2019世界半导体大会|清华大学魏少军:芯片创新要敢于突破常规
[钉科技现场]“如果你控制了石油,你就控制了所有的国家;如果你控制了粮食,你就控制了所有的人;如果你控制了货币,你就控制了整个世界。”这样的观点,表达虽然简单,却展现了曾经影响世界格局的重要因素;“资源”以及“金融”。当然,科技也是很重要的因素,但它的力量独立凸显出来,相对于“资源”以及“金融”,看上去只是“不久前”的事情。根据《经济学人》给出的数据,2018年全球市场价值最高的10大公司中,高科
2019-05-19 18:59:46
来源:钉科技  
作者:建辉

[钉科技现场] “如果你控制了石油,你就控制了所有的国家;如果你控制了粮食,你就控制了所有的人;如果你控制了货币,你就控制了整个世界。”这样的观点,表达虽然简单,却展现了曾经影响世界格局的重要因素;“资源”以及“金融”。当然,科技也是很重要的因素,但它的力量独立凸显出来,相对于“资源”以及“金融”,看上去只是“不久前”的事情。

根据《经济学人》给出的数据,2018年全球市场价值最高的10大公司中,高科技公司占到了7家,而在这之前的近十年,这个数字是“2”。科技逐渐取代能源的龙头地位,成为全球经济发展的最强引擎,驱动全球进入“数字经济”时代。“数字经济”兴起背后,半导体产业,则可以看做是“引擎的引擎”。

半导体产业,已经高度全球化的产业,要求全球配置资源,开放合作、互利共盈,是普遍共识,也是必然选择。当前,半导体产业进入重大调整期,促进新阶段的发展仍需要全球的共同努力。2019世界半导体大会适逢其时。

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2019年5月17日至5月19日,2019世界半导体大会在南京举行。本次大会由中国半导体行业协会、中国电子信息产业发展研究院、江苏省工业和信息化厅、南京市江北新区管理委员会等单位联合主办。南京市江北新区正在全力打造“芯片之城”,世界半导体大会则致力于共商合作,献计献策,促进半导体产业未来发展。在为期3天的大会过程中,首日的高峰论坛和创新峰会上,对半导体产业的未来展开了热议。

17日下午的创新峰会上,清华大学微电子研究所所长、中国半导体行业协会副理事长魏少军分享了对芯片产品创新的理解,认为芯片产品创新要打破常规,这恰恰是一些企业缺乏的,如果能够有所改变,或许会实现更好的发展。

分享的具体内容如下:

“我觉得半导体产品靠情绪化是解决不了问题,还是最终得靠创新。但是我们看一看,其实讲到创新的时候,我们很容易把一些概念堆积起来,比如说我们研发,比如说我们把不同供应链的各个环节分割开来。我们看到我们的老祖宗在1776年亚当斯密对生产力社会发展属性做过一个精确的描述,一个国家的产业和劳动生产力如果极高,那么各种行业的分工通常也都达到极高的程度。分工,不是人类智慧预见到它带来普遍繁荣而主动选择的结果。

分工的原因是交换,所以分工的范围必然受老交换范围的制约,也就是市场范围的制约。

我们看到一个全球化,这全球化不是固定的,而是随着生产力的发展,随着社会的变化而不断变化。我们看到经过几十年的发展,中国经济成为世界第二大国之后,它所承载原来分工的义务也在发生着变化,因此分工的变化必然带来整个社会,乃至全球的产业大分工的一种调整。因为这种调整,也就势必会引起不适应,这个不适应带来的影响是非常巨大的。

我们谈到了研发,其实研发是社会分工的重要组成部分。在我们企业当中,也经常在讲研发。如果在企业当中讲研发,我觉得还比较容易理解。但是我们经常会把研发和我们的创新两者混合起来,特别是把研究开发的主要内容——创新等同起来,我要讲这个不是学术上的概念,而是真正意义上我们从老祖宗看这两者是不一样的。我们说研发的主要内容,实际上是创造,是发明,不是创新。我们看到人类历史上其实有很多的发明,有很多的创造,从1876年的电话到1972年的微处理器,1990年的互联网,所有的这些发明创造都为人类社会带来巨大的成果。但是我们说当一件事情有了发明还不能说是创新,创新是一个经济学的概念。早在一百多年前,经济学的老祖宗之一,熊彼特就在他的经济发展理论中讲过,他说我们必须把创新和发明区分开来,只有发明得到应用,并且在经济上起到作用,才称之为创新,因此创新不是一个技术概念,而是一个经济概念。很遗憾,我们现在把这两者混在一起,所以我们看到很多非经济的实体也大讲创新。当然我不反对用“创新”这个词,但是“创新”这个词是经济属性,不赚钱的东西不叫创新,只有赚了钱才叫创新。这个概念我一直在强调,我们如果不把“创新”和“经济”联合起来,大概我们就不太会创造价值,我们就会比较多地聚焦在发明创造上,而那个东西有必要,它是创新的前提,但是我们如果只停留在创造和发明上,我们是不会有经济上的回报。因此我们觉得对于创新和发明,我们必须要有清醒的认识。

