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探秘“魂芯二号A”:到底好在哪?有哪些应用前景?

2018年04月25日 08:36:58 来源: 安徽日报

    ▲图为“魂芯二号A”样品展示。(资料图片)

    ◆图为中国电科首席科学家洪一在峰会上介绍“魂芯二号A”。(资料图片)

    一枚仅比一元硬币稍大一点的芯片,却拥有每秒千亿次浮点运算的强大功能……4月23日,中国电科38所发布了这一令人振奋的研究成果。历经6年艰苦卓绝的努力,38所的科学家们做出了业界同类产品中单核性能最强的高性能数字信号芯片,实现中国“芯”、民族“魂”,让各类装备的“智慧大脑”如虎添翼。本报记者对中国电科首席科学家、“魂芯二号A”总设计师洪一进行了独家专访。

    “未来,从技术角度来说,我们要构建一个全软件化的处理平台,首先努力把产品进行谱系化和系列化;其次要细化应用领域,让‘魂芯’系列芯片更高效,更有竞争力,为人工智能计算、大数据计算等提供强有力的支撑。 ”4月24日上午,在中国电科38所的办公室里,中国电科首席科学家、“魂芯二号A”总设计师洪一接受了本报记者的独家专访。

    “魂芯二号A”意味着什么?

    ——“中国芯”每秒运算千亿次,采用全自主体系架构,普适性更好,目前已具备量产能力,充分验证了国产处理器的可用性和可靠性

    4月23日,中国电科38所在福州举行的首届数字中国建设峰会上,隆重发布了实际运算性能市场同类产品最强的数字信号处理器——“魂芯二号A”。该芯片由38所完全自主设计,每秒能完成千亿次浮点操作运算,单核性能超过当前国际市场上同类芯片核性能的2.5倍。 “中兴事件”发生后,这一“中国芯”的推出,更是受到社会各界的广泛关注。

    “中国人可以做出自己的芯片,‘魂芯一号’‘魂芯二号A’的陆续推出,充分验证了国产处理器的可用性和可靠性。 ”洪一表示。

    2012年,中国电科38所推出我国自主研发的首款实用型高性能浮点通用DSP(数字信号处理器)芯片——“魂芯一号”。 “魂芯一号”每秒能完成300亿次浮点运算或80亿次浮点乘法累加运算,可谓真正的中国“芯”、民族“魂”,其成功应用打破了国外高性能芯片在中国的垄断地位。就性能而言,“魂芯一号”的性能高于同期市场同类DSP芯片3倍至4倍,并成功应用在我国空警-500预警机雷达等多个国防科技装备上,让空警-500实现了“小平台、大预警、高性能、新一代”的战略目标,成为我国首款广泛应用于国防科技装备的高端自主数字信号处理器。

    “与‘魂芯一号’相比,‘魂芯二号A’的性能和普适性更好,目前已具备量产能力。”洪一透露,“魂芯一号”是我国首款从指令集、体系结构、开发环境均自主设计的DSP芯片,“魂芯二号A”同样采用全自主体系架构,外观只比一元硬币稍大一点,但其运算性能是“魂芯一号”的4.8倍,而且接口更多更好用,具有相对良好的应用环境和调试手段。比如,“魂芯一号”当时采用的是单核处理器、68个运算部件、600多条指令、24Mb存储容量,而“魂芯二号A”在这些方面已经全面升级,单核变成了双核,运算部件扩展到84个,指令增加到1400多条,存储容量扩大到48Mb。

    “魂芯二号A”到底好在哪?

    ——拥有当前国际市场上性能最好的DSP核,可靠性、综合使用成本等全面超越进口同类产品,未来可覆盖C波段、X波段等更高频段

    美国德州仪器公司生产的TMS320C6678芯片,是目前国际市场上通用的DSP产品。与国际市场同类产品相比,“魂芯二号A”同样表现出色,并且实现性能的全面超越。

    洪一介绍,“魂芯二号A”通过软件单核实现1024浮点FFT (快速傅里叶变换)运算仅需1.6微秒,运算效能比德州仪器公司这一产品高3倍,实际性能为其1.7倍,器件数据吞吐率达每秒240Gb。在实际运算性能与德州仪器公司产品相当的情况下,功耗下降三分之一,在可靠性、综合使用成本等方面全面优于进口同类产品。

