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集成电路研究综述

（涂希文）

【摘要】： 集成电路（IC）是二十世纪重要的发明之一。它被广泛地应用于国民经济和社会的一切领域,其发展规模和技术水平已成为衡量国家地位和综合国力的重要标志之一。IC产业是知识密集、技术密集和资金密集型产业，世界集成电路产业发展异常迅速，技术进步日新月异。IC技术作为推动国民经济和社会信息化的关键技术,关系到国家产业竞争力和国家信息安全。虽然目前中国IC产业无论从质还是从量来说都不算发达，但伴随着全球产业东移的大潮，中国的经济稳定增长，巨大的内需市场，以及充裕的各类人才和丰富的自然资源，可以说中国集成电路产业的发展尽得天时、地利、人和之势，将会崛起成为新的世界IC制造中心。本文在研究过程中，对集成电路的发展历程进行了回顾，并对当今世界IC产业的主要国家及区域的现状及未来计划进行调研,结合我国的IC产业的发展现状进行了深入分析，本文欲抛砖引玉，共同探讨中国IC的振兴之路。本文共分六章。第一章，导论，分析研究的背景和本文研究的意义。第二章，集成电路产业的国际比较，对于集成电路的发发展进行了回顾,着重介绍美国、日本、韩国和我国台湾地区的集成电路发展历程,并深入分析了其能处于世界领先地位的原因。 第三章主要介绍了我国集成电路的发展历程,并在大量数据分析的基础上深入剖析我国集成电路的发展历程、现状、存在的问题并预测了我国集成电路的发展趋势。第四章，提出了构建我国集成电路自主创新战略的战略指导思想与原则。 第五章，研究我国集成电路自主创新战略的对策和措施。第六章，全文总结与展望。综合并集成前面各章的相关结论,得出一些综合性结论要点。集成电路发展研究是一个新课题,本文尽管做了一些研究,但仍然存在不足,很多重要的问题还有待于今后更为深入的研究和思考。

【关键词】：集成电路 集成电路产业 现状 趋势 对策

集成电路是以半导体材料为基片，经加工制造，将元气、有源器件和五连线集成在基片内部、表面或基片之上，执行某种电子功能的微型电路。从20世纪50年代开始，集成电路制造技术经历了从小规模集成（SSI) 、中规模集成（MSI）到大规模集成（LSI）阶段，乃至进入超大规模集成（VLSI）和甚大规模集成（Ultra Large Scale Integration,ULSI)阶段。尤其在过去的30年中，集成电路几乎完全遵循摩尔定律发展，即集成电路的集成度每隔18个月就翻一番。进入20世纪90年代以及21世纪以后，其设计规模由VLSI、ULSI向G规模集成（Giga-Scale Integration,GSI)的方向发展，于是，越来越多的功能，甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片之中。电子系统设计已从板上系统（System on Board,SoB)、多芯片模块（Multi-Chip Modules,MCM)进入到系统级芯片（System on Chip,SoC)时代。集成电路的飞速发展体现出如下特点： 特征尺寸越来越小，芯片面积越来越大，单片上的晶体管数目越来越多，时钟频率越来越高，电源电压越来越低，布线层数越来越多，I/O引线越来越多。美国半导体工业协会SIA组织给出了1997年到2009年美国集成电路工艺发展趋势。随着集成度的提高，芯片内部晶体管数目越来越多，集成电路设计的复杂性越来越高，传统的手工设计和适应小规模的设计模式已经不再适用。为了设计复杂的大规模集成电路，人们越来越借助于电子设计自动化（EDA）工具。随着科学技术的迅速发展，和对数字电路不断增强的应用要求，集成电路的发展将对社会的法展起决定性的推动作用。

第一章 研究的背景与意义

全球IC的快速发展,对IC的研究也越来越多,跨国公司直接投资进入对东道国市场结构效应的影响成为国际投资研究的重要前沿领域之一。外商直接投资对东道国市场结构的影响在很大程度上取决于外资进入方式的选择。不同的进入方式对东道国市场结构的影响是不同的,跨国公司与东道国本土企业之间的利益分配也是不同的。跨国公司纷纷进入中国集成电路产业,投资建厂,充分利用本地资源优势,本土企业与跨国公司并存的情况下,本土企业面临着发展的机遇和挑战。新世纪IC产业的变迁为中国IC产业的崛起带来了机遇，如果我们能抓住这一有利时机，中国不仅能成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC强国。在世界IC产业风云骤变之际，相对薄弱的中国IC产业蕴含着潜龙腾空的契机。

第二章 集成电路产业的国际比较

美国于1981年由国防部高级研究计划局（DARPA）开始了MOSIS计划。该计划除了提供多项目晶片（MPW）服务外还订出了一套与厂家无关的设计规则和元件库，符合MOSIS规则的设计将可以在所有支持MOSIS规则的厂家进行生产。美国国家安全局（MOSA）和国家科学基金会（NSF）从1985年开始介入该计划。支持该计划的厂商有IBM、AMI、安捷伦、惠普、TSMC、SUPERTEX、PEREGRINE等，已经可以支持0.13微米的设计和制造。由于MOSIS计划的实施卓有成效，其他国家纷纷效仿。

欧洲一直在跟踪美国的MOSIS计划。欧盟发起的EURO PRACTICE是一个面向工业界的类似美国MOSIS的集成电路组织，德国、比利时、意大利、法国、荷兰、挪威、丹麦、英国、西班牙、瑞典、瑞士、爱尔兰等十一个国家的61个生产、设计和培训机构提供多种统一标准的包括多项目晶片在内的服务。

韩国的IDEC（IC DESIGN EDUCATIN CENTER）是在韩国政府和主要的半导体工业界与1995年成立的以培养人才为主的支持机构。

我国仅台湾省的国家晶片设计中心（成立于1991年）。其宗旨是“为提升基础研究水准，建议成立类似美国MOSIS集成电路设计服务单位，提供微电子系统设计人员更方便之IC制造服务；并推广IC设计概念至咨讯、通讯、消费性电子、精密机械、自动化、航天航空、光电等领域之产业及研究发展单位。”

