中国发展芯片产业，怎样才能“轻装上阵”？
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2021-01-08 08:11
2020年，中国芯片进口预计将连续第三年保持在3000亿美元以上。这是中国半导体行业协会副理事长魏少军在南京举行的世界半导体大会上对外透露的惊人数字。中国在针对芯片产业发展上前前后后出台了一系列引导性政策，回望2020年，引发业内比较多讨论的包括这两条：2020年8月，国务院发布《国务院关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策的通知》(国发〔2020〕8号)，优化集成电路产业和软件产业发展环境，深化产业国际合作，提升产业创新能力和发展质量。
2020年12月，财政部、税务总局、发改委、工信部等四部门发布促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告。国家鼓励的集成电路线宽小于130纳米的集成电路生产企业，最高免税10年。可见，中国发展芯片产业的决心和政策力度都非常大。然而，令人揪心的问题是：当前，中国芯片产业想要实现弯道超车，还缺什么呢？
近年来，随着新基建的深入发展，包括5G、物联网、AI等相关领域的创新芯片层出不穷，新兴技术爆发式的发展迫使芯片的创新进入到一个全新的阶段，同时对芯片需求带来了前所未有的历史新机遇。芯片工艺要求越来越高，制程工艺从40nm、32nm、28nm、22nm、16nm、14nm、10nm逐渐迈向7nm、5nm……甚至向更小尺寸的发展。与此同时，随着芯片企业的设计规模也越做越大，在芯片设计过程中，对IT的资源需求如算力、存储等呈指数极的发展，中国集成电路产业对IT、数字化的整体需求十分迫切。对于超过2200家的中国芯片设计企业来说，更重要的事情还是轻装上阵、提升效率、加速前行。紫光云公司CTO办公室主任邓世友分析指出，芯片行业发展的大趋势，加上新兴技术促使中国芯片设计企业的分工越来越细，另外物联网、AI等不同场景带来芯片需求的多样化与碎片化，芯片设计企业迫切需要提升芯片设计效率，缩短产品开发时间，加速产品上市，以期赢得更多的市场机会。归根结底，中国芯片设计行业的发展，需要进一步实现“降本增效”。进一步分析来看，中国芯片设计企业数字化进程的诉求集中在IT弹性与芯片设计开发环境两个主要的方面。芯片设计企业从最初的芯片设计到最后的流片，其间需要大量的算力来做设计仿真和功能验证，这个阶段完成后，大部分算力便会闲置下来。假如芯片设计企业依然按照传统方式自行搭建算力资源需要的基础环境，那么在计算资源的性价比，以及设备的利用率上必然不高。其二，缺乏构建和维护IC设计环境的专业CAD团队。中国半导体行业协会公布显示，截至2019年底，中国有1780家芯片设计企业，其中88.5%的芯片设计企业员工人数不足100人。虽然2020年中国芯片设计企业数量有所增加，超过了2200多家，但是其中员工人数不足100人规模的芯片设计企业占比还是达到了88%左右。在这几年中，中国芯片设计行业诞生了许多规模不大的初创企业，他们的特长是在芯片设计创新，必然没有更多的精力、能力来构建和维护芯片设计所需要的基础环境，包括专业CAD环境、IT交付与运维团队等。可见，在芯片设计开发的环境方面，八成以上的中国芯片设计企业，因发展规模原因缺乏构建和维护芯片设计环境的专业性技术团队。对于这些中国的芯片设计企业而言，他们亟需轻装上阵，才能更顺利地发展、更好地拥抱未来。全球云观察分析认为，事实上，对于排在中国芯片产业前面的头部企业也好，还是广布在全国各地的中小芯片设计企业也好，来自芯片行业的创新与竞争压力，迫使大家不得不想尽办法来提升芯片设计的效率。从2016年开始，全球TOP10的芯片设计公司都迈向了云，但并非采用单纯的公有云，而是专门针对芯片设计所需的芯片设计云。