博主按：王国裕教授是我大学同班同学。作为CMOS摄像芯片奠基人之一，王国裕于2008年获得The Rank Prize（兰克奖）。他在芯片领域摸爬滚打几十年，颇有心得。现在，他愿意在我的博客上公开交流一些他的想法，敬请博友们期待！

我国芯片产业的出路在于创新思维

王国裕

1. “生态”之说

系统芯片设计和加工已经形成大家所说的“生态”：基于ARM核，开发或购买算法和软件，完成芯片设计，选用先进的工艺加工芯片（也就是拼工艺）。

在风平浪静的时候，大家都按这个路径，得益于EDA软件和ARM等IP公司的技术支持，所谓“大树底下好乘凉”。但这个“生态”有很多弊病，首先系统越做越大，工艺要求越来越高；功耗越来越大；专利费和IP核使用费及技术支持费用高；关键技术其实不在自己手上，在贸易摩擦形势紧张时，很容易受制于人。比如国内某大型企业的芯片，尚不能转移到境内加工，因为这样的芯片必须拼工艺，而境内外加工总会有几年的差距。如果我们换一个思维，在系统、算法和架构方面大胆一些、主动一些，不是亦步亦趋地按照人家的套路，就有可能化解系统和芯片的复杂度，从而对工艺线有较大的宽松选择范围，也就是说可以不拼工艺，国内已有生产线就可发挥更大作用。如果做到这一步，企业不仅有了更多选择，而且芯片的开发成本和加工成本有可能降低，反而提高了竞争力。进一步地，如果摆脱ARM核“生态”，企业将获得更大自由度，也可能提高芯片集成度和性能指标。

俗话说，条条大路通罗马。但在芯片开发上，在目前所谓的“生态”下，大家却走一条道，绕不开人家的伏击圈。所以必须改变观点：芯片开发路径不是唯一的，“生态”是可以改变、改善的。

2. 芯片系统和算法

大部分系统芯片如此复杂是没有道理的（核越来越多），是因为缺乏科学的规划和管理，就像大城市摊子越铺越大。很多算法也是可以简化的，我们曾优化过一个IP核，芯片面积可节省一半多。

国内一些整机企业在系统和算法方面是比较强的，应有能力在顶层优化芯片设计，但搞算法的与芯片设计的团队往往脱节，关键是没有这样的要求和意识。如果从系统和算法上挤出较多水分，即使仍采用ARM核的架构，也可能对工艺要求降低一两级，国内一些加工企业就有用武之地。

我们团队在设计数字多媒体广播基带芯片的过程中，改变了信道解码运算的顺序；改变了Huffman解码表的排列方式；改变了AAC+高频信号和知觉噪声信号的产生方法，等等。这些改变综合在一起，成就了一颗功耗最低、集成度最高的DAB基带解码芯片，其主要性能参数领先于国际知名公司用更先进工艺制作的同类芯片。这颗芯片已经量产，一直被使用至今。

愿意与企业分享我们的经验，举一反三，很多芯片可以大大简化。

3. 非ARM核架构

ARM MCU核诞生于英国剑桥大学。当时由于Intel CPU过于复杂（基于复杂指令集），且不提供授权给其它单位用，剑桥大学计算机系教授为ARM公司开发了简化指令集MCU核，ARM公司又将这个MCU通过授权方式给其它企业使用。ARM MCU核的科学意义在于：任何算法都可以以软件方式在ARM MCU核上运行，这样数字功能的实现便分解成为在芯片上集成ARM MCU核和开发运算软件两部分。到如今，全球大部分数字处理芯片都采用这种ARM架构，包括大部分手机基带芯片。不可否认ARM公司的技术贡献，采用ARM核有利于整机厂家比较快地介入芯片领域。但这样的芯片耗费硬件资源多、功耗大，将导致拼工艺的局面。如果摆脱ARM核，实现同样的功能，能大大减少芯片面积、降低功耗，就不那么需要拼工艺了，对EDA工具的技术支持也降低了，就不必老是更新版本，老是被人家调胃口。

我们数年前便研究非ARM核（更广义地说非嵌入式MCU）的数字电路设计方法，取得了实质性的进展。我们采用全硬件的方式所设计的DAB解码器和MP3解码器，没有购买任何IP核，芯片面积更小，在运算速度和功耗方面都具有优势。下一步将把这种独特的设计方法系统地进行总结、规范化并用于其它的芯片设计，并行地考虑与EDA技术结合，进一步提高设计效率。

如果能沿着这个方向走下去并形成标准设计途径，将彻底摆脱对ARM核的依赖以及ARM模式功耗大、面积大的弊病，在性能指标上更具有竞争力。这将可能成为一项原创性集成电路设计核心技术，提高芯片设计能力（赢在起跑线上）。

4. 创新机会无处不在

虽然按照摩尔定律不断提升的半导体工艺带来芯片产业稳定的发展，但芯片产业的显著提升更多地源于科学进步和创新。通信和计算机理论的不断进化，每一次都引起集成电路芯片新一轮发展。理论的突破往往是科学家的贡献，常常有并不著名、也不是很有钱的教授提出了伟大的理论。科学进步和创新时常源于发明人的高度、实力、机遇和灵感，可望而不可及，并不总是用钱堆出来的。