此外，国际上对于CPU的研究与实验性实施很多，而真正能够生产的却很少。主流体系结构的完整硬件描述层出不穷。欧洲空间局（ESA）公布了完整的SPARCV7和SPARCV8的HDL（VHDL,VERL LOG）描述。但是高速CPU的设计和实施关键却是集中在集成电路版图上，例如，美国DEC公司的ALPHA处理器在1992年就以0.75微米的工艺实现了64位处理器21064，并达到了200兆赫的时钟频率，稍后，以0.5和0.35微米的工艺实现了21164，分别达到了300和433兆赫的时钟频。中国远落后于之,我国落后于其他国家的根本原因：一是缺乏自主知识产权 ，继在上海、成都设立集成电路封装测试工厂之后，英特尔公司宣布，将在大连投资25亿美元建立该公司在亚洲的第一个300毫米晶圆工厂，这使英特尔成为继法国STM公司之后，第二家在中国拥有完整产业链的国外半导体巨头；二是落后在整体水平， “从目前的情况看，我国在集成电路的总体设计能力方面提升较快，龙芯、众志等都是中国自主设计的具有自主知识产权的芯片产品。”科技部高新技术发展及产业化司副司长廖小罕在接受《瞭望》新闻周刊采访时表示，我国的主流芯片设计与美国相比还有几年的差距，“这几年就意味着差很多，因为在IT行业，产品的设计都是以月来计算的。” 廖小罕认为，集成电路设计是智力问题，只要我们有优秀的人才队伍、有好的团队，就能拉近与先进国家的距离，同时我们也有一定规模的芯片生产能力。但要形成规模化的集成电路装备制造业，则需要一个很长的过程。与原子d的生产不同，集成电路产业化涉及面非常广，其发展在很大程度上体现一个国家的工业化水平。 总体上看，我国集成电路产业经过多年的发展，已初步形成了设计业、芯片制造业及封装测试业三业并举、相互协调的发展格局，但产业规模小，产业链不完善，装备制造业有待逐步建立起来。

由于高端的芯片制造技术和设备关系到国家整体经济的竞争能力，关系到国家战略，所以我国一直没有放弃发展计算机芯片产业的努力，“863”计划和国家重大科技专项都把集成电路设计列入其中。我们在追赶，但别人进步更快，从整体上看，我国集成电路产业目前仍相对落后。而影响产业发展的瓶颈还是国家工业化水平低。

信息产业部中国电子信息产业发展研究院(赛迪集团)所属的赛迪顾问半导体产业研究中心高级分析师李珂从另外的角度分析了我国集成电路产业的发展状况。李珂介绍说，按照摩尔定律，半导体技术18个月就要前进一代，目前45纳米技术最为先进，65纳米技术次之，90纳米技术为当下国际主流技术，在国内也是领先的。从技术水平看，我国集成电路近5年来发展极为迅速，国内领先的技术与国际水平相比大约有5年左右的差距，问题是整体水平相差很大。

集成电路生产中所需设备96%需要进口，原材料半数以上需要进口。如封装过程中需要的金丝线，国内的生产工艺达不到要求，高纯度的气体、试剂等都需要从国外买进。“这些东西不是我们不能做，麻烦的是工艺和品质得不到保障。”李珂强调说。

国家发改委副主任张晓强指出，该项目是近几年来中美经济合作最大的项目之一，将对中国信息产业的发展带来积极影响，并将从推动人才发展、改进基础设施和产业供应链等方面，全面提升中国在全球高科技产业价值链中的地位，对中国东北老工业基地区域经济和集成电路产业发展具有积极意义。

“但政府必须对此有清醒的认识，不管什么样的企业来华建厂，都不能替代自主发展、自主创新。只有我们自己不断地创新发展，不断地学习和积累自身的实力，才会有更多的发展机会、更多的话语权。”接受《瞭望》新闻周刊采访的清华大学教授魏少军强调。

第二章 我国集成电路的发展

2008年，中国集成电路芯片制造业产业规模比上年下滑1.3%，其衰退幅度甚至大于中国集成电路产业整体下滑的幅度。从往年的统计数据可以看到，2007年中国集成电路芯片制造业的增幅为23%，2006年增幅为32.5%，巨大的反差已足以说明芯片制造业所面临的困难有多大。与2001年因网络泡沫破裂而导致的半导体产业急剧下滑相比，2008年全球半导体产业的衰退幅度虽然不像当年那样大，但其波及的产业领域更广，并且持续的时间还难以预测。受国际金融危机影响，2008年全国市场销售额为5973亿元，同比增长6.2％，这是中国集成电路市场首次出现个位数增长。来自工业和信息化部的数据显示，2008年四季度，国内许多集成电路业工厂订单量减少10％以上，产能利用率不足30％。2008年全年电子信息产品进出口总额8854.3亿美元，同比增长10％，增速比上年同期下降13.4个百分点。其中，11月电子信息产品月进出口额出现负增长。2009年3月，我国集成电路出口约38.94亿个，出口总金额约为16.86亿美元，比2月增长19.4%，比2008年同期减少13.9%。1-3月，我国集成电路累计出口约87.12亿个，比2008年同期减少19.7%；累计出口总金额约为42.52亿美元，比2008年同期减少21.5%。2008年下半年开始的全球金融危机对我国集成电路出口造成了很大影响。从2008年11月开始，我国集成电路出口额首次出现同比负增长。截止2009年3月底，我国集成电路的出口额已经连续5个月同比出现负增长。其中，1月份的同比降幅最大，达37.6%；2月和3月的同比降幅有所趋缓，分别为12.3%和13.9%。1月、2月和3月集成电路的出口金额呈逐月上升趋势，但由于全球金融危机余波还未消散，对我国集成电路出口的深远影响还有待观察。2008年11月，国家宣布今后3年，铁路建设投资将达到3.5万亿元，作为相关产业的集成电路行业将从中获益。国务院不久前出台的电子信息产业调整振兴规划又明确指出，将“建立自主可控的集成电路产业体系”，“加大投入，集中力量实施集成电路升级”。对国内集成电路行业来说，政策环境正在不断改善，都将为行业创造良好的外部环境。中小企业应紧紧抓住扩大内需为集成电路产业带来的机遇，重点开拓新市场和技术应用新领域，提高创新能力，努力实现企业在特定领域技术和产品的领先优势。