相对而言，在芯片设计上云方面，中国起步稍微晚了一些。到了2018年，如紫光云公司等才开启行业需求调研，2019年逐步开始针对芯片设计上云进行相关PoC测试。由此而言，中国迫切需要立足芯片设计云，为芯片设计企业构建更丰富、更强大、更实用的云平台底座，让芯片设计企业可以轻装上阵，具备更充足的发展后劲。众所周知，芯片设计本不简单，相对而言很复杂，芯片设计上云，因其行业的特殊性必然有别于政企业务上云。要在IT资源、CAD环境构建、EDA工具投入方面获得一个更好的云端解决之道，需要真正明白芯片设计企业的真正刚需。相对于芯片制造商、封测商、销售商、方案商和终端应用厂商来说，芯片设计企业更注重于安全与性能。为什么呢？紫光云公司芯片云首席架构师蒋建柏分析指出，作为一个芯片设计企业，数据决定着企业的核心竞争力。芯片设计上云，数据安全控制首当其冲。刚需之一：高安全。芯片设计企业的核心知识产权就是芯片设计本身，以及相关的代码、电路图、版图等，因而对于数据安全的保密性要求必然非常高。在这个方面，紫光云从芯片设计企业的实际环境出发，拥有成体系的安全技术整体方案。不仅实现了完整的物理隔离，核心安全设备管理权交给用户，专机专用。而且兼备网络层隔离，针对数据中心网络，构建了东西向、南北向的网络防火墙，实现了数据中心内网之间、数据中心内网与外网之间的网络高安全。与此同时，还通过数据多次加密实现安全存储，对数据接入与流转进行安全控制与审批，做到充分安全保障。此外，在合规性方面，紫光云在上海的资源池按照最新等保2.0标准通过了三级评审，满足金融级安全要求，让芯片设计企业放心上云。刚需之二：高性能。芯片设计上云，对IT资源、云基础设施资源的性能要求很高，包括了计算性能、存储性能、网络性能，以及加密性能。紫光云为了满足芯片设业务场景在设计开发、仿真验证、系统测试、流片(Tape-out)上的应用需求，对CPU、内存、硬盘等底层设备配置的性能为一般企业业务上云的两倍以上，同时还专门针对芯片设计仿真过程中对存储性能的要求，进行了多个专项优化，以充分满足性能的需要。超高的性能满足，带来了用算力换时间的效果。刚需之三：高弹性。云计算架构本身具备天然的弹性，芯片设计企业可以根据自身芯片设计项目的需求与节奏，在算力、存储、网络等资源方面按需购买，进行快速的无缝扩展，按需部署正好符合自己需要的资源。并且在对算力需求降低时，可以同时减少云资源的消费。刚需之四：混合部署。紫光云从硬件、软件、云管、运维、服务等方面都实现了统一交付，构建了私有云与公有云的统一平台，为芯片企业提供同构混合云交付模式的整体方案，满足芯片企业本地自建与公有云弹性部署的业务需求。2020年4月紫光集团成立紫光云与智能事业群，以“紫光云”品牌面向市场，在技术、品牌、市场与服务层面全面统一，紫光芯片设计云为芯片设计企业提供混合云部署的全栈方案，在高安全、高性能的基础上，实现私有云恒定算力需求的构建，兼顾公有云的弹性算力补充。紫光芯片设计云是一个体系完善、开箱即用的云上芯片设计平台，可帮助芯片企业构建云上EDA设计环境、项目和数据管理环境，提供专业的平台服务。刚需之五：降本增效势在必行。尤其针对中小芯片设计企业在有限的投入下，可以通过紫光芯片设计云获得在芯片设计上比较理想的弹性算力，构建CAD环境镜像，以及采用常见的EDA工具包括国产EDA工具软件。轻松上阵，专心自身的芯片设计业务，非常有助于中小芯片设计企业降低既有成本，实现整体效率的提升。虽然芯片设计企业上云尤其强调数据高安全，但是对于芯片设计云的供应商而言，高安全并不代表封闭，反而更需要推崇开放的无界生态。毕竟没有任何一个云厂商可以包揽用户所有的需求，生态制胜就显得尤为重要。一方面，针对自生态发展上，紫光云依托紫光旗下多家芯片公司、以及紫光云与智能事业群，将强大的自生态优势发挥了出来。