安防芯片「国产化」自卫战

距离海康威视等安防公司被列入美国实体清单已经过去接近一个月了。风波落幕之后,让我们探寻现象背后,看清安防产业的「阿基里斯之踵」并挖掘它背后的「国产化」艰辛道路。


撰文 | 晏清

编辑 | 四月

海康威视在 10 月贸易风波中经历的采购问题,引出了一个中国安防企业共同面对的发展关键——芯片。

海康威视为例,分析其芯片采购构成会发现:高端 CPU、GPU 等通用器件主要来源于安霸、英伟达、英特尔等美国企业;余下的中端甚至是低端元件来自于海思等国内企业,但值得一提的是 SoC 芯片等元件已实现非美国供应。

面对如此的飞来横祸,海康威视在电话会议上回应,在高端元件方面事先备好的 1-2 年存货和正在进行的供应链及产品方案的替代处理,缓和了此次风波中经历的风险和压力。

但所有人都悉知这并非长远之计。,海康威视高级副总经理、董秘黄方红明确表示「如果有需要我们自己设计芯片」,「自研一款芯片并不是很复杂的事情,但大家需要关注的是中国芯片产业链整体的进展」。

国内安防市场如今面临了一个希腊半神英雄阿基里斯一样的困境。

国内安防产业体量巨大,但与此同时,高端芯片过度依赖进口的现状却反映出国内安防芯片领域发展的不良于行。安防芯片就是这个英雄脆弱的脚踵,被击中后不仅步履维艰,更有就此轰然倒下的危机。

这在这个特殊的外交历史时期尤为引发思考和关注。

1 追根溯源

国产芯片问题的关键在哪里?

这就需要对近期安防产业链条中的关键芯片元件的市场,以及芯片设计 EDA 行业进行集中整理和分析,才能较为全面地认识到其中的问题。

1.CPU

CPU 是芯片领域技术追赶难度最大的存在,同样也是安防领域数据中心端最重要的存在。

一方面,英特尔几乎垄断了整个 CPU 市场,国内敢于挑战 CPU 内核的企业团队数量非常有限。虽然有龙芯这样具有研发能力的厂商,但产品大都没有实现商业量产。因此维持生存和运营仍需要申请科研项目和政府的补贴。

另一方面,由于缺乏完善的产业生态支持,尽管做出的产品在单一或部分指标上能够超越国外 CPU,但还是不足以与市场主导产品形成竞争。

但有希望的是,从龙芯(MIPS)架构,海光和兆芯(X86 架构,从 AMD 和 VIA 获得授权,申威(购买 DEC alpha 架构),再加上一些交换芯片,arm 架构的处理器,中国基本能实现整个计算机和网络设备的全自主。

同时,RISC-V 开源架构的普及有望吸引到更多的挑战者。


1)龙芯,源于中科院,是国内 PC 级 CPU 销量最大的公司,打破了国内部分专家和从业人士并不看好 CPU 国内自主路线的发展的落后观念。

最新一代龙芯 3A4000 处理器,采用 28nm 工艺,频率从龙芯 3A3000 的 1.5GHz 提升到了 2.0GHz,架构升级为 GS464V,搭配的芯片组也升级到了龙芯 7A2000,28nm 工艺。目前亮相的只是样机量产向客户供货要等到明年。

另一波代表产品,龙芯 3A/B3000 处理器出货量达 30 万片以上。据称更换到 14 纳米工艺后,就能达到 AMD 公司 Zen 系列处理器的水平。

2)兆芯,成立于 2013 年,是 VIA 威盛与上海政府基金成立的合资公司,获得了 X86 授权,是国内发展高性能 X86 处理器的中坚力量。

兆芯和安钛克合作发布国产化自主可控网络安全平台,也与龙芯、飞腾有合作,推出龙芯 3A3000/3A4000,兆芯 C4600、飞腾 FT1500A/2000 系列。

在 x86 处理器领域,如果说状元和榜眼分别是英特尔 (intel) 和 AMD,那么探花则是 2013 年成立的上海兆芯集成电路公司。

今年 6 月份发布的兆芯 KX-6000、KH-30000 系列,将工艺升级到 16nm 工艺,成为国内第一款主频达到 3.0G 赫兹的通用 CPU,有 4 核及 8 核两种规格,还支持 PCIe 4.0、双通道 DDR4 内存,搭配的芯片组升级到了 KH-3000 系列。