2009年国内集成电路产业仍将保持增长的态势，但增幅将继续回落。预计2009年产业的整体增幅在4%左右。从2008年国内集成电路设计、芯片制造与封装测试业的发展情况看，产业均受市场的低迷影响，制造业所受的影响最为明显。全年芯片制造业规模增速仅为1%，各主要芯片制造企业均不同程度出现产能闲置、业绩下滑的情况。封装测试业虽然也普遍遇到订单下降、开工率不足的问题，但情况相对较好，全年的行业增幅在7%左右。

除了与别国技术上的差异外，另外一个值得注意的情况是，很多通用的体系结构及其细节都被人申请了专利，这个情况使得我国的工作很难进行，需要国家高层领导人站在国家和民族战略利益的高层次以国家行为进行协调。

今天，我国已经具备了物质条件和一定的技术能力，因为我国境内已建成和在建一批集成电路生产线，其生产工艺及参数可以掌握和控制。同时我国已经拥有一些关于集成电路体系结构和数字与模拟设计的专门人才，通过政府的主导，合理组织这些资源，使我国在集成电路和微处理器方面突飞猛进是可能的。

第四章 构建我国集成电路创新战略

就目前形式来看，我国要研究集成电路的发展规律，形成共识；要统一规划，集中领导；要完善创新体系，加快技术创新；要抓住信息产业转移机遇，优化产业链结构；要向高技术密集、新知识密集转移；要增强、提升大公司的国际竞争力；要解决好我国IC发展的关键问题；要加强海峡两岸IC产业的合作；要提高我国 IC 产业发展的可持续性等。总之，集成电路产业是信息产业和现代制造业的核心战略产业，其已成为一些国家信息产业发展中的重中之重。集成电路设计要与整机开发相结合，积极支持有条件的整机企业建立集成电路设计中心，设计开发市场较大的整机所需的各种专用集成电路和系统级芯片。开发生产有自主知识产权集成电路产品，有条件地逐步扩大国内现有的集成电路生产线的生产能力，加强工艺技术、生产技术的研究与开发，加快现有生产线的技术升级，形成规模生产能力，提高产品技术水平，扩大产品品种。实施优惠政策，改善投资环境，积极鼓励国内外有经济实力和技术力量的企业或投资机构在国内建立集成电路芯片生产线。

第五章 我国集成电路发展的对策及措施

一、由政府主导制订出集成电路的长期发展计划和具体的发展技术规范，鼓励国内厂商、大学和科研机构采用，其技术和人才作为国家战略资源加以保护和扶持。建立国家电路设计中心，开发和维护一套可信、可靠的设计工具、设计规则、各种先进的和普及的电路库等基础数据。培养、吸引和保持大量的人才，为今后的大发展打好基础。采取严格保密制度，以国防、国家安全和政府应用为突破口，打破专利限制，全面掌握各类技术，同时积极运用国家的政治、经济和军事力量，制定出一系列对应方案，化解和顶住可能发生的外部压力。

二、对国家批准的集成电路重大项目，因集中采购产生短期内难以抵扣的增值税进项税额占用资金问题，采取专项措施予以妥善解决。具体办法由财政部会同有关部门制定。为完善集成电路产业链，对符合条件的集成电路封装、测试、关键专用材料企业以及集成电路专用设备相关企业给予企业所得税优惠。具体办法由财政部、税务总局会同有关部门制定。

三、国家大力支持重要的软件和集成电路项目建设。对符合条件的集成电路企业技术进步和技术改造项目，中央预算内投资给予适当支持。鼓励软件企业加强技术开发综合能力建设。国家鼓励、支持软件企业和集成电路企业加强产业资源整合。对软件企业和集成电路企业为实现资源整合和做大做强进行的跨地区重组并购，国务院有关部门和地方各级人民政府要积极支持引导，防止设置各种形式的障碍。通过现有的创业投资引导基金等资金和政策渠道，引导社会资本设立创业投资基金，支持中小软件企业和集成电路企业创业。有条件的地方政府可按照国家有关规定设立主要支持软件企业和集成电路企业发展的股权投资基金或创业投资基金，引导社会资金投资软件产业和集成电路产业。积极支持符合条件的软件企业和集成电路企业采取发行股票、债券等多种方式筹集资金，拓宽直接融资渠道。

四、充分利用多种资金渠道，进一步加大对科技创新的支持力度。发挥国家科技重大专项的引导作用，大力支持软件和集成电路重大关键技术的研发，努力实现关键技术的整体突破，加快具有自主知识产权技术的产业化和推广应用。紧紧围绕培育战略性新兴产业的目标，重点支持基础软件、面向新一代信息网络的高端软件、工业软件、数字内容相关软件、高端芯片、集成电路装备和工艺技术、集成电路关键材料、关键应用系统的研发以及重要技术标准的制订。科技部、发展改革委、财政部、工业和信息化部等部门要做好有关专项的组织实施工作。在基础软件、高性能计算和通用计算平台、集成电路工艺研发、关键材料、关键应用软件和芯片设计等领域，推动国家重点实验室、国家工程实验室、国家工程中心和企业技术中心建设，有关部门要优先安排研发项目。鼓励软件企业和集成电路企业建立产学研用结合的产业技术创新战略联盟，促进产业链协同发展。鼓励软件企业大力开发软件测试和评价技术，完善相关标准，提升软件研发能力，提高软件质量，加强品牌建设，增强产品竞争力。

