信息产业部部长王旭东曾强调:我国的通讯行业要实施适合国情的技术创新战略,加强具有自主知识产权技术和产品的研发及产业化,实现信息技术的整体性突破。作为国内首批崛起的民族通信制造企业,大唐集团长期以来一直坚持以自主创新为驱动,掌握了一系列通信关键领域的核心技术,尤其是下属大唐微电子技术有限公司承担国家“863”计划超大规模集成电路设计专项“面向通信的综合信息处理SOC 平台”课题并推出的COMIPTM芯片,能够适用于消费类电子、无线通信、移动通信和固网通信等多个技术领域,对改变我国通信产品缺“芯”的被动局面和促进电子通信整机的发展具有重要和深远的意义。
SOC是英文SystemOnChip的缩写,用中文称呼就是系统芯片。20世纪50年代集成电路问世后,便遵循着著名的“摩尔定律”持续飞速发展着。继80年代中后期CMOS集成电路的特征尺寸达到1μm之后,90年代中、后期分别突破了0.5μm(深亚微米)和0.18μm(超深亚微米)的工艺大关,2002年已达到0.09μm。近30年的发展历程中,芯片特征尺寸减少了1000倍;性能提高了10000倍;电路中晶体管的成本减低了1千万倍。正是由于集成电路巨大的渗透力和辐射作用,才使得全球信息化成为现实。今天的集成电路技术已经可以在单一芯片上集成原来需要多个芯片才能实现的复杂电子系统,系统芯片应运而生。
大唐微电子是从2002年年底进入这一领域的。大唐集团总工程师魏少军博士告诉记者:“2002年底,我们开始考虑从单一的智能卡业务向更高端的集成电路产品转型。尽管当时大唐微电子已经实现销售收入超过2亿元人民币,但从产品角度看,还比较依赖单一的电信智能卡产品,要获得更大发展空间,必须要有新的产品出现。”
当时,我国集成电路产业发展正处于快速成长阶段,经过详细的市场调研,大唐人发现以手机为平台、多媒体业务为主要内容并且面向个人的终端将在未来几年内主导市场。
然而,在最初切入时,他们又碰到了新问题。“该从哪方面入手?我们面临很多选择,是手机芯片,还是MP3,或者MP4,这些都曾在考虑范围内。”最终的选择,魏少军将其称为“面向通信的综合信息处理平台”。他表示:“这里面有几个关键因素,一个是我们对产业的判断,除了语音外,媒体信息的处理,包括音频、视频、图像等,将会成为未来产品的重要内容,而且必须面向个人应用。第二,这样的芯片,必然要投入很高成本,这样的投入是我们在以前的芯片开发中所没有面临过的。第三,我们感到未来发展很重要的一点就是软件跟硬件的结合,说是做芯片,其实也包括相关软件的研发。”考虑到过去从没做过这么复杂的芯片,他制定了一个基本目标:花一次钱能适应多种应用,使投资产生最大效益。并提出了“可再配置再编程的面向多种信息的综合处理器”概念。
理念有了,但芯片具体应包含哪些东西呢?魏少军说:“我们分析后感觉,不太可能离开主流去做,当然更不能全套照抄别人,所以我们的基本架构采用通用总线和ARM、DSP双核结构,更多考虑的是面向应用,可以通过编程和配置使应用更灵活。”出于这种考虑,芯片在设计时必须留有一定的冗余,让芯片更灵活。但其中就出现了矛盾。“如果做得很专,就可以实现面积小,成本低。但要让应用面稍微宽一点,则会有不少浪费。两者之间的平衡非常重要。”他说:“我们不可能把应用扩展到无穷,只能在限定领域内,因此最后还是选择了通信及相关领域。”
2003年初,大唐电信、浙江大学、美国新思科技和上海中芯国际四家单位签署了“COMIP计划合作协议”。经过一年多的研发,在2004年3 月获得了首枚样片。魏少军评价道:“应该说样片有95%以上是成功的,虽然还存在BUG,但验证了我们整个设计理念。”又经过半年的修改、测试和应用开发,芯片才正式对外宣布成功,并被命名为“COMIPTM”。魏少军介绍说:“COMIPTM的规模在350万到400万等效逻辑门之间,峰值运算速度可达到约每秒5亿次的,当时在国内外都是比较先进的,引起了较大轰动。”
