芯片设计行业学习笔记

时间: 2024-07-16 19:20:23 |   作者: 产品展示

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  多余的鸡汤:投资对人有两个基础要求:认真学习和独立思考,学习行业知识,研究商业模式,分析财务报告,样样都不能少,学习的过程孤独而枯燥,有时候爱财君也会怀疑,究竟哪里来的力量来支撑自己

  集成电路产业链主要由设计、制造、封装和测试等环节组成。其中设计位于产业链的顶端,属于典型的智力密集型行业,具有较高技术上的含金量;制造环节为生产制造晶圆基片,并将设计环节设计好的电路版图蚀刻在晶圆基片上,该环节投资巨大,通常一条晶圆生产线需要投资数亿美元;封装及测试为后段加工环节,资金及技术门槛相对较低。

  我国集成电路市场需求接近全球1/3,而产值却不足全球7%,是我们国家的经济严重的短板,每年集成电路有关产品进口额达2000多亿美元。

  CPU芯片产业是集成电路行业中产值最大、影响力最广的产业,长期以来,其核心技术和产品为欧美、日韩等发达国家企业所掌控。由于缺乏自主知识产权,我国企业在CPU芯片设计、制造等方面与国际领先企业存在比较大差距,导致我国在CPU核心技术及其产品使用中,不仅需要支付巨额的知识产权费,更在国家信息安全等领域面临巨大风险。

  用于计算机、服务器的CPU称为通用CPU,用在其它领域的被称为嵌入式CPU,比如工业控制、平板电脑、手机、智能家电等领域。

  嵌入式CPU涉及到CPU指令集、CPU内核、CPU芯片三个层次,其关系如下图所示:

  CPU指令集是CPU所执行的指令集合。不同的CPU执行不同的指令集,形成了不同的指令集架构。通用CPU的指令集架构为X86架构,Intel、AMD等公司基于该指令集设计CPU芯片,用于计算机与服务器中。嵌入式CPU领域中最著名的指令集架构是ARM架构和MIPS架构。

  CPU内核是某种指令集架构的具体电路实现。一个指令集架构可具有不同的实现, 如ARM有ARM9、 ARM11等多款内核, MIPS有4K、24K等多款内核。同一架构的CPU内核执行相同的指令集,但各个内核设计不同,因此具有不一样的性能、功耗等指标。CPU内核通常以知识产权授权的方式提供给芯片设计企业使用。

  CPU芯片是产品的最终体现。一款面向某领域的芯片产品结构通常如下图所示:

  在这种芯片中,除了CPU内核外,还集成了某些专用功能电路、存储器接口电路、各种外围设备接口电路等。业界通常也把这种具有CPU内核、集成多个功能模块、面向某一领域的高集成度芯片产品称为SoC芯片,中文翻译为片上系统或系统级芯片。

  早期的CPU芯片主要由若干家大企业掌握,这一些企业从事从CPU指令集、CPU内核到最终芯片的设计。在随后几十年随着产业分工、产业模式不断调整,发展到本世纪,在嵌入式CPU领域形成了专门提供CPU内核的知识产权企业。

  这些企业不设计芯片,而是基于某种CPU指令集,专注于CPU内核的设计,将设计好的CPU内核以知识产权的方式提供给芯片设计企业使用。而芯片设计企业则购买知识产权企业的CPU内核,并结合其他功能模块,设计最终的SoC芯片产品,我国本土优秀的芯片设计商全志科技就属于此类企业。

  英国的ARM公司和美国的MIPS公司是全球最著名的CPU内核知识产权企业,这两家公司可以提供的CPU内核为芯片设计企业广泛使用。

  国内外大部分芯片设计企业通过购买CPU IP供应商的CPU内核进行SoC芯片设计,这样的形式称为内核授权。一些国际顶级的芯片设计企业通过架构授权获取指令集的使用许可,自己设计CPU内核。例如,高通、Marvell、微软等企业获得了ARM公司的指令集架构授权,Broadcom、NEC、Toshiba等企业则获得了MIPS公司的指令集架构授权。我国的龙芯,北京君正等均获得了MIPS架构授权。指令集架构授权使得芯片设计企业能够自行设计CPU内核,更好地掌控核心技术,避免内核授权而带来的产品同质化问题,使芯片产品具有更强的竞争力。

  ARM与MIPS孰优孰劣,这个有很多争议。网上也有很多讨论,有兴趣的能自行度娘。

  不过一个不争的事实就是,在移动网络时代,MIPS由于软件生态问题,在手机、平板电脑等移动终端的应用领域,远不及ARM。但是也不能说MIPS彻底没落,在嵌入式设备和消费电子领域中其依然占有很大的份额。 可以相信这两种架构未来依然会长期并存,并且经由优秀的芯片设计商继续将其发扬光大。

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