3)今年初,华为推出鲲鹏 920,成为业界首颗兼容 ARM 架构的 64 核数据中心处理器。

性能上,四核版相当于酷睿 i5 6300H,八核版相当于酷睿 i5 8300H。采用 7nm 工艺制造,该处理器基于 ARMv8 架构,拥有 64 个 2.6GHz 核心,支持 8 通道 DDR4、PCIe 4.0 和 CCIX 互联芯片。

9 月,华为已经率先在深圳电力行业部署鲲鹏国产 CPU 生态体系,逐渐取代英特尔 CPU。

4)飞腾,是国产 CPU 企业中能够覆盖高性能计算芯片 (大) 到桌面、嵌入式芯片 (小) 均能提供产品的企业,是国产芯片的主流代表之一。

截至 2019 年 8 月,已联合 500 余家软硬件合作伙伴,研制了 6 大类 300 余种整机产品,移植、优化了 1000 余种软件。

2019 年 8 月 26 日,国内自主安全领域领军企业中国长城完成对天津飞腾 35% 的股权收购,成为天津飞腾的第一大股东。

2.GPU 芯片:

GPU 方面,产值小、门槛高使市场内几乎只剩下两家可以研发高性能 GPU 的公司:AMD 和英伟达。英伟达是全球最大的独立 GPU 供应商,GPU 芯片销售收入占到了总收入的 81%。

而在移动 GPU 端,主流架构主要包括 ARM 开发的 Mali、Imagination 开发的 PowerVR,以及高通开发的 Adreno。

在被苹果抛弃前,Imagination 曾是业内最大的研发商,濒临倒闭,2017 年被中国私募投资基金——凯桥(Canyon Bridge)斥资 5.5 亿英镑(约合 49 亿元人民币)收购。目前全球采用 Imagination 技术的芯片出货已经超过了 110 亿颗。

技术、人才、专利,这三样成为了其他公司与之同场竞技时不得不面对的重要障碍,国内 GPU 厂商更是难以摸到彼此之间的巨大差距。景嘉微成为了目前国内唯一量产 GPU 的行业龙头。


1)景嘉微,国内 GPU 行业龙头,A 股唯一 GPU 芯片设计公司,成立于 2006 年 4 月。

研发背靠国防科大,并积极与国内外算法公司展开新技术合作。首款具备自主知识产权的图形处理芯片 JM5400 已经开始应用,下一代 GPU JM7200 流片、封装、测试、适配顺利, 今年 3 月份获得首批订单,明年有望放量。JM9231 GPU 性能可达到 2016 年中低端产品水平,这对于起步较晚的国内显示芯片行业而言应该说意义还是非常重大的。

2)西邮微电,嵌入式图形处理器(GPU)芯片-萤火虫 1 号,嵌入式 GPU 芯片,该项目填补了国内空白,总体技术达到国内领先水平。

3)中科曙光,代表的 Xmachine GPU 服务器和 Sothis AI 人工智能平台,面向金融人工智能应用,提供定制化开发产品及服务。从芯片、板卡、整机、平台、开发架构上,全面支撑金融机构的人工智能应用,提高金融服务器性能,控制金融风险。

4)英特尔,明年即将推出 Xe GPU,半路进军已经十分成熟的 GPU 市场,势必会做出差异化产品。据称,GPU 将成为英特尔公司未来第二重要的产品。

5)Vivante 被芯原微电子收购,主流的嵌入式 GPU 技术供应商,ARM、Imagination、Qualcomm、Vivante 和 NVIDIA 五强基本垄断市场。

3. ASIC 芯片/AI 芯片:

专用芯片 ASIC(多为 AI 芯片)的高研发时间成本和高技术商业化风险成了未来推广之路的一大障碍。但其场景定制化的优点备受安防厂商青睐,目前国内已有成熟安防芯片产品,如比特大陆、寒武纪地平线、依图等。

由于尚未形成一定的技术壁垒,国内芯片厂商纷纷抓住此次机会想要一展头角:中科寒武纪推出了 NPU 芯片,地平线推出了 BPU 芯片等等以响应市场的号召。国内芯片厂商在这一领域的发展值得期待。


中星微是第一家中国自主研发制造的芯片的企业,在 2001 年成功研发出了具有自主知识产权的芯片,2003 年占有全球 60% 的市场,同时也是第一家 2005 年成功在纳斯达克上市的国产芯片企业。

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