兆芯王惟林:破解“缺芯”之困 引领高端CPU新突破

发布日期:

2019-05-28 16:27:47

来源:

芯人物


【本期人物】 王惟林,科技重大专项课题研发负责人,高性能通用CPU技术团队负责人,上海兆芯集成电路有限公司(以下简称“兆芯”)总工程师,毕业于中国科学院微电子中心。

王惟林拥有多年CPU及芯片组研发设计和管理经验,作为科技重大专项课题研发负责人负责组建了高性能通用CPU和芯片组设计实现团队,主持CPU和芯片组微架构的总体设计和总体实现方案,设计流程和设计规范的制定,先后负责了多颗CPU及x86-SoC芯片的设计研发及量产。


兆芯王惟林:破解“缺芯”之困 引领高端CPU新突破


记者/艾檬   校对/范蓉


数字化时代的到来,芯片已成为极度关键的战略性产品,不仅影响国民经济发展,更与国家安全息息相关。当今,我国作为全球数一数二的网络大国,却仍然饱受“缺芯”之痛,而国内最缺的“芯”无疑是高端通用处理器、存储器、FPGA、射频芯片等“主角”。


所幸的是,国内的IC人也在奋力追赶。前不久问世的、被业内评为“可与英特尔第7代i5比肩”的x86架构处理器KX-6000系列,其“幕后英雄”正是国内高性能通用处理器企业上海兆芯的CTO王惟林带领的500多人团队集结开发、历经无数个日夜的成果。这一切,要从他20年前的一个决定开始。


转身


时光回溯到2000年,从中科院微电子中心毕业不久,王惟林选择进入威盛电子。


当时的威盛可谓IC业界的翘楚,1999年通过收购Cyrix成为第三大x86处理器厂商,2000年收购S3图形部门成为第三大显示芯片厂商,是第一家同时拥有CPU、GPU和芯片组的厂商,是台湾的股王,风光可谓一时无俩。


但第一次面试就给了王惟林一记“闷棍”。王惟林还记忆犹新地说,当时威盛公司研发副总面试,但很多问题涉及的设计理念和方法都没有听说过,只能勉强回答,但由于基础还算扎实,被认为面试表现不错的王惟林作为种子选手进入威盛。


同期,威盛也在着力打造研发队伍,当时安排王惟林等有潜力的新晋员工到海外学习了半年,由研发副总和工程副总亲自培训,掌握先进设计技术和设计方法流程,回来之后,王惟林从PCIe模块设计起步,开启了芯片组等主力芯片的开发历程。


而威盛内部研发团队也在“PK”。王惟林说,当时的机制是哪个团队研发周期短、流片快,项目就由这一团队接盘。大陆研发团队士气如虹,一般IC设计周期需10个月,大陆团队只用了6个月,成功胜出。并且,市场也给予积极反馈,芯片月销量达200万片。


一战成名之后,王惟林也成为研发主力,而威盛的主要研发中心也由我国台湾转移到大陆。


看起来,一切都顺风顺水,但前行的道路总是崎岖不平,最大的考验已然来临。


煎熬


在一代代芯片的迭代历练中,王惟林及其团队也不断成长,而当时光转到2010年时,一个新的考验横亘在王惟林面前。


当时威盛把x86技术带到了大陆,需要王惟林领导的团队来“闯关”,没想到这一闯就闯了两年。


王惟林至今仍历历在目:当时手上还有其他项目,但至少一半时间在琢磨CPU设计。他自言说“成员们经常关在小黑屋里”看源代码到深夜,还要经常组织讨论答疑解惑。因为一个CPU内核就有220个模块,而有180个模块拿手工画的,是定制化设计,他形容说真的让人十分“抓狂”。当时团队的许多工程师因为周期长、设计复杂,同时觉得看着高大上但不能做产品,缺乏实际意义,陆陆续续地离开了不少。


但王惟林仍在矢志不渝地坚守,也实打实地淬炼了2年才“通关”。“从原理、架构、代码、设计方法和流程,一整套体系全吃透才行。我们边看边改进,不停试错,2年多来终于摸清楚了来龙去脉。认识到如何对微架构改进,提高IPC和频率等,同时也看到采用全定制化时间太长,而采用工具进行半定制化能将时间缩短一半,面积和功耗缩小一半。”王惟林表示。


而此时新的变局来临。由于时代及产业发展的需求,威盛最终于2013年与上海市国资委旗下联和投资合资成立了上海兆芯集成电路有限公司,其中上海联和投资出资2亿美元占股80%,威盛电子占股20%,王惟林团队的人马被全部转入了兆芯。