五、对软件企业和集成电路设计企业需要临时进口的自用设备（包括开发测试设备、软硬件环境、样机及部件、元器件等），经地市级商务主管部门确认，可以向海关申请按暂时进境货物监管，其进口税收按照现行法规执行。对符合条件的软件企业和集成电路企业，质检部门可提供提前预约报检服务，海关根据企业要求提供提前预约通关服务。对软件企业与国外资信等级较高的企业签订的软件出口合同，政策性金融机构可按照独立审贷和风险可控的原则，在批准的业务范围内提供融资和保险支持。支持企业“走出去”建立境外营销网络和研发中心，推动集成电路、软件和信息服务出口。大力发展国际服务外包业务。商务部要会同有关部门与重点国家和地区建立长效合作机制，采取综合措施为企业拓展新兴市场创造条件。

六、加快完善期权、技术入股、股权、分红权等多种形式的激励机制，充分发挥研发人员和管理人员的积极性和创造性。各级人民政府可对有突出贡献的软件和集成电路高级人才给予重奖。对国家有关部门批准建立的产业基地（园区）、高校软件学院和微电子学院引进的软件、集成电路人才，优先安排本人及其配偶、未成年子女在所在地落户。加强人才市场管理，积极为软件企业和集成电路企业招聘人才提供服务。高校要进一步深化改革，加强软件工程和微电子专业建设，紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式，努力培养国际化、复合型、实用性人才。加强软件工程和微电子专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设。教育部要会同有关部门加强督促和指导。鼓励有条件的高校采取与集成电路企业联合办学等方式建立微电子学院，经批准设立的示范性微电子学院可以享受示范性软件学院相关政策。支持建立校企结合的人才综合培训和实践基地，支持示范性软件学院和微电子学院与国际知名大学、跨国公司合作，引进国外师资和优质资源，联合培养软件和集成电路人才。按照引进海外高层次人才的有关要求，加快软件与集成电路海外高层次人才的引进，落实好相关政策。制定落实软件与集成电路人才引进和出国培训年度计划，办好国家软件和集成电路人才国际培训基地，积极开辟国外培训渠道。

第六章 集成电路发展展望

在国家各项扩大内需政策的带动下，集成电路设计业将是今后3年国内集成电路产业中增长最快的领域，预计其今后3年的年均复合增长率将达到14.9%，到2011年设计业规模将达到845.4亿元。随着大量在建芯片生产线的陆续投产，国内芯片制造业在未来3年也将呈现止跌回升的势头，其3年的复合增长率预计将为5.8%，到2011年时其销售收入规模预计为465.07亿元；封装测试业未来则将保持目前稳定发展的势头，到2011年其销售收入规模预计将达到736.7亿元，年均符合增长率为6.0%。

【参考文献】

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【5】 徐宁，超大规模集成电路物理设计理论与算法[M]，清华大学，2009（9）

【6】 刘萍萍，FDI对我国集成电路产业市场结构的影响研究[J],大连理工，2009

如今的美国仍是半导体行业发展的优势者，在半导体产业发展之初，美国是如何发展并获得如今的地位？ICViews编译了美国半导体发展的简史，期望从美国半导体的发展历程中找到一些答案。

早期的美国产业政策为各种参与者提供了角色：小公司在技术前沿进行试验，而大公司追求流程改进，来扩大这些创新的规模。美国政府的需求确保了实验在财政上是可行的，而技术转让规定确保了大公司和小公司共享进步。重要的是，定期采购为企业提供了继续迭代所需的流动性，而无需依赖大规模的一次性产品。这种工业政策鼓励创新，确保小公司能够获得国内大规模生产创新设计的机会，同时允许大公司获得大规模生产这些创新设计的好处。

随着行业的成熟和竞争环境的变化，美国政策框架也发生了变化。

自20世纪70年代以来，产业政策逐渐被轻资本的“科学政策”战略所取代，而庞大的龙头企业和轻资产创新者已经取代了一个由大小生产型企业组成的强大生态系统。虽然这一战略最初取得了成功，但它已经造成了一个脆弱的体系。如今，半导体行业一方面受到脆弱的供应链的约束，这些供应链仅为少数拥有庞大资金链的公司量身定制，另一方面又受到许多轻资产设计公司的约束。

尽管美国半导体行业在上世纪90年代重获主导地位，但由于这种政策方针，导致如今美国半导体行业的技术和商业优势比以前更加脆弱。随着台积电的崛起超过英特尔，美国已经失去了前沿技术，美国企业面临着关键的供应瓶颈。疫情暴露出的供应链问题表明：半导体作为一种通用技术，在几乎所有主要供应链中都发挥着作用，且半导体生产是一个至关重要的经济和国家安全问题。虽然政策可以发挥明显作用，但对于技术进步的过程又有其限制性，支持新思想的发展，而不是将新技术转向资本。制程技术的创新是一种实践的过程，需要不断建立与营运新的生产线。但在美国的低资本环境中，半导体产业很难达到边做边学。

半导体供应链的每个部分都有技术创新，并受益于多样化的参与者和动态的劳动力市场。劳动力不仅是技术前沿的成本中心，而且是创新过程的关键投入。在解决目前的短缺问题时，政策制定者应该认识到半导体产业政策的教训，创建一种强劲竞争生态系统来激励创新。

在半导体行业成立之初，美国政府利用产业政策和科学政策帮助培育了半导体企业的多样化生态。财政支出为这个高度投机的行业提供了必要的流动性。为了保持创新和充满活力的竞争生态系统，战略也需要持续的干预。

美国美国国防部(DoD)使用采购协议和准监管措施来确保公司的生态系统和技术进步的广泛传播。美国政府合同为早期的公司创造了一个现成的市场，美国国防部渴望扮演第一客户的角色。由于确信会有大规模半导体生产的需求，对于许多早期的小公司来说产能投资在财务方面是可行的。

作为许多公司的核心客户，美国国防部对行业的最新技术发展有着清晰的看法，并利用这种看法直接促进公司和研究人员之间的对话和知识共享。与此同时，“第二来源”合同要求美国国防部购买的任何芯片都必须由至少两家公司生产，将采购与技术转让联系起来。美国国防部甚至要求贝尔实验室和其他大型研发部门公布技术细节，并广泛授权他们的技术，确保所有可能与美国国防部签约的公司都能获得创新的基石。