COMIPTM问世后有几个不同的应用方向,其中一个重要的应用就是无线通信手机。魏少军说:“为了避免与GSM这样的大众手机竞争,我们与集团中的SCDMA,也就是‘大灵通’进行了结合,把芯片用在SCD鄄MA手机上。”然而,由于芯片的设计突出广泛的适用性,专用于手机时却体现出一些方面考虑不周,从而出现了问题。“比如功耗,芯片在很多方面兼顾到其他应用,所以功耗不可能很小,但对于手机来说,功耗就显得过高。”他对记者说:“好在我们有一个很好的合作伙伴,就是信威,他们有一个团队专门针对这个芯片开发应用软件,通过系统工程师的介入,我们最终把功耗降低到允许范围内,可以保证待机时间符合国家标准。在共同开发过程中,信威的贡献非常大。”
魏少军介绍,围绕芯片大唐电信还开发了其他产品,比如基于固定电话线的视频电话,不过还存在应用的问题。“在30Kbps左右非常窄的带宽下,要把图像和话音传过去,这个工作量是很大的,还需要进一步发展。”他表示芯片还可以应用到很多其他领域,但里面含有商业秘密,没有完全开发之前不便透露。
魏少军认为COMIPTM从产品的角度上讲已经取得了成功。“这个芯片在国内带了个好头,有相当的应用,也为我们带来了比较可观的经济效益。芯片去年创造了超过6000万元人民币的收入,到现在为止出售了近100万片,定货量也超过140万片,预计今年销量还会翻番。”他说:“芯片中包含的通信技术、手机设计技术、芯片设计技术、软件技术及系统等都基本依赖大唐集团,这令我们很自豪。”同时他也表示,芯片的成熟也离不开科技部、信息产业部、发改委、北京市政府等多方面的支持。
谈及中国集成电路产业的发展,魏少军认为面临的最大问题是基于芯片的嵌入式应用软件。他说:“我国长期以来没有自主的芯片,特别是高端自主芯片,因而软件开发也只能依托于别人,这就是我们面临的最大的问题。缺‘芯’自然‘魂’就没着落。反之,我们现在多数软件是基于别人的芯片而开发的,而我们自己的芯片却缺乏软件的支持,这个积累过程是一大难点。”
在应用方面他认为也存在问题。“芯片和最终客户中间隔了一层,因为芯片是中间产品,不是最终产品,这是由它的属性决定的。但也使开发人员远离市场,远离应用,因而市场和应用的需求往往只能间接反映或根本无法反映到芯片开发人员这里来。”他说:“这就要求芯片设计人员必须跨前一步,走向市场,多了解应用,这样芯片才能做好。”
另外,魏少军表示中国集成电路的发展依然受到现有体制的约束,不仅是管理体制,而是整个国家科研学科建设中出现的早期的分裂,造成了体制上的割裂。“很多学校成立了微电子学院或微电子系,这在国外是不可思议的事情,这种行政的割裂负面影响非常大。国外大学的学科是在逐渐融合,往大融合方向发展,而我们走的是一条相反的路。”
不过,他还是对未来充满了信心。他向记者透露:“COMIPTM只是我们系列开发计划中的第一颗芯片,作为低码率多媒体处理是适合的,但和高码率的处理要求相比还有缺陷。后续产品将采取更强大的DSP,在性能和运算速度等方面有进一步的提升。”
■专项备忘
在COMIPTM的推出过程中已经申请了3项商标、23项专利,另有10多项专利在申报过程中。
COMIPTM从最初构思到正式宣布成功经历20个月,共有30多位芯片设计工程师、70多位系统设计工程师参与了研发。
项目总投入为3600万元人民币。国际上同类项目通常花费为1500万—2500万美元。
COMIPTM采用0.18滋mCMOS工艺实现,内含高性能32位嵌入式中央处理单元,外观尺寸为19×19mm2,总门数为350万-400万门。峰值运算能力为每秒5亿条指令。
COMIPTM在成本、功耗方面与国际芯片厂商相比有相当优势,它的高集成度使之可以在应用于无线通信手机的时候同时替代飞利浦、ADI等5块芯片,从而大大降低成本和开发周期。
2005年COMIPTM实现销售收入超过6000万元人民币,到目前为止已出售近100万片,定货量超过140万片。