命运的车轮带着王惟林驶入了兆芯的轨道,而首要的是需要攻下x86 CPU内核这一“堡垒”。


跨越


这是必须要攻克的“山头”,因为现实十分“紧迫”。


经过数十年之功,英特尔借助Wintel联盟已在桌面处理器领域占据了绝对霸主地位,虽然AMD、英伟达甚至ARM阵营想发起冲锋,但撼山易撼英特尔实难。而且,英特尔虽在移动芯片领域屡次败下阵来,但其x86架构已延伸至通信和服务器领域并横扫天下。而在国内向高端通用处理器进军的兆芯、龙芯、飞腾等舰队中,由于架构不同,生态各异,表现出众的兆芯亦承担破局的重任。


毕竟,王惟林对兆芯有更高的期许:在满足高端通用桌面处理器的需求后,将向笔记本、服务器、嵌入式计算平台等市场多元化扩展。


而如果不在桌面处理器技术实现突破和作为,从而以点带面向服务器等高阶领域进军,那所谓的信息安全只能是“空中楼阁”。作为追赶者,没有捷径,唯有咬紧牙关打攻坚战。


“虽然兆芯从威盛团队承接了大量x86技术资源和x86专利交叉授权,但是我们拿到的原始代码与主流水平差距太大,每一代优化改进难度相关于重新设计一个新芯片,只能是小步快跑,积硅步以至千里。”王惟林感慨地说。


而之前CPU内核“攻关”的积累,只是一个开始,只表示有“纸上谈兵”的能力。王惟林坦言,在看懂之后进行可行化改进还面临重重关卡,一方面做原有架构如多核流水线、内存读取、多核互连方面等改进,另一方面要改进流程设计方法,评估性能功耗,包括SoC验证环境等均需重新搭建。


小步快跑的背后亦掩藏着无数的艰辛:“通用处理器这一规模的芯片开发需要大集团作战,我们团队四五百人左右,倾力研发了三四年时间,也只能维持CPU这样规模一个半项目的开发。”王惟林提到,“上一代CPU将近20亿晶体管,从微架构定义到流片,从数字、模拟IP设计集成到测试,从性能、功耗到兼容性、稳定性,可谓亦步亦趋、诚惶诚恐,每一节点都不能出差错,投入的人力、时间、资金难以想象,经过无数次反复审验,才敢最终量产。”


虽然难上加难,但快跑的结果也很显著:2012年国内CPU水平只是当时英特尔产品的7%,而兆芯推出C系列芯片之后则提升至50%(数据源自《科技日报》),最新推出的KX-6000处理器完整集成CPU、GPU、芯片组,具有八个CPU核心、主频最高3.0GHz、支持双通道DDR4-3200、最大容量可达64GB,不仅刷新了国产高性能通用处理器的里程碑,性能上更是可与英特尔主流产品媲美。


而这一小步,却实现了国产高性能通用桌面处理器从能用、可用到好用的一大步。


突围


虽然CPU的研发迭代一直在稳步推进,王惟林头上的“紧箍咒”却一直悬着。


因为设计一个CPU实打实地作战还可以完胜,但技术上的突破只是第一步,构筑商业或生态系统才是终极挑战。


幸而x86架构相对有一定的生态基础,可以不必从零开始搭建自己的生态,有利于兆芯CPU的推广,王惟林也认为兆芯是站在了巨人的肩膀上。


但他也直言,x86生态虽相对完善,但仍会遇到诸多问题,要与生态伙伴一起解决。比如x86在操作系统如Windows上适配较好,但国内OS大都基于Linux,对x86 CPU虽然比其它的指令友好多了,但仍有很多适配的工作要花功夫、要做实,包括固件、软件、应用、系统集成等环节,需要与合作伙伴一起扩大和完善产业生态。


可喜的是,兆芯经过几年的“征战”,目前已与多家知名整机厂商合作,包括联想、清华同方等系列台式机厂商;昂达、技讯、联想开天、上海仪电智通秉时等一体电脑厂商,以及中科曙光、火星高科、众新等服务器公司。采用兆芯通用CPU的多品牌台式电脑、笔记本均已量产并完全达到成熟产品标准,且兼容性出色。


一组对比数字成为兆芯CPU表现的最佳注解:2018年营收比2017年涨了3倍,预计2019年与去年相比营收将增长4倍。


但反观现实,仍让王惟林唏嘘。他提到,在高端通用处理器领域,国外厂商拥有多年积累的技术、资本、生态等方面优势,国内起步晚,技术积累有限,困难和挑战依然重重,但国内一定要倾力发展自己的高性能通用处理器,因为这才是真正保证信息安全和产业链安全的基石。


而在信息安全已上升到产业安全、供应链安全的时刻,留给国内高端处理器企业的考验仍将持续。而正如古语所言:天下有大勇者,卒然临之而不惊,无故加之而不怒。此其所挟持者甚大,而其志甚远也。在王惟林引领下的兆芯,又会带给我们哪些新的“吉兆”呢?