这一体系加快了行业的创新步伐，并迅速蔓延。政府采购协议确保了投资者的支出意愿，而且也增加了用于重复生产的资本货物的支出，从而帮助流程得到显著改进。与此同时，工人在整个系统中自由流动，可以在一家公司获得的知识应用于改善其他公司的生产流程。

在这种竞争环境下，结合那个时代的反垄断做法，鼓励大公司发展大型研究实验室，鼓励小公司进行疯狂的实验。成功的实验帮助创建了新的大公司，或者被已经存在的大公司扩大规模。来自美国国防部的行业指导帮助推动技术向新的方向发展，同时保持行业产能的一致性和针对性。至关重要的是，这一战略在隐性上优先考虑的是整个板块新技术的发展，而不是让任何一家公司的收入最大化或成本最小化。如果公司需要投资并持有资本货物的话，也有融资的渠道。政府保护这个行业不受所谓的“市场约束”的影响，以便产业把重点放在创新和生产上，而不是狭义的经济成功上。

然而，到20世纪60年代末，行业发展迅速，导致政府采购以及政府通过第二源合同等实施准监管的能力已经变得相对不重要了。20世纪40年代末，半导体行业的存在是以军事采购为基础的，但到60年代末，军事采购在市场中所占的比例不到四分之一。

20世纪70年代：蓬勃发展的商业市场

这一时期，尽管美国政府采购和指导相对不重要，但由于商业应用的繁荣和缺乏严肃的国际竞争，美国国内半导体公司迎来了黄金时代。

虽然产业政策促进了早期的创新和产能建设，但在20世纪70年代，政策的相对缺失却几乎没有被注意到。可以肯定的是，政府采购在20世纪70年代仍然发挥了一定的作用，但随着私营企业开始将电子产品纳入其供应链，它们成为了更重要的采购商。开始大规模生产计算机也与半导体的发展有着共生关系，因为芯片的需求推动了封装和集成的进步。

事实上，美国国防部的优先级和商业客户的优先级出现了分歧。美国国防部为特定的军事问题寻找合适的解决方案，尤其是基于非硅的或宇宙级的半导体的开发，这些涉及的商业应用很小。政府和半导体公司都认识到，这个行业不再需要直接指导。所以，双方的需求开始出现分歧。

在20世纪70年代，蓬勃发展的非国防市场意味着成功的小公司和大公司在没有政府支持或协调的情况下也能共存。技术的改进转化为工艺的改进，后者反过来又推动了前者的进一步改进。MOS IC、微处理器、DRAM等新发明将行业推向了新的高度，并递归式地提出了进一步的创新路径。

在普遍繁荣和创新的环境下，半导体展现出作为通用技术的重要性，在整个经济中都得到了广泛应用。尽管美国的大型研究实验室以及制造部门持有了大量资产，但在国际上缺少竞争以及市场的蓬勃发展确保了无论是在创新还是利润方面，大多数投资最终都是可行的。

20世纪80年代：国际竞争激烈

然而，这种竞争环境所带来乐观情况在上世纪80年代被打断，当时，在日本国际贸易产业省的产业政策指导下，美国将市场和技术主导地位拱手让给了日本企业。

美国政府最初不得不创建半导体市场，而日本能够围绕一个快速增长且已经存在的市场制定产业政策。因此，日本能够采取比美国严厉得多的建设基础设施的政策，协调计算机和半导体领域的合资企业，因为日本知道自己的产品有现成的商业市场。虽然政府支持和协调投资的战略与美国在五六十年代使用的战略相同，但用于实施该战略的战术是为适应上世纪80年代的竞争环境而量身定做的。

来自日本的竞争对美国公司产生了巨大的影响。在随后的市场动荡中，许多人永久退出了DRAM市场。行业还成立了倡导小组来进行生产协调，并游说政府对关税和实施贸易政策进行干预。半导体工业协会游说要对日本的“倾销”采取保护措施，同时成立了半导体研究公司，组织和资助与商业市场相关但与美国国防部无关的半导体开发方面的学术研究。半导体制造联盟由行业成员与美国国防部共同资助，一开始的目的主要是用较早期的产业政策推动企业之间的横向合作。但是，为了成本的最小化，联盟很快就把重点转向供应商与制造商之间的垂直整合上面。

落后的半导体已经成为商品，可互换，并根据单位成本进行判断。由于技术和经济因素的共同作用，传统的垂直整合公司在20世纪80年代开始解体。鉴于当时美国的经济形势，在竞争激烈得多的全球市场上，人们几乎没有兴趣投资于低附加值活动的产能。

相反，大公司吸纳了小公司仍然拥有的生产力，创建了大企业集团。MOS晶体管作为行业主导设计的出现，公司开始采用类似的设计原则，使专攻制造的“代工厂”变得经济。随后的垂直解体导致了大型、垂直整合的企业集团的出现，与专注于设计的小型“无晶圆厂”公司共存，这些公司进行设计，但不生产芯片。理论上，这些“无晶圆厂”公司在追求创新设计策略的同时最小化成本，且保留了灵活性。20世纪90年代，随着美国公司开创新的产品类别，日本公司面临来自韩国的竞争，美国行业对这一战略的接纳导致了市场份额的复苏。

在政策方面，美国从未回归到国内产业政策。相反，国外产业政策计划的成功是国内整合、垄断、贸易保护主义以及科学研究资金合力来实现的。

20世纪90年代：科学政策，而非产业政策

20世纪80年代本行业面临着技术和竞争环境的变化，90年代则见证了美国新的“科学政策”走向高潮。20世纪90年代，无论是美国过去采取的那种政策，还是更多受到日本通产省影响的做法，美国都没有重返产业政策，而是将“科学政策”的引入视为政府在半导体制造领域采取行动的新范式。科学政策的重点是促进与公司个体的公私合作，让行业研发与学术研发更紧密地结合，保证研究力量的广泛性，形成可支持轻资产运营的创新型公司的行业结构。

