架構創新應對後摩爾挑戰 SDH技術開啟大算力晶片新賽道

積體電路製造工藝正不斷接近物理極限，摩爾定律面臨失效危機，如何在後摩爾時代再續輝煌？一種架構創新技術-SDH（Software Defined Hardware, 軟體定義硬體）可重構處理技術浮出水面。

與目前業界慣用的處理器設計架構不同， SDH可重構處理技術兼具靈活性與高效性，尤其適用於對計算效能有著極高要求的晶片領域，SDH技術有望開啟資料處理晶片設計的新思路，或成為最有希望突破摩爾定律的架構創新技術。

後摩爾時代，SDH架構創新技術異軍突起

按照摩爾定律，積體電路上的電晶體數目大約每經過24個月就會增加一倍。換句話說，處理器的效能每隔兩年翻一倍，帶來的經濟效益也有目共睹。

但隨著工藝製程與整合度的不斷提升，電晶體尺寸漸近物理極限，繼續依賴縮小工藝製程獲取效能和經濟效益提升已困難重重。與此同時，人工智慧、大資料、5G等領域的計算需求在海量增長，如何突破摩爾定律，滿足算力經濟時代的新挑戰？

業界在工藝、材料、架構等多領域不斷尋求新突破。作為近幾年提出的一項新型架構創新技術，SDH技術被業界和學界寄予厚望。

2017年，美國國防高階研究計劃局（DARPA）將SDH技術列為“電子產業復興計劃”的資助專案，首次提出SDH概念，希望以新的晶片架構解決晶片定製使用時面臨的高昂成本問題。此次計劃的參與者較多，包括麻省理工學院(MIT)、斯坦福大學(Stanford)、普林斯頓大學(Princeton)、耶魯大學(Yale)、加州大學、IBM、英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)以及多個國家實驗室(National Labs)等。

早在幾十年前，摩爾在他的文章中就曾指出，經濟問題或將是影響電子行業發展的一大瓶頸。一語成讖，今天，進展到幾奈米的先進製程工藝時代，天價流片費用使很多中小企業、研究機構已經很難再享受到先進工藝製程帶來的紅利。

一位處理器架構的專業人士告訴集微網，就像CPU、GPU的開發者正在努力解決摩爾定律的功率屏障與記憶體屏障一樣，SDH技術可以解決晶片使用的經濟屏障，其可重構特性使使用者不必為每次新應用設計全新ASIC晶片，以降低研發成本、縮短開發時間、加快產品上市速度。

同樣是可重構架構，FPGA採用的是靜態可重構架構，而SDH技術則是動態可重構架構，主要區別在於，SDH技術可根據運算任務的不同，動態調整硬體裡的資源，晶片上的計算資源在時間和空間上可以重新再利用，以實現極高的運算效能。另一方面，FPGA的開發門檻較高，開發者必須熟悉Verilog硬體程式語言，而SDH技術在最初定義時就基於高階語言，例如C、Python等，讓使用者使用起來更簡便。

相較於ASIC，SDH技術具有極為靈活的可程式設計能力。而對比FPGA，它則具備更為快速的可重構能力和易用性，SDH架構創新技術展現了極為廣闊的應用前景。

SDH技術賦能通訊晶片革新 助力萬物互聯

SDH創新架構所表現出的獨特優勢，使它特別適合對算力效能及靈活性都有超高要求的資料處理領域，例如通訊基帶處理、AI處理等。尤其是通訊領域的應用，已出現星火之勢。

截止目前，不斷演進的通訊協議對通訊晶片的靈活性與效能提出更高要求，不僅要相容未來新協議、新應用場景需求，還要滿足更為複雜的資料處理要求。採用SDH技術，可以動態配置計算資源，提高整個晶片的利用率。在高階通訊系統中，SDH SoC晶片可以支援多種模式和應用場景，適用5G時代高密度異構複雜計算，在節省矽片面積的同時，縮短功能開發週期，加快產品上市速度。

