▲圖為“魂芯二號A”樣品展示。(資料圖片)
◆圖為中國電科首席科學家洪一在峰會上介紹“魂芯二號A”。(資料圖片)
一枚僅比一元硬幣稍大一點的芯片,卻擁有每秒千億次浮點運算的強大功能……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所的科學家們做出了業(yè)界同類產(chǎn)品中單核性能最強的高性能數(shù)字信號芯片,實現(xiàn)中國“芯”、民族“魂”,讓各類裝備的“智慧大腦”如虎添翼。本報記者對中國電科首席科學家、“魂芯二號A”總設計師洪一進行了獨家專訪。
“未來,從技術角度來說,我們要構建一個全軟件化的處理平臺,首先努力把產(chǎn)品進行譜系化和系列化;其次要細化應用領域,讓‘魂芯’系列芯片更高效,更有競爭力,為人工智能計算、大數(shù)據(jù)計算等提供強有力的支撐。 ”4月24日上午,在中國電科38所的辦公室里,中國電科首席科學家、“魂芯二號A”總設計師洪一接受了本報記者的獨家專訪。
“魂芯二號A”意味著什么?
——“中國芯”每秒運算千億次,采用全自主體系架構,普適性更好,目前已具備量產(chǎn)能力,充分驗證了國產(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)字中國建設峰會上,隆重發(fā)布了實際運算性能市場同類產(chǎn)品最強的數(shù)字信號處理器——“魂芯二號A”。該芯片由38所完全自主設計,每秒能完成千億次浮點操作運算,單核性能超過當前國際市場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,更是受到社會各界的廣泛關注。
“中國人可以做出自己的芯片,‘魂芯一號’‘魂芯二號A’的陸續(xù)推出,充分驗證了國產(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)的首款實用型高性能浮點通用DSP(數(shù)字信號處理器)芯片——“魂芯一號”。 “魂芯一號”每秒能完成300億次浮點運算或80億次浮點乘法累加運算,可謂真正的中國“芯”、民族“魂”,其成功應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”的性能高于同期市場同類DSP芯片3倍至4倍,并成功應用在我國空警-500預警機雷達等多個國防科技裝備上,讓空警-500實現(xiàn)了“小平臺、大預警、高性能、新一代”的戰(zhàn)略目標,成為我國首款廣泛應用于國防科技裝備的高端自主數(shù)字信號處理器。
“與‘魂芯一號’相比,‘魂芯二號A’的性能和普適性更好,目前已具備量產(chǎn)能力?!焙橐煌嘎叮盎晷疽惶枴笔俏覈卓顝闹噶罴?、體系結構、開發(fā)環(huán)境均自主設計的DSP芯片,“魂芯二號A”同樣采用全自主體系架構,外觀只比一元硬幣稍大一點,但其運算性能是“魂芯一號”的4.8倍,而且接口更多更好用,具有相對良好的應用環(huán)境和調(diào)試手段。比如,“魂芯一號”當時采用的是單核處理器、68個運算部件、600多條指令、24Mb存儲容量,而“魂芯二號A”在這些方面已經(jīng)全面升級,單核變成了雙核,運算部件擴展到84個,指令增加到1400多條,存儲容量擴大到48Mb。
“魂芯二號A”到底好在哪?
——擁有當前國際市場上性能最好的DSP核,可靠性、綜合使用成本等全面超越進口同類產(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,是目前國際市場上通用的DSP產(chǎn)品。與國際市場同類產(chǎn)品相比,“魂芯二號A”同樣表現(xiàn)出色,并且實現(xiàn)性能的全面超越。
洪一介紹,“魂芯二號A”通過軟件單核實現(xiàn)1024浮點FFT (快速傅里葉變換)運算僅需1.6微秒,運算效能比德州儀器公司這一產(chǎn)品高3倍,實際性能為其1.7倍,器件數(shù)據(jù)吞吐率達每秒240Gb。在實際運算性能與德州儀器公司產(chǎn)品相當?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)字模擬信號變換器,‘魂芯二號A’可與高速模擬數(shù)字、數(shù)字模擬信號變換器直接互聯(lián),具備相關時序接口,可以實現(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A”擁有當前國際市場上性能最好的DSP核,實現(xiàn)了市場上同類產(chǎn)品性能指標的超越,榮獲國家技術發(fā)明專利、軟件著作權等科技成果30余項。 “‘魂芯二號A’不僅支持多種協(xié)議,而且支持片上網(wǎng)絡調(diào)試、遠程調(diào)試,為系統(tǒng)維護開發(fā)提供便捷和快速實現(xiàn)手段?!焙橐槐硎?,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”到推出“魂芯二號A”,中國電科38所的科學家們用了整整12年。 “這兩種芯片的研發(fā)均歷時6年,匯聚了眾多科研人員的心血和汗水?!焙橐惶寡?,芯片的成功推出得益于集團良好的容錯環(huán)境和豐厚的技術積累。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,目前在集成電路領域,他們已耕耘了30余年。
“魂芯二號A”有哪些應用前景?
——將廣泛運用于雷達、電子對抗、通信、圖像處理、醫(yī)療電子、工業(yè)機器人等高密集計算領域,為我國建立自主體系高端DSP產(chǎn)品譜系奠定堅實基礎
高性能芯片被譽為“工業(yè)糧草”,代表了一個國家信息技術水平。一直以來,我國在高性能DSP芯片方面始終依賴進口,國內(nèi)的廠商只能進口芯片生產(chǎn)整機,產(chǎn)業(yè)結構在中低端徘徊,尤其在國防安全、公共安全、重大經(jīng)濟安全等領域,“缺芯少魂”成為威脅我國國防安全和經(jīng)濟發(fā)展的“心病”。 “魂芯二號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A”將廣泛運用于雷達、電子對抗、通信、圖像處理、醫(yī)療電子、工業(yè)機器人等高密集計算領域。目前,正在多種重大裝備以及圖像處理領域中推廣使用。洪一介紹,“魂芯二號A”的推出,使得軟件無線電從理想走向現(xiàn)實,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)品譜系奠定堅實基礎。
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,價格、功耗減少一半。
“我們產(chǎn)品迭代會越來越快,但做到金字塔頂端時,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,他們的夢想是打造自主處理架構的軟件無線電處理平臺,實現(xiàn)裝備硬件統(tǒng)一,功能取決于硬件上運行的算法軟件,即硬件和軟件升級相互獨立,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)的基礎支撐。 “國外的封鎖,的確給中國敲響了警鐘。但對我們而言,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,只有這樣客戶才會選擇你。 ”洪一表示。
·短評·
核心技術要握在自己手里
創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力。在當前激烈的世界競爭中,核心技術花錢買不來,核心技術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,再次嚴峻地擺在人們面前,也再次提醒我們,解決痛點必須靠自主創(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A”高性能芯片,外觀雖然只比一元硬幣大一點,但運算能力達到每秒千億次浮點運算。這是我國科學家通過自主創(chuàng)新掌握核心科技的生動實踐,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掌握在自己手中,才能真正掌握競爭和發(fā)展的主動權。暫時落后不等于永遠落后。面對技術壁壘,不能盲目悲觀,也不必走極端之路。中國實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,既要堅定不移地堅持改革開放,又要用好國際國內(nèi)兩種科技資源,激發(fā)國人理性自強的心態(tài)與能力,通過自力更生掌握核心科技。(桂運安)
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