其实我们在研发的时候,有一些相应的要素,讲起来可能都是理论上的东西,其实正确的看法,就是在正确的时间,正确的地点,使用正确的方法,由正确的人做正确的事情。所以“正确”两个字很重要,而最终我们说要产出正确的结果。如果我们不能够在正确的时间,正确的地点,使用正确的方法,用正确的人做正确的事情并产生正确的结果,有可能我们超前两步是先烈,超前一步是先驱,所以这个过程不能急,有的时候还要非常冷静地看待这个社会的发展。

我们经常讲“五个W”和“一个H”,“做什么、为什么要做、怎么做、谁来做、什么时间开始做和在哪儿做”,看起来非常简单,我们把这“五个W”和“一个H”如果真正领会的话,就会发现非常的不简单,并不容易做。

当然我们更多讲技术上的创新和发明,其实在很多时候,还有生产要素的重组。生产要素的重组会带来非常有意思的结果,我给大家看一张胶片,这是2011年8月15日,当时Google和摩托罗拉移动公司宣布,Google以每股40美元的现金收购摩托罗拉公司,总额125亿美元。这个事件对我来说印象非常深刻,因为当时互联网有一个段子,这个段子说“在Google和摩托罗拉的婚礼上,HTC哭得泪流满面:原来为他生那么孩子没有用,Google爱的是他自己;三星默默地看着HTC,想起那个叫苹果的男人,他了解这种爱恨交加的感觉;微软不敢看诺基亚的眼睛:再给我一点时间,我还没有准备好……”

如何能够整合生产要素也是一种创新,这个创新是更为广泛的,但是它一定离不开经济的概念。

创新永远不会太晚,我们知道苹果公司,Iphone是诞生于2007年,当前全球移动通信终端的产量超过10亿部,移动通信用户超过33亿,诺基亚公司如日中天,诺基亚市场的市场占有率超过40%。

同样,2008年9月,Google发布了第一版安卓操作系统,这一年全球移动通信终端的销量是12.8亿部,移动通信用户接近40亿,诺基亚公司如日中天,Symbian操作系统的市场占有率超过52%,但是我们今天看不到Symbian。我觉得还是要看我们是不是真的有这种能力,有这种决心。

创新的要素是什么呢?我觉得还是简单一点,敢想、坚持、敢为、勇气。我觉得敢为人先、敢于打破常规、坚韧不拔、绝不轻言放弃,敢于尝试,不拘泥于现实;不怕失败,摔倒再站起来。

我今天看到集成电路有太多的人为因素在影响着我们的现实,我们大量企业领导人不敢突破现实,我们要追求最好、精益求精、整合资源、勇于否定,你才能真正创新。

当然对于芯片来说我们还要回到技术本原,我们说技术不是万能的,但是没有自己的核心技术是万万不能的。

下面我举几个例子,这都是我个人亲身经历的过程,跟大家分享一下,不一定全有用,但是也许对大家有一些启示。

第一个是IC电话卡芯片,二十多年前,大街小巷都布满了IC电话卡的电话机,很多人没有移动手机,拿一张IC卡到街边找到电话机插进去打一个电话。我们很多建筑工地民工排队用IC电话卡打电话。我们国家每年进口的IC卡的芯片数亿只,每只几块钱人民币,贵的时候到1美元。我们可以看到,市场够大吧?我们花几亿美元去进口IC电话卡芯片。信产部后来下了一个任务,国外已经发现了假卡,我们必须要解决这个问题,怎么解决呢?我们国内当时没有相应的工厂。我们要用这样的东西跟人家拼,人家当时用了一点几个亿,我们能不能拼过人家?而且我们还没有比较好的工艺技术。而国际上用的是NMOS,芯片又小,我们不能竞争过人家呢?我们且不要讲别的,我们就看看我们的EEprom工艺,我们的可靠性之差,我们知道这个数据要保存十年,插取10万次,这个是很低的,但是我们国家没有一个工厂可以做到。我们后来跟工厂去谈,我们说换一个思路,用CMOS替换NMOS,因为那个要降低功耗,一根电话线不仅要通话,还要供电。我们用反逻辑的方法提高安全性,我们用这样的方法把芯片做出来了。

