“十五”期间可能的增长点

中国工程院院士、中科院计算所所长李国杰

一、以芯片设计为主发展集成电路产业

“九五”期间年我国GDP平均增长率35%，预计“十五期”间年平均增长率30%。2001年我国信息产品元器件利润率10%，整机利润率3％～4%，低于传统产品。2010年中国IC的需求量约1000亿美元，相当于今年全国国民生产总值的10%，将成为全球仅次于美国的第二大IC市场。十年内，中国的芯片设计公司营业额应从今天的约1.5亿美元增长200倍，达到300亿美元以上。中国的芯片设计公司市场价值从今天的零成长到十年后的1500亿美元。芯片设计是今后5-10年信息领域闪光的生长点。

芯片设计1997年以后增长得非常快。1990年，硅谷只有7个IC设计上市公司，市值16亿美金，1994年有90亿美金，今天有65家以上的IC设计上市公司，总市值超过2000亿美金。1999～2000年一年就增长了4倍，2000年设计公司的营业额达到160亿美金，其年增长率是半导体工业的3倍。设计公司目前已经占全世界半导体工业的15％强。

　  在芯片设计业务中有一项业务是出售集成电路模块物理设计的知识产权特许使用权（IP），业界常称为卖IP。芯片设计公司运营模式，特许销售 IP 及开发工具，外加收取提成。以ARM公司为例：50%的营业额来自出售特许 IP；25%来自收取的提成；15%来自出售开发工具；10%来自人员培训、咨询及其他。MIPS、Lexra、 Mentor Graphics等均是相似的运营模式。

　  当今IP 业重点项目是：CPU核、I/O 核、内存核及嵌入式可逻辑编译核（PLD）。IP软件核的市场迅猛发展，2000年的增长率达146%（Gartner, 2001年3月）。IP 市场高速发展的动力是：制造工艺超过设计效率的发展，产品生命周期缩短和国际竞争加剧。

　  国际上的热门芯片有：微处理器（RISC、CISC、VLIW）、片上系统（SOC）、图形和多媒体芯片、数字信号处理芯片（DSP）、网络处理器芯片、网络、通信和总线芯片、无线通信器件、芯片多处理器（CMP）、特殊用途和低功耗芯片。

　 国际上芯片的市场份额的分布情况是：美国40％，日本25％，韩国12％、中国1.2％，可见我国在整个市场中所占的比例非常小。中国的差距到底有大？

　 下面表1说明从IC产量来看，我国与美国有20多年左右差距，而1996年以前差距在逐步扩大。18号文件发布以后，近两年差距正在缩小。

表1：IC年产量各种批量的时间差距

 集成电路包括很多品种，除通用的CPU，如PⅢ、P4以外，很多芯片是微控制器芯片（MCU），在国外应用的大部分MCU芯片是8位、16位，8位的芯片是主流。中国的8位芯片占MCU50％以上， 4位芯片占40％，8位加4位占97％，包括IC卡和一些控制芯片，并不是只有64位才有市场，实际上大量应用的还是小的芯片。

　  系统芯片（SoC）成为一个新的增长点，它被认为是微处理器出现30年来半导体业最重要的发展。其市场预计将从2001年的200亿美元增长到2004年的600亿美元（Gartner, 2001年3月）。以ARM公司为例，它的做法不仅仅是卖芯片设计，或者卖芯片的licence，而是针对一个个不同的行业，如无线移动设备/PDA、工业控制、机动车、家用电器、安全设备、电信/网络设备、信息存储设备、图形图像处理设备等，把这个行业所需要服务和芯片开发工具等成套地提供给客户。。

　  很多人都引用摩尔定律，每18个月性能翻一番，最新的预测是：0.022微米的芯片到2012年可以做出来。而每18个月翻一番的前提是基本上不考虑它的功耗。如果把功耗考虑在内，比如要求一个芯片的功耗为100瓦，或者维持在奔腾4的水平，每18个月性能只能提高50％。国外有分析认为，现在芯片的处理器已经做到了原子层。当芯片加工到0.1微米左右的时候，局部就会达到核反应堆的温度。分析认为，将来芯片的温度就跟火箭喷射出的气体的温度一样高，甚至接近太阳表面的温度。这样就没法做了，这实际上是一个拦路虎。降低功耗是芯片设计要解决的一个大问题。

 “十五”期间做什么芯片？从科技部领导和国家领导人都在打问号。有人提出“做通用芯片还是做嵌入式芯片”的问题。我认为，如同高性能计算机是计算机的技术源头一样，高性能CPU是IC产业的技术源头。我们不能重蹈PC产业和家电产业的老路，应重视高性能通用CPU的研制。低档IC产品竞争激烈，购买CPU核成本很高。在“十五”期间我们不大可能与Intel拼主频和集成度，但我们有可能做出主频1G以上的通用CPU。CPU芯片的性能不完全取决于主频，我们应以体系结构创新弥补主频上的差额，作出有市场竞争力的通用CPU产品。“十五”期间国产CPU有可能满足电子政务、中小学信息化等用户要求。目前但是我们的芯片设计公司规模都不大，200家小公司加起来还不如台湾的一家公司。这一产业链的下游还包括很多的环节，如材料、设备、工具、IP等，这是一个产业群，其中的一部分都可以形成一个产业。