政策目标从创建一个具有强大供应链的强大竞争生态系统转变为创建公私机构，以协调研究人员、无晶圆厂设计公司、设备供应商和大型“冠军企业”之间的复杂切换。这样一来，没有企业需要在研发上投入过量的资金，从而保持全球成本竞争力，而政府也可以避免大规模投资支出。下面的图表来自于半导体行业协会制作的1994年美国国家半导体技术路线图，展示了科学政策背后的策略：

“科学政策”的中心主题是非冗余的效率，这与早期的产业政策侧重于冗余和重复，形成对比。早期产业政策大大加快创新步伐，并确保了单个公司的失败不会影响供应链的稳健，但这确实意味着大量的重复投资。尽管这种方法有助于推动流程改进的采用，静态股东价值最大化表明，这种重复在经济上太浪费了。

过去几十年的产业政策促进了大规模就业，这是创新的核心驱动力。而20世纪90年代的“科学政策”为了最低效率而避免了这种做法。员工频繁更换公司，边做边学是创新的核心途径。事实上，《经济地理》中的“非交易的相互依赖”文献在一定程度上解释了半导体行业工人群体的融合对该行业的快节奏创新是多么重要。虽然在一个地方保持大量的工人是许多进步的关键，但在这个新的竞争环境中，这被视为一种浪费。劳动力在单位成本中占有相当大的比例，企业相信，如果他们能有策略地缩小规模，全球竞争力就会恢复。

在半导体行业的早期，相对价格不敏感的政府合同占总销售额的很大一部分，这种低效率被看作是创新的成本。随着外国竞争对手的加入，成本敏感的商业市场成为半导体的主要买家，这种能力的复制似乎像是一个纯粹的成本中心，对很多公司却没有什么好处。对盈利能力的担忧意味着要确保重复的工作要尽可能少，以便在对价格敏感、竞争激烈的环境下控制成本。这造成了一个集体行动的问题，即削减开支符合每个企业的利益，但这样做进一步恶化了美国企业的创新能力。

在20世纪90年代，美国政府没有回到产业政策，而是选择了成本低得多的科学政策项目。理想情况下，“科学政策”将允许政府协调企业相互矛盾的节约愿望，而不会在技术上进一步落后。然而，为了符合时代精神，美国政府也在努力节约，不会为产业政策在新的竞争环境中取得成功提供所需的大规模财政支持。

相反，政府将花费更少的钱，并尝试开创一种劳动分工，允许所有参与者在不牺牲技术前沿的前提下削减成本，以追求利润。为此，它一方面资助学术研究实验室的研发，另一方面资助产业集团将研究转化为商业能力。在某种程度上，这进一步降低了单个公司的研发投资，因为进步只创造了最小的竞争优势。这种结构没有建立具有重叠供应链的生态系统，而是形成了一种分工，每家企业与机构都负责一个明显可分割的单独部分。同时，宽松的贸易政策与密切的贸易网络，让企业能更经济地进入无工厂模式，发展轻资产战略。目的是通过解决一个集体行动问题，减少整个系统的冗余，从而为公共和私营部门以最经济的方式重新夺回技术前沿。

在短期内，这个策略奏效了！到上世纪90年代末，美国半导体和其他技术领域的投资普遍繁荣，美国成功地恢复了技术优势。这个行业得以在保持国际竞争力的同时，又不需要国内产业政策大规模财政支持的情况下进行创新。大多数公司个体把研发重点集中在生产过程开发的下一两个节点上，而更长期的研究则是由政府资助的学术研究人员来组织。产业团体介入，将这种学术研究转化为商业行为，并在很大程度上消除了研发和生产的重复劳动成本。大型集中的研究实验室被掏空，供应链变得更狭隘，仅针对少数核心公司的研究需求。

21世纪：互联网泡沫破灭和收益递减

然而，这种策略的短期成功是以巨大的长期成本为代价的。劳动力和资本的冗余有助于确保公司能够快速改进内部化流程，同时也培训下一代工程师和技术人员。虽然从单一时期股东收益静态最大化的角度来看，这种重复可能是多余的，但它对确保长期创新轨迹至关重要。“消除冗余”和“增加脆弱性”是同一枚硬币的两面。

从长期来看，劳动力和资本投资不足会在某些方面显现出来，无论是在资产负债表上，还是在创新能力上，或者两者兼而有之。就目前情况而言，美国有可能失去其在尖端设计方面的优势，而且在尖端制造领域的霸主地位已在很大程度上被台积电夺走。将投资过程中的一部分分配给每家公司可能会使每家公司的资产负债表看起来更加稳健，但由于持续的投资不足，整个行业已经变得更加脆弱。数十年的劳动力成本最小化使得熟练技术人员和工程师的数量减少，而数十年的产能投资不足也阻碍了国内企业应对目前劳动力短缺的能力。

该行业目前的问题是科学政策战略的长期自然结果，该战略在上世纪90年代末和21世纪初似乎非常成功。整合和垂直整合的驱动力集中在学术实验室的长期研究、庞大的“冠军企业”和轻资产的“无晶圆厂”创新者，创造了一个摇摇欲坠的竞争生态系统。

由于这些冠军企业在竞争格局中占据的比例非常大，它们的研发优先级和中间投入需求为整个行业设定了条件。像英特尔这样的大买家可以或明或暗地利用他们的相对垄断权力，围绕他们的需求来构建供应链。当更广泛的经济需求发生转变时，例如疫情爆发以来，这些脆弱的供应链很容易出现问题。这种脆弱性是供应链优化的结果，但这种优化针对的是短期盈利能力以及消除冗余，而不是针对整个经济的需求。