紫光集团将旗下芯片企业内部成熟、标准的芯片设计环境，建立起标准模板、标准产品，然后对外推广给芯片设计企业来快速使用，快速构建芯片设计环境，实现降本增效。紫光集团“从芯到云”的整体战略布局与最佳实践，给中国芯片产业发展带来了很好的经验。紫光旗下某7nm5G SoC芯片，目前已经完成了云端的设计仿真验证，基于紫光云平台，形成了目前国内最大规模的芯片设计仿真上云的最佳实践。针对该7nm 5G SoC的仿真与验证，紫光云派驻了专门技术团队给予支持，采用1.5TB的大内存，后续5nm项目还将采用3TB大内存。同时在存储性能方面，针对芯片设计阶段特性做了如小文件并发写等优化。该项目正好在紫光云上海骨干节点所在地进行，因而可以通过光纤直连用户设计内网，在保证安全的同时，也实现了大带宽和低时延，让芯片设计工程师无感知，体验更好。紫光芯片设计云带来了该项目显著的降本增效。在降本方面，从最开始做预算时，算力需求为1500台高性能裸金属服务器，经过云端资源性能优化，实际只使用了992台，节省资源33%。而且IT部门人力投入从30人月降低到18人月，整体资源运维人力投入降低了40%。在增效方面，从项目招标、采购到部署上线，自建模式需要3个月时间，而云上交付仅需5天。最关键是项目仿真验证时间从3个半月缩短到2个半月，效率提升了28%。此外，更为重要的是：该项目芯片设计上云后，资源供给率实现了100%，如CPU、内存、存储的使用率达到90%以上。就全球公有云的发展规律来看，在这个领域发展比较早的头部云厂商如亚马逊云AWS等，纷纷从自生态的发展应用中，挖掘出来了诸多创新的云产品和服务。从自我最佳实践出发，寻求公有云技术、产品与服务的创新，这样的发展思路符合公有云整体发展规律。紫光集团内部实践输出，形成了紫光芯片设计云的最佳实践效果。这对于中小芯片设计企业而言，远远好过企业自建方式，不仅能显著提升芯片研发设计仿真效率，同时获得数据安全的整体保障，让团队更多精力投入到芯片设计环节，可以更好地加速自身发展与创新。与此同时，基于紫光芯片设计云的这个大平台，紫光云也在积极增强自身PaaS层的优势。在2020年已经开发了4个基础模块，包括软件许可授权管理模块、集群调度模块、CAD环境管理服务模块、EDA业务监控模块。通过实际项目和案例不断进行打磨，更加丰富一些功能和特性，形成专门面向芯片设计场景的独有工具或模块，带给中国的芯片设计企业更多灵活的选择与价值。另一方面，针对外生态的发展，紫光云尤其重视。紫光芯片设计云的发展，除了强大的紫光云提供成熟完善的基础设施与云平台，同时更需要来自芯片设计软件领域的厂商共同参与，丰富应用生态，提升芯片设计企业的芯片云落地与应用价值，加强中国芯片设计企业可持续发展的整体能力。诚然，芯片设计上云或者说EDA上云，在国外起步比较早，相对比较成熟，2017年左右如亚马逊云AWS、微软等相继推出了芯片设计上云的相应方案。作为中国芯片设计上云的最佳实践者，紫光芯片设计云如何成为这个领域的领航者，实现后来者居上？紫光芯片设计云在生态发展之路上开创性地采取了生态+运营的综合模式。不仅联合EDA、CAD、各种IP等生态合作伙伴，而且同时构建适合芯片设计企业需要的PaaS、SaaS，并且还与芯片制造商、封测商、销售商、方案商和终端应用厂商联动。加上紫光集团本身拥有完整的芯片产业链布局经验，整体生态携手同行，实行开放合作的共赢、共享、共发展的生态策略。“我们要做的不是一锤子买卖，推广紫光芯片设计云并不是单纯卖云服务产品，而是通过运营和服务，我们希望给芯片设计企业从研发到商业化带来更多实际价值，成为芯片企业数字化转型长期的合伙人。”紫光云公司CTO办公室主任邓世友强调，紫光芯片设计云更专注于生态运营的价值，发展开放无界生态伙伴，进一步丰富芯片设计云的内涵。通过本地化运营团队的跟进，助力中国的芯片设计企业真正实现芯片设计业务全线上云，“上好云”的同时更要“用好云”，带来更好的产业价值。 