    “国外产品一般需要通过可编程逻辑阵列器件,来连接模拟数字、数字模拟信号变换器,‘魂芯二号A’可与高速模拟数字、数字模拟信号变换器直接互联,具备相关时序接口,可以实现P波段射频直采软件无线电处理形态。 ”洪一说,“魂芯二号A”明显更好用,未来可以覆盖C波段、X波段等更高的频段。

    目前,“魂芯二号A”拥有当前国际市场上性能最好的DSP核,实现了市场上同类产品性能指标的超越,荣获国家技术发明专利、软件著作权等科技成果30余项。 “‘魂芯二号A’不仅支持多种协议,而且支持片上网络调试、远程调试,为系统维护开发提供便捷和快速实现手段。”洪一表示,这一芯片在数据吞吐、灵活性、易用性等方面获得了良好的平衡。

    成功并非一蹴而就。从研发“魂芯一号”到推出“魂芯二号A”,中国电科38所的科学家们用了整整12年。 “这两种芯片的研发均历时6年,汇聚了众多科研人员的心血和汗水。”洪一坦言,芯片的成功推出得益于集团良好的容错环境和丰厚的技术积累。早在1986年,中国电科38所就推出我国首款客户定制集成电路,目前在集成电路领域,他们已耕耘了30余年。

    “魂芯二号A”有哪些应用前景?

    ——将广泛运用于雷达、电子对抗、通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等高密集计算领域,为我国建立自主体系高端DSP产品谱系奠定坚实基础

    高性能芯片被誉为“工业粮草”,代表了一个国家信息技术水平。一直以来,我国在高性能DSP芯片方面始终依赖进口,国内的厂商只能进口芯片生产整机,产业结构在中低端徘徊,尤其在国防安全、公共安全、重大经济安全等领域,“缺芯少魂”成为威胁我国国防安全和经济发展的“心病”。 “魂芯二号A”的推出,表明中国电科38所正在努力破解这种困境。

    作为通用DSP处理器,“魂芯二号A”将广泛运用于雷达、电子对抗、通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等高密集计算领域。目前,正在多种重大装备以及图像处理领域中推广使用。洪一介绍,“魂芯二号A”的推出,使得软件无线电从理想走向现实,芯片功能逐渐取决于软件算法的更新成为可能,为我国建立自主体系高端DSP产品谱系奠定坚实基础。

    根据摩尔定律,芯片每两年更新一代。每隔两年,芯片的性能提升一倍,价格、功耗减少一半。

    “我们产品迭代会越来越快,但做到金字塔顶端时,靠一己之力很难突破,必须凝心聚力方能啃下‘硬骨头’。 ”洪一说,他们的梦想是打造自主处理架构的软件无线电处理平台,实现装备硬件统一,功能取决于硬件上运行的算法软件,即硬件和软件升级相互独立,不断完善自主DSP的生态环境,为军民电子信息装备的发展提供持续的基础支撑。 “国外的封锁,的确给中国敲响了警钟。但对我们而言,首先要不断优化算法,提升产品性能,让产品本身更具竞争力和生命力,只有这样客户才会选择你。 ”洪一表示。

    ·短评·

    核心技术要握在自己手里

    创新是引领发展的第一动力。在当前激烈的世界竞争中,核心技术花钱买不来,核心技术受制于人是最大的隐患。 “中兴事件”的发生,让“缺芯少魂”的问题,再次严峻地摆在人们面前,也再次提醒我们,解决痛点必须靠自主创新。

    中国电科38所最近发布完全自主研发的“魂芯二号A”高性能芯片,外观虽然只比一元硬币大一点,但运算能力达到每秒千亿次浮点运算。这是我国科学家通过自主创新掌握核心科技的生动实践,既提振了中国人自主创新的信心,也充分证明只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权。暂时落后不等于永远落后。面对技术壁垒,不能盲目悲观,也不必走极端之路。中国实现高质量发展,既要坚定不移地坚持改革开放,又要用好国际国内两种科技资源,激发国人理性自强的心态与能力,通过自力更生掌握核心科技。(桂运安)

[责任编辑: 吴万蓉 ]
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