无论是有意还是无意，这些大型也会围绕自身的财务需求和计划来制定技术发展道路。因此，学术实验室的研发与税收优化和私营企业单位成本最小化相结合的政策组合，创造了重大的技术路径依赖。与此同时，从技术意义上讲，这些企业“太大而不能倒”：如果它们错过了流程改进，同样规模的国内竞争对手的缺席意味着整个行业都错过了这一进步。在这个意义上，技术政策作为一个整体被委托给了私营行为者。

从研发到生产的过程，也出现不一致的反馈。科学政策的关键是将知识产权的创新与生产过程的创新分开；也就是说，科学政策优先考虑研究、设计与创意，而不是实施、生产与投资。因此，专注于设计的无工厂公司兴起，并将制造外包给海外的代工厂。

然而，把研发放在首位反而会降低创新的速度。单是补贴研发跟激励离岸外包没有什么区别：政策奖励的是知识产权的发展，而不是有形资产的所有权。问题在于，过程改进来自于新物理资产所包含的新技术的实施。“边做边学”是技术创新的关键部分。优秀的工程师希望对供应链每一个环节的生产过程的每一个步骤都进行创新。前沿设计的离岸和外包生产给流程周围引入了一个黑箱，导致收益无法实现最大化的类似问题无法得到纠正。只把焦点放在研发上，会把这些过程改进的发展离岸化，导致国内的生产商吃不饱，同时还阻碍了劳动力开发新技能。

学术研究偏离了商业化的道路，无法驱动产业的创新。考虑到学术研究往往围绕着与当前生产相关性低的问题展开，因此有时无法为现有技术的替代应用或替代过程驱动的创新路径提供见解。由于科学政策让这个群体负责整个行业的长期创新战略，这一盲点不能被忽视。事实上，摩尔定律的失败，以及在许多应用中为异质芯片设计独特的转变，这些都很好地说明了创新在任何时候往往都暗示着技术发展存在。

数十年来在工业产能和就业方面的投资失败，造成了美国企业高度依赖外部制造工厂的局面。台积电目前投资于一家中国台湾本土制造工厂的计划，表明该公司试图通过收购来解决这个问题，而不减少我们对单一供应商提供领先设计的依赖。相反，我们应该回顾半导体生产初期的产业政策 历史 ，重新夺回技术前沿，在供应链的每一个节点上推动创新。

如今，美国面临着半导体短缺和创新能力减弱的问题，政策制定者正考虑采取严肃的干预措施。虽然现在解决目前的短缺可能已经太晚了，但可以防止下一次短缺。美国两党对基础设施支出的广泛支持、疫情后重建得更好的必要性，以及对半导体采购的国家安全担忧，都应该鼓励政策制定者认为，现在正是进行雄心勃勃的改革的时候。如上所述，半导体产业政策的 历史 为如何最好地创造高就业、技术创新和强大的国内供应链提供了许多经验教训。

历史 表明，科学政策是产业政策的必要补充，但本身是不够的。协调研发是任何解决方案的必要组成部分，但并非全部解决方案。为了获得工艺改进，并确保劳动力具备在技术前沿 *** 作的足够技能，该行业需要看到持续的产能扩张。然而，正如我们之前所显示的，在低需求环境下，私营企业明显不愿进行不确定的投资。产业政策，通过结合政府采购和融资担保、直接融资等方式，是为该行业提供充足流动性的唯一途径，以确保产能扩张足够快，该行业保持在技术前沿。同时，政府有财政能力让国内企业生产落后的半导体产品，以保障国家安全和供应链的d性理由。从长远来看，以股东最大化为目标的产业外包政策尚未形成。

同样重要的是要认识到强劲的经济需求和因此而紧张的劳动力市场，特别是半导体生产的劳动力市场，对这些政策的成功至关重要。由政府主导的强有力的投资建设将为各种经验和技能水平的人创造良好的就业机会。这将创造高技能的劳动力，以及驱动有意义的过程改进的边做边学的充足机会。在高技能、高资本密集度的行业，劳动力几乎就像另一种形式的资本商品，为投资支付明显的红利。然而，在缺乏足够的就业机会的情况下，这些专业技能会随着工人转向其他行业而消失。这并不是说提高劳动力技能就足够了：如果立法创造了培训项目，却没有同时创造必要的就业机会和投资，那么很快就会弄巧成拙。

在半导体和其他关键行业的产业政策所需的资金投入规模上，一些人可能会犹豫不决。这是一个巨大的市场，有着巨大的价格标签，现代制造工厂的成本高达数十亿美元。然而，半导体是一种关键的通用技术，几乎进入每一个供应链。大规模的产业政策可以防止瓶颈时期拖累经济增长，同时为国家安全需求创建一个强大的国内供应链。相对于最初对半导体技术的投资，回归产业政策的成本要高得多，但回报会更高。作为4万亿美元基础设施或两党供应链法案的一部分，振兴落后和领先的行业，并恢复一个强大的竞争生态系统，是一项不容错过的好投资。

政策目标很简单：制定一个扩大的产业政策工具包，以鼓励创新、国内劳动力市场紧张以及维护关键的供应链基础设施。半导体作为一个产业，由于投资规模和所需的工作岗位，是制定这些政策工具的理想起点。重建一个强劲的创新环境，也将有助于美国持久地回到技术前沿，并创造就业和投资，在未来几年带来回报。半导体在现代工业经济中发挥着至关重要的作用，它们的技术路线太重要了，不能以短期盈利能力为指导。政府有机会也有责任利用产业政策在下一次短缺发生之前阻止它，同时确保美国保持其在技术前沿的地位。