后来信产部组织了部级的鉴定,媒体做了广泛的介绍。当时大唐微电子销售了3亿多只,从开始的几块钱最后变成几毛钱,累计收获了3亿多人民币,而且获得国家科技进步奖。这是我们国家半导体产品当中第一个销量过亿的产品,我们彻底解决了我们国家当时对IC电话卡上的对外依赖。

第二个例子,我们知道手机起来了,我们用到了SIM芯片,当时每张卡的进口价格10美元。注意,那时候1美元相当于8块多人民币,所以一张SIM卡进来的时候是80多人民币,我们每年要花几十亿去购买。我们能不能把这个事情解决?我们就自己研究一下,发现这个东西好像看起来不太复杂,一个8bit微处理器,ISO7816接口,等等等等,好像很简单,其实不是这样。大家知道现在的SIM很小很小,可是当时我们的工艺要想实现8K的ROM,也做不下去。怎么办?当时我们也没有这样的工艺,后来我们找到华为的老总,华为的老总说我只有Flash,当时全世界没有一个用Flash做SIM,安全性太差,怎么办?后来我们想一想没有办法,还得用其他的方式解决,我们大胆狄用Flash替代EEPROM,用Flash替代ROM,实现读写迁移,后来加上软件控制,后来发现这样非常好,能够通过不同的应用,就把成本降下来了,我们按照这样的方式推出叫闪存的架构,后来我们进行开放,开放以后国内的企业开始大批量生产。

我还记得很清楚,当时在中国移动买人家81块钱人民币的时候,我们第一批产品卖了27块钱,三分之一的价格。大家可以看到华虹宏力截止到2018年年底,他们一共生产了闪存型智能卡芯片8英寸晶圆156万片,产值约38亿元,全球市占率34%。紫光从芯、华大电子和大唐微电子等三家企业累计产销闪存型智能卡芯片167亿颗,销售收入约109亿元。我们没有太好的技术,但是敢于去想,敢于去试,我们把问题解决了。

第三个例子,我们知道工艺进步了,带来一个副作用,就是东西越来越贵。尤其到了40纳米、20纳米以后,我们说这个变得非常非常昂贵,昂贵不在于生产,而是在于前期的开发。如果ORE很大的情况下,没有办法分摊这些成本的时候,压力大的不得了。开始我们觉得这个可能会高达上亿美元,现在差异不太大,有几千万美元,如果卖100万只,对不起,每只就要摊几十美元,如果能卖千万只当然好一点,如果卖一亿只,这个就忽略不计。如何让一个芯片使用范围越来越宽越好,让它能够把研发成本分摊掉,就成为一个重大的问题。

好了,专业的ACT就碰到这样一个问题,怎么办呢?我们要找到一个新的架构,这个新的架构是什么呢?我们也不知道,就要做一个分析,我们看看画了两个轴,分别对软件和硬件的可编程性做了一个分析,结果发现处理器等等这些东西放在第二象限,第一象限我们发现没有东西,这个可能就是一个重要的突破点。十年前,我跟施老师,我们一起说能不能找一个方案,在第一象限中做点儿工作?后来我们给这个象限当中给了一个名字,叫可重构计算或者叫软件定义芯片。今天上午罗总也讲了怎么能够通过一个软件来定义一个芯片,当然我觉得他讲到另外一条路上去,跟我讲的不是一回事。

这是什么概念呢?其实这个概念也是从非常简单的基本原理出发。比如我们有一个软件,如果我们的软件对应的一个硬件架构跟它完全一样,我说的是拓扑结构完全一样,这样的硬件架构的效率一定很高。但是很可惜,我们只能把软件分成一块一块的,一块一块地搬进去,第二块搬过去,第三块根据任务再搬过去,第四块搬过去,第五块、第六块搬过去。这个搬的过程中,我们发现这个硬件要能够实时动态地改变它的功能。它能很快变换,这个我们称其为可重构计算,可重构芯片。后来,美国人给了一个词叫“软件定义硬件”,因为什么呢?美国人在前两年搞了一个“ERI电子振兴计划”,目的是突破美国2025到2030年的电子设计能力。其中搞了一个叫软件定义硬件,我一看就觉得很有意思,为什么呢?因为它比我们晚了十年,它的指标是我们的十分之一,其实我们觉得好像也没有比我们差多少,但是我们这项工作获得国家技术发明二等奖。获奖只是一部分,最重要的是这个技术我们转移到工业界以后,工业界通过它获得数亿的产值,所以在这个问题上我们并不比他差多少。