比如2020年10月，紫光芯片设计产业互联网平台正式揭牌落户上海马桥人工智能创新试验区，成为上海唯一服务于集成电路产业的公共算力创新平台。紫光芯片设计产业互联网平台基于紫光芯片设计云，以云+AI为核心，聚集产业生态，面向芯片设计的全场景，赋能本地中小芯片设计企业，实现降本增效。在生态运营方面，上海有紫光云驻地运营团队，聚焦用户运营、产品运营、生态运营、数据运营、市场拓展等多个方面。为此，紫光芯片设计产业互联网平台与生态合作伙伴也正在做相关的技术兼容性适配测试，目前整体进展还是非常快。在EDA方面，已经与上海本地的概伦电子、国微思尔芯等国内EDA工具厂商与仿真验证工具厂商完成了相应的认证与技术兼容性测试工作。在高性能计算方面，与混合云高性能计算方案提供商上海速石科技展开合作，深入EDA芯片设计、CAE虚拟仿真等高算力场景。在芯片设计服务方面，与摩尔精英携手，聚焦一站式的芯片设计、流片封测、人才服务、企业孵化等专业服务。从针对芯片设计企业的算力平台、CAD公共服务平台的构建，到CAD、EDA上云，更多IP上云，芯片设计云生态构建过程并不简单，比如在IP方面需联合国际大厂IP库，国产IP库，以及高校研究院所IP库，未来甚至还要推进IP上云。最终助推中国芯片产业形成一个“产能共享、跨界融合”的大平台。事实上，云+生态+运营的模式，也将成为芯片设计企业在“算力共享、产能共享和渠道共享”方面的最佳途径。由此而言，基于紫光集团内部充分验证，形成了芯片设计上云最佳实践，通过云端大算力换时间，能够有效助力芯片设计企业降本增效，提升芯片研发设计仿真效率。同时全方位保证数据安全，最大程度提升芯片企业效率，让芯片设计企业能真正在设计上发力 ，聚焦设计创新。“术业有专攻”，让专业的企业做专业的事情，这也是紫光云聚焦芯片设计云，弥补中国芯片产业发展短板的初衷。由此，也形成了紫光芯片设计云在高安全、高性能、混合云部署、最佳实践、生态运营方面独具特色的五大优势。紫光芯片设计云在助力中国芯片产业发展的同时，也开启了云厂商差异化竞争的新模式。紫光芯片设计云成为紫光云助力行业数字化转型的又一大突破。也将进一步扩展紫光云在芯片行业中的覆盖，成为紫光云赢得未来竞争的重要优势。公有云厂商之间的竞争，从当初的公有云产品与服务的单纯竞争，已经进入到了综合实力的较量阶段。就紫光云而言，在芯片设计云领域首先构建成功的最佳实践，抢先赢得行业的聚焦点，这不仅有助于紫光云提升自身的竞争力，更有利于在芯片设计云领域，构建一套可迅速落地的先进方案，推动芯片设计企业数字化成功，重塑芯片设计产业。全球云观察分析指出，紫光云成功实现中国芯片设计上云的最佳实践，带来了三个方面的现实意义。一是，中国的芯片产业发展，需要芯片云来助力，让芯片设计企业轻装上阵发展更快。芯片设计云补齐了中国芯片产业发展的一个新短板，聚集产业链整体优势，来自中国原创的紫光芯片设计云将成为推动芯片设计企业全新发展的新动力，也将有助力中国芯片设计企业的未来成功，有助于促进中国芯片产业的发展加速。二是，中国公有云行业的发展，需要深入百行百业，做深做透芯片产业的数字化转型，芯片设计云为公有云厂商带来了更多的发展可能，未来也将会有更多的公有云厂商和紫光云一道，深度参与进来。三是，当前走向全面竞争的云时代，在紫光云构建自身综合实力的过程中，进一步彰显芯片设计云的产业价值，突出差异化的竞争优势，有助于夯实紫光云整体能力。顺应中国芯片产业发展的大势，抢先获得芯片设计云的发展契机，紫光芯片设计云必然可以赢得更加美好的未来。因此，推动中国芯片产业的飞速发展，想要实现弯道超车，必然少不了助力更多芯片设计企业效率提速的芯片设计云。重塑中国芯片产业，让云成为“芯”力量！
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