方面獲得了良好的平衡。
成功并非一蹴而就。從研發(fā)“魂芯一號(hào)”到推出“魂芯二號(hào)A”，中國電科38所的科學(xué)家們用了整整12年。 “這兩種芯片的研發(fā)均歷時(shí)6年，匯聚了眾多科研人員的心血和汗水。”洪一坦言，芯片的成功推出得益于集團(tuán)良好的容錯(cuò)環(huán)境和豐厚的技術(shù)積累。早在1986年，中國電科38所就推出我國首款客戶定制集成電路，目前在集成電路領(lǐng)域，他們已耕耘了30余年。
“魂芯二號(hào)A”有哪些應(yīng)用前景？
——將廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信、圖像處理、醫(yī)療電子、工業(yè)機(jī)器人等高密集計(jì)算領(lǐng)域，為我國建立自主體系高端DSP產(chǎn)品譜系奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)
高性能芯片被譽(yù)為“工業(yè)糧草”，代表了一個(gè)國家信息技術(shù)水平。一直以來，我國在高性能DSP芯片方面始終依賴進(jìn)口，國內(nèi)的廠商只能進(jìn)口芯片生產(chǎn)整機(jī)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在中低端徘徊，尤其在國防安全、公共安全、重大經(jīng)濟(jì)安全等領(lǐng)域，“缺芯少魂”成為威脅我國國防安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“心病”。 “魂芯二號(hào)A”的推出，表明中國電科38所正在努力破解這種困境。
作為通用DSP處理器，“魂芯二號(hào)A”將廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗、通信、圖像處理、醫(yī)療電子、工業(yè)機(jī)器人等高密集計(jì)算領(lǐng)域。目前，正在多種重大裝備以及圖像處理領(lǐng)域中推廣使用。洪一介紹，“魂芯二號(hào)A”的推出，使得軟件無線電從理想走向現(xiàn)實(shí)，芯片功能逐漸取決于軟件算法的更新成為可能，為我國建立自主體系高端DSP產(chǎn)品譜系奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)摩爾定律，芯片每兩年更新一代。每隔兩年，芯片的性能提升一倍，價(jià)格、功耗減少一半。
“我們產(chǎn)品迭代會(huì)越來越快，但做到金字塔頂端時(shí)，靠一己之力很難突破，必須凝心聚力方能啃下‘硬骨頭’。 ”洪一說，他們的夢(mèng)想是打造自主處理架構(gòu)的軟件無線電處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)裝備硬件統(tǒng)一，功能取決于硬件上運(yùn)行的算法軟件，即硬件和軟件升級(jí)相互獨(dú)立，不斷完善自主DSP的生態(tài)環(huán)境，為軍民電子信息裝備的發(fā)展提供持續(xù)的基礎(chǔ)支撐。 “國外的封鎖，的確給中國敲響了警鐘。但對(duì)我們而言，首先要不斷優(yōu)化算法，提升產(chǎn)品性能，讓產(chǎn)品本身更具競爭力和生命力，只有這樣客戶才會(huì)選擇你。 ”洪一表示。
·短評(píng)·
核心技術(shù)要握在自己手里
創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。在當(dāng)前激烈的世界競爭中，核心技術(shù)花錢買不來，核心技術(shù)受制于人是最大的隱患。 “中興事件”的發(fā)生，讓“缺芯少魂”的問題，再次嚴(yán)峻地?cái)[在人們面前，也再次提醒我們，解決痛點(diǎn)必須靠自主創(chuàng)新。
中國電科38所最近發(fā)布完全自主研發(fā)的“魂芯二號(hào)A”高性能芯片，外觀雖然只比一元硬幣大一點(diǎn)，但運(yùn)算能力達(dá)到每秒千億次浮點(diǎn)運(yùn)算。這是我國科學(xué)家通過自主創(chuàng)新掌握核心科技的生動(dòng)實(shí)踐，既提振了中國人自主創(chuàng)新的信心，也充分證明只有把核心技術(shù)掌握在自己手中，才能真正掌握競爭和發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。暫時(shí)落后不等于永遠(yuǎn)落后。面對(duì)技術(shù)壁壘，不能盲目悲觀，也不必走極端之路。中國實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，既要堅(jiān)定不移地堅(jiān)持改革開放，又要用好國際國內(nèi)兩種科技資源，激發(fā)國人理性自強(qiáng)的心態(tài)與能力，通過自力更生掌握核心科技。（桂運(yùn)安）
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