第四个案例,就是大家都知道的神经网络,人们知道人工神经网络最重要的计算就是它的计算力要足够强,功耗足够的低,我们应该怎么去看呢?我们刚才前面讲了,我们的可重构芯片恰恰具备了好像计算这些人工智能芯片计算所需的那个架构,因此我们把这个架构可重构芯片用在了人工智能的设计上。结果发现它有很多非常友好的非常有趣的现象,因此我们开发出了一系列跟人工智能芯片相关的,比如大家可以看到中间这个,这是一个人脸识别的芯片,只要花12个毫瓦、6个毫秒,比苹果手机人脸识别要快得多,可以同时处理大量的人脸识别,而且高于人工识别一个百分点,人能识别出来它就能识别出来。最右边的是一个语音的芯片,耗电量极低,只有0.2个毫瓦,用一节电池可以用一年。现在很多企业在合作,把它用在各种场景。而且它不仅可以识别语音,还可以识别声纹,一个人说话,训练好了,另外一个人再喊同样的话,它不认,具有一定的安全属性。这种技术的突破,又使得我们在产业上迈出重要的一步。

去年的1月份,美国有一个著名的科学评论杂志,叫MIT,大家知道MIT是麻省理工学院,专门写一篇文章来介绍这个芯片,说这个芯片是中国人取得的一个所谓皇冠级的产物。我想这个也是非常非常了不起的。

最后我再给大家一个例子,就是硬件安全的问题,我们知道安全问题引起所有人的重视,特别是前几年斯诺登事件,去年CPU曝出来熔断等问题,因此安全性被提到很高的位置,但是问题是怎么能够识别一个芯片是安全的还是不安全的?大家说我找原代码,我拿过来仔细看仔细读。我说这个做不到,现在的一颗芯片,像CPU这样的大概都有上百亿颗晶体管,要造一个硬件木马只要几十颗,我们从上百亿颗找几十颗,怎么找?而且是黑盒子,怎么找?找得到吗?找不到。所以我总觉得现在我们在讲安全的时候,要不然就聚焦到密码,要不然就变成了去寻找所有的木马漏洞,我认为方法都错了,我们是不是想想其他的方式呢?我和我的同事们仔细想了想我们不应该走那条路,走那条路肯定走错了。我们就用前面讲的可重构芯片做了一个看门狗,看着这个CPU,我们把CPU跟它公开的指令集说明,你的任何行为只要不在你官方的指令集说明当中出现,我就认为你是非法的。

刚开始的时候,很多人觉得这个东西能查出来一些问题吗?我们研发公司也有一点将信将疑,但是他跟我说,他说魏教授你这个方法对我们有威慑力,让我害怕。我说不仅有威慑力,我还能查出你的问题。我们知道去年年初曝出的熔断和幽灵,常规的方法是查不出来的,但是在我们这个方法下原形毕露,全部被查出来了。后来很多国家要害部门的领导到我们那儿去看,说你这个方法确实了不起,解决了很多我们现在传统信息安全部门想不到的。这个芯片现在跟上海澜起合作,我们这个芯片获得两个省部级科技一等奖,包括高安全的芯片接口,我们形成了一个完整的解决方案,目前这个解决方案已经成为联想、长城、新华三等整机的解决方案。

特别是去年我们的做了技术的发布,当时是国内40名专家以无计名方式投票选出来的15项全球科技领先项目,这五个我觉得你要说难都很难,但是我们敢去想,敢去创新,就可以找到解决问题的方法。

为什么我们敢想?我觉得我还是受到了史蒂夫·乔布斯的影响很大,美国拥有过很多可以用“伟大”来形容的CEO,但是无论是唐纳德·川普,还是马克·扎克伯格,都这样明显而深刻地改变过一个时代的市民生活方式。乔布斯是一个把艺术和科技优美嫁接的“创意奇才”。

《周末画报》有这样一句话:成功学读本中的惯常标题“无可复制的”,而真正无可复制的,永远是个人特立独行的魅力和光辉。这个从不随大流,却总是可以把“偏类”扭转为“主流”的CEO其实从未提过“以用户为本”的概念,只是基于技术与应用的规律和常识,开发并满足了部分用户需求,他甚至一直认为用户根本不清楚自己需要什么,所以他干脆直接定义它,而不是进行市场调研。

这是我用一个广告,这个广告能够帮助我们理解创新的概念。

集成电路需要创新,创新的路就在我们脚下,所以我觉得在今天这个历史阶段,我们碰到很多困难,但是这不影响我们创新,更需要我们进行创新。”

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