市場研究機構Dell'Oro預測，未來5年全球小基站市場規模將達到250億美元。11月16日，工業和資訊化部召開“十四五”資訊通訊行業發展規劃新聞釋出會，工信部資訊通訊發展司司長謝存在會上表示，目前，我國已建成5G基站超過115萬個，數量佔全球的70%以上，覆蓋了幾乎所有地級以上城市。全球最大5G獨立組網網路已經成型，5G行業應用創新案例已超過1萬個。

梳理5G小基站晶片的玩家可以發現，目前依然以海外廠商為主，包括英特爾、高通、恩智浦等，仍在不斷加快晶片研發迭代速度。集微網從業內人士瞭解到，在小基站基帶晶片中，目前國外廠商的方案還不盡完善。有的基帶晶片廠商在產品推進上速度很快，但規格不足，無法滿足國內應用需求；有的廠商的產品儘管規格較多，但支援的協議不夠，仍依賴第三方提供軟體支援。這都給國內通訊晶片廠商帶來了有利時機。

通訊領域的新挑戰也呼喚新型產品面世。面對通訊領域關鍵晶片卡脖子以及5G大規模商用推進的現狀下，國產替代亟待跟上，國內企業急需在這一領域發力， SDH架構無疑為國內的晶片企業在通訊領域實現後來居上開闢了一個全新賽道。

5G市場紅利下，國內SDH廠商將加速國產替代

SDH技術所展現的優勢與應用前景，吸引了晶片設計企業的普遍關注。白盒子（上海）微電子科技公司就是這樣一家“聚焦無線通訊和人工智慧領域，致力成為SDH架構高階大算力SoC晶片先行者”的新創企業。

脫胎於2020年中科院微系統所、上科大等單位聯合推出的“白盒子計劃”，目前，白盒子公司已組建了近200人的專業研發團隊，創始團隊來自於中科院微系統所，在晶片及通訊領域有非常深厚的積累；研發團隊來自國內外一流的晶片設計公司，涵蓋晶片設計、行動通訊、人工智慧等領域。

雖然白盒子公司成立時間不久，但其技術骨幹都擁有超20年通訊晶片和系統設計經驗，曾成功量產幾十億顆晶片，深耕專業市場多年，具有市場先發、供應鏈管理和產能供給優勢。目前，白盒子採用的動態可重構架構以多位寬的數學計算單元為基本單位，例如16位或32位資料的加法，透過靈活的片上網路相連線，可以實現更高效的數學運算，同時晶片的面積效率更高，比FPGA要快幾個數量級。

談及如何快速將SDH技術落地應用，白盒子公司技術負責人指出，在晶片具備可重構的能力之後，還需要透過軟體動態調整硬體的配置才能使晶片的效能得到發揮，白盒子為此開發的動態編譯技術，相比傳統的資源配置技術可大幅度提升晶片的算力水平。憑藉在可重配置架構領域的深厚技術積累，白盒子公司正在快速推進SDH SoC的研發與產業化，將應用於5G基站的數字前端與基帶處理等高算力、高資料密度的運算系統中。

目前，白盒子公司正積極與產業鏈上下游各方密切接觸，共同探討如何透過技術創新解決市場痛點，並已與部分行業客戶建立緊密合作，參與行業標準的預研及制定。近日，中國行動通訊集團浙江有限公司領導一行對白盒子公司進行了調研。針對如何透過通訊核心晶片技術創新而提供更低成本、更小功耗的5G解決方案，雙方展開深入探討，並就合作建設開放化、白盒化、全自主可控的試驗網達成初步共識。依託擁有自主核心技術的晶片，白盒子公司將為運營商及行業客戶提供小基站裝置“交鑰匙”方案，降低通訊產業門檻，助力白盒生態繁榮發展，且未來在人工智慧領域也將大有可為。

10月28日中國行動通訊集團浙江有限公司調研白盒子公司

目前小基站的大規模建設高峰還沒有到來，還處在大爆發的前期階段，國內SDH晶片廠商應該抓住這一有利時機，憑藉SDH技術所帶來的創新優勢，在國產替代的業界共識下把產品做好，完成從晶片到方案的整合工作，藉助本地化的支援協作優勢，密切配合下游客戶，在5G小基站大規模部署中，獲取市場主導權，從而打造國產器件應用的新局面。（校對/叨叨）