实际上，所有电子信息和通信标准都是公开的，从源头设计才能累积知识和经验。很多情况的症结，并非外国公司要控制我们，而是我们自己缺乏勇气和创新精神，自觉不自觉地跟在后面爬行。在集成电路发展的几十年，我国一直盛行“反向设计”，包括著名大学和研究所亦如此。虽然有一些表象的“收获”，但结果是损失了几代人，导致如今人才缺乏。随着芯片复杂程度的提高，“反向设计”几乎不可能了（这也说明了当初提倡“反向设计”是短视的），但现在“对标”开发芯片的思路，也还是有“反向设计”的影子。很多单位只是考虑能把芯片做出来就满足了，没有认识到每一次新的设计过程就是一次超越的机会。

系统设计和芯片设计过程要体现创新思维，这样的设计才有特点、有神韵，才有竞争力。即使标准和算法已经完全确定，其实现过程仍有许多创新的空间。尤其在外国专利池壁垒的情况下，要努力通过实施过程的创新来破局。

以创新的思维主导IP和芯片设计，将会从算法、结构到具体实现的每一步都有意识地探讨新的方法，这样的设计质量就高了,并且在这个过程中，随时会产生重大创新的结果或灵感，改善性能指标，提高竞争力。

我国芯片产业的出路在于创新思维，要大力宣传培养创新意识，尤其要让领导部门、专家和企业负责人知晓，由他们提要求、给压力、给支持，明白人多了，办法就多些，选择范围就宽些。反之，如果固守“山寨”意识，一些有实力的大企业，也只能是跟进，做得很累。

5. 芯片设计短板是主要矛盾

网上很多观点认为我们的设计没有问题，是工艺做不出来，这完全是误解，芯片设计短板才是制约我国集成电路的主要矛盾。实际上，现在大多数芯片加工采用的是90nm - 28nm这个范围的工艺，更低档的工艺也仍在发挥作用。即使在中低端工艺范围，我们并没有芯片设计的优势，芯片开发一直是我国集成电路产业的短板，是自主芯片上不去的主要矛盾。

原因还是跟进意识，许多芯片设计公司并没有自己的核心技术，总想依靠委托设计、购买技术，甚至抄袭、挖人等不规范手段，营造暂时的轰轰烈烈。但是，这是不能长久的（与当初的“反向设计”相似），也导致了许多怪现象。比如，一个初始设计公司几百人几十亿的预算，我不明白为何要那么多人、那么多钱？设计一个芯片几个人、几十人即可。而人才挖来挖去，还是那一拨人，跳一次槽，工资上一个台阶，可惜这些人却一次也没有做出来过像样的东西。

从源头做起，真正把心思用在技术积累上，芯片设计并没有那么难。我一生设计过10多个芯片，都是成功的（大多是一次流片成功），而且每一个芯片在当时都是最好的（与国外同类芯片比较）。我没有那么多人，也没有那么多钱，我能做到的，国内企业完全可以做到。

如果设计水平整体上去了，不仅可以发挥国内现有工艺线的竞争力，而且可以在设计方面下功夫，减轻对高端工艺的依赖。这需要芯片设计的高手，需要系统设计和芯片设计的融合，而国内这样的领军人才奇缺，更缺乏这样的思维。

芯片设计是一门艺术，我们在提高设计成功率和性能指标方面有许多经验和体会，愿意与大家分享。

6. 对著名企业的期望

国内某著名通信企业一直重视芯片开发。我一直关注其进展，高度肯定其努力。我亦主动去拜访交流，但没有起到应有的效果，我的相关观点没有得到相应的重视。

我非常佩服该企业创始人的眼光和境界，他一直重视创新，他说过吸引几百位数学家物理学家来做基础研究。这个气魄对我也有吸引力，我甚至萌生过进入这个研究群体的冲动。我关于集成电路设计方法的研究就是基础研究呀，而且已有成果，应该正是他所期望的。遗憾的是，我没有机会拜会他，与他交流，迄今也未能见到现任的其他高层领导。因此我写此短文公开发表，希望他们或许能读到，也希望对芯片产业有影响的相关领导专家等重量级人物能读到。

说明一下，我并没有资格要求任何企业改变其已有的计划或规划，只是强调“条条大道通罗马”，无论大路、支路、小路，都有更多选择。加强创新思维，扬长避短，可事半功倍。

7. 老骥伏枥

我从事芯片设计40余年。1990年我们团队首次设计成功了单片CIS芯片，1991年我作为主设计师在欧洲ASIC年会上报告了这一进展，引起轰动，获得“最佳电路奖”。2008年我们团队又因CIS的贡献获得国际科学奖“兰克奖”，我很高兴有生之年看到CIS广泛应用并成为我国重头芯片产品。

我一直关注国内集成电路状况，曾于2001年在《光明日报》发文，旗帜鲜明地反对“反向设计”，在当时引起许多争论。我后来隐居西南，潜心研究集成电路设计方法，并设计了有特色的芯片。我的思路、实践和经验，在现今特殊时期或许有着特殊的价值。虽然我的精力不比当年，但有时脑筋异常活跃，看问题更犀利，更透彻，也希望发挥余热，正所谓老骥伏枥，壮心不已。