　  我国研制生产CPU有跨越发展的机会，但应打破“CPU就是X-86”的思维定式。网络与网格技术的发展将使CPU走向DPU（Distributed Processing Unit）；Linux的普及为发展CPU提供了难得机遇。要克服“两张皮”的现状，微电子和计算机科研人员的紧密结合是成功的关键。 要高度重视物理设计IP库的设计开发，但不可能也不必要自己开发全部IP库。力争早出芯片占领市场，逐步扩大自主知识产权。要加强低功耗芯片、多线程CPU，多CPU芯片等高技术研究。

　  中科院计算所正在做具有64位浮点运算器的通用CPU芯片，计划2002年上半年推出性能相当于500MHz主频以上P-II的通用CPU芯片产品。

　  二、Internet的未来-----网格

可能有人会说网格还太遥远，不会成为“十五”的亮点。但网格形成标准可能就在这几年，我们要做就在“十五”期间做，到“十一五”、“十二五”再做肯定晚了。因为根据经济发展的长波理论预测，20年后信息技术的发展势头会减缓，整个带动社会前进的可能主要是以生物技术为主导的产业。

　　 Internet经历了三个发展阶段：第一代Internet 是将计算机连起来，能发email；第二代Internet将网页连起来，构成Web网；
第三代Internet 应把所有信息资源连起来，形成信息网格（GRID）。整个下一代因特网可看成一台分布式计算机。那么，什么是这台计算机的CPU，什么是他的I\O，网格要解决的就是这些问题。网格是一组一体化的共享资源，它把计算机、网络、软件、数据库、仪器和人都由公共的分布式服务连接起来。网格有统一的软件标准，有实现互操作的环境（COE），服务层能提供无缝的基础设施，以形成用户希望的问题求解环境。网格将像电力网一样向用户提供计算和服务能力。网格提供了巨大的合作机会。

网格的特点之一是自动计算Autonomic Computing，包括自优化Self-optimizing、自组织Self-configuring、自修复Self-healing和自保护Self-protecting。

　  网格要实现各类数据总线的融合，不仅要实现三网融合，而且要实现计算机网、传感器网、设备平台网的融合。美国军方特别重视数据总线的融合。这也是信息化带动工业化的需要。

　  中科院计算所正在进行的织女星计划 （Vega 计划）就是以元数据（Metadata)、构件框件（Component Framework)、智能体（Agents)、GPIP协议和GCP协议为主要突破点。GPIP（Grid Public Information Protocol）即网格公共信息协议；GCP（Grid Computing Protocol）即网格计算协议。

　  网格就是要用一体化技术和互操作技术消除信息孤岛。其中涉及信息和知识的联通性技术、信息和知识的一致性技术、最小信息原理和元数据标准技术。

网格将带动新的产业，IBM投资40亿美元构建WeB Service网格，微软.net

、SUN one 都是网格的一种形式。Intel也十分重视网格技术。计算机正在从以CPU为中心发展到以内存为中心，目前又转向以I/O为中心，网络存储设备成为热点产品。面向网格的高端服务器将成为新的产业热点

三、以大型应用软件牵引产业

　  我国在做决策的时候，往往喜欢把市场看成与奥林匹克竞赛一样，题目永远不变。实际上市场和高技术的竞赛项目年年都在变。看到微软在Word上得了一个冠军，我们也跟着做；别人做一个Office，我们也做一个。这种所谓的“Me too”战略，我国做了很多。我们考虑问题要有点前瞻性：微软两三年以后卖什么？别的公司两三年以后卖什么？要有这个眼光才行。我认为我国应该更下大力抓大型的应用软件。应用软件做起来对国家的影响更大。应用软件反映出先进的生产力，它能带动很多产业。以信息化带动工业化，更重要的不是操作系统而是应用软件，应用软件的市场将大于操作系统；加 入WTO后中国将成为世界制造中心，制造业应用软件（CAE，CAM）会有很大的市场。另外，应用软件的价格很贵，一个软件卖几十万甚至上百万，这对整个软件行业的牵引作用也很大。但是应用软件完全由应用部门来做，可能技术上落后，所以需要产学研相结合，一起来做这件事情。

　  四、网络终端设备下一个产品是什么？

　  网络终端设备或者说是NC，在美国做得并不好。我认为网络终端产品（NC）这种产品，在美国做不起来，不一定在中国就做不起来，中国信息化的道路可能不同于外国。我国中小学信息化如果用微机来推广有相当的困难，很多地方根本买不起。而一台NC价格可以降低几百块钱，对一个省来说就可以省十亿八亿元，这是一个很大的数目一件事。低成本的NC可能首先在中小学信息化中形成大气候。

　  有人认为最近的经济低潮是由于网络泡沫引起的，归罪于.Com。其实信息产业低潮的一个很重要的原因就是，没有找到像PC和手机那么大的市场的新产品。如果一个产品能像PC和手机一样卖出那么多，就不会萧条的，收入肯定会增长。网络终端设备的下一个产品是什么？基于RF技术的无线终端产品可能是下一个Killer Application。

（YOCSEF专栏稿件2002年）