多核技术的历史与现状摘要：本论文将介绍关于当代新兴科技——多核技术的历史与现状。从实际需求出发，介绍多核技术的发展背景及技术依托，并简要阐述多核技术的前景。文中还包括我国多核技术的一些发展状况。以及“龙芯”的部分情况。 本文提纲：1.多核技术的定义2.多核技术的产生背景3.多核技术的现状4.多核技术在中国的发展情况5.总结 第一章 多核技术1.1多核技术的定义在当代由于社会的进步，社会需求的不断加大，面对市场规模的不断提高，业务需求的不断提高，高性能的计算机成为了一种必不可少的数据处理工具。但由于单核多线程已经无法满足目前需求，随之在计算机领域也应运而生了一门新兴的科技——多（内）核技术。多内核是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）。最为显著的是多核处理器技术，它也是CPU设计中的一项先进技术。它把两个以上的处理器核集成在一块芯片上，以增强计算性能。CMP通过在多个CPU核上分配工作负荷，并且依靠到内存和输入输出(I/O)的高速片上互联和高带宽管道对系统性能进行提升。1.2多核技术的应用由于多核技术的发展，超级计算机也随之诞生。2009年6月19日，造价2亿元、每秒峰值运算速度超过200万亿次的超级计算机“魔方”，开始在上海高速运转。而有了“魔方”，上海超算的“ 脑力”增长了20倍。“曙光4000A”支撑的300多个用户，将大部分移师“魔方”，包括气象预报、生物药物、生命科学、汽车、核电、钢铁、新材料、土木工程、物理、化学、航空、航天、船舶等数十个应用领域。除了旧有的项目之外，“魔方”还被期待以重任：上海市着力发展的九大高新技术产业，如商用飞机、新材料、医药、重大装备、新能源以及电动车等六个领域都将依赖高性能计算技术。 或许，有一天你所搭乘的国产大飞机，不仅机身设计靠的是超级计算机的贡献，就连出现在你面前的飞行员、空姐排班顺序也是超级计算机所决定的。 “超级计算机500强”排行榜中，美国入围的291台超级计算机中有35台用于金融企业或相关机构。未来，“魔方”将助力上海国际金融中心建设，为金融机构设计衍生产品、控制风险、提供各种计算解决方案。第二章 多核技术的产生背景2.1 多核技术与单核多线程的不同单核多线程则是在单个计算引擎上，以主频的形式分时复用的执行多个程序，虽然看上去是多个程序并行执行，但实际上仍然是一个处理器在工作，只是主频较高，不会被用户所察觉。多核技术是在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎。它可以在多个计算引擎上同时运行程序，或者说：一个程序可以在多个处理器上进行。在没有执行顺序冲突的情况下，真正缩短了运行时间，提高了计算效率。2.2 多核技术的产生单核多线程虽然从表面上解决了多个程序不能同时进行的窘境，但始终是一个计算引擎在工作。未来的主流应用需要处理器具备同时执行更多条指令的能力，仅从单核处理器中已经不太可能提取更多的并行性。2.2.1 多核的产生背景因为功耗问题限制了单核处理器不断提高性能的发展途径。我们都知道：作为计算机核心的处理器就是将输入的数字化的数据和信息，进行加工和处理，然后将结果输出。假定计算机的其他子系统不存在瓶颈的话，那么影响计算机性能高低的核心部件就是处理器。反映在指令上就是处理器执行指令的效率。处理器性能 = 主频 x IPC从上面的公式可以看出，衡量处理器性能的主要指标是每个时钟周期内可以执行的指令数(IPC: Instruction Per Clock)和处理器的主频。其实频率就是每秒钟做周期性变化的次数。主频为1GHz 就是1秒钟有10亿个时钟周期。因此，提高处理器性能就是两个途径：提高主频和提高每个时钟周期内执行的指令数(IPC)。处理器微架构的变化就可以提高IPC从而提高处理器的性能。但是，对于同一代的架构，改良架构来提高IPC的幅度是非常有限的，所以在单核处理器时代通过提高处理器的主频来提高性能就成了唯一的手段。不幸的是，给处理器提高主频不是没有止境的，从下面的推导中可以看出，处理器的功耗和处理器内部的电流、电压的平方和主频成正比，而主频和电压成正比。因为： “处理器功耗 正比于 电流x 电压 x 电压 x 主频”，“主频 正比于 电压”所以：“处理器功耗 正比于主频的三次方” 如果通过提高主频来提高处理器的性能，就会使处理器的功耗以指数(三次方)而非线性(一次方)的速度急剧上升，很快就会触及所谓的“频率的墙”(frequency wall)。过快的能耗上升，使得业界的多数厂商寻找另外一个提高处理器性能的因子，提高IPC。提高IPC可以通过提高指令执行的并行度来实现，而提高并行度有两种途径：一是提高处理器微架构的并行度；二是采用多核架构。在采用同样的微架构的情况下，为了达到处理器IPC的目的，我们可以采用多核的方法，同时有效地控制功耗的急剧上升。看看下面的推导。因为：“处理器功耗 正比于 电流x 电压 x 电压 x 主频”，“IPC 正比于 电流”所以：“处理器功耗 正比于 IPC”由单核处理器增加到多核处理器，如果主频不变的话，IPC理论上可以提高一倍，功耗理论上也就最多提高一倍，因为功耗的增加是线性的。而实际情况是，双核处理器性能达到单核处理器同等性能的时候，前者的主频可以更低，因此功耗的下降也是指数方(三次方)下降的。反映到产品中就是双核处理器的起跳主频可以比单核处理器更低，性能更好。由此可见，将来处理器发展的趋势是：为了达到更高的性能，在采用相同微架构的情况下，可以增加处理器的内核数量同时维持较低的主频。较低的主频也有效地控制了功耗的上升。2.2.2 技术的发展导致了多核技术的出现当然，光有想法是不行的，如果没有辅助技术的支持，一切想法是无法实现的。上世纪八九十年代以来，推动微处理器性能不断提高的因素主要有两个：半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展。半导体工艺技术的每一次进步都为微处理器体系结构的研究提出了新的问题，开辟了新的领域；体系结构的进展又在半导体工艺技术发展的基础上进一步提高了微处理器的性能。这两个因素是相互影响，相互促进的。其实有些规律性的东西是很难维持的。多核的出现是技术发展和应用需求的必然产物。这主要基于以下事实：1.晶体管时代即将到来　根据摩尔定律，微处理器的速度以及单片集成度每18个月就会翻一番。经过发展，通用微处理器的主频已经突破了4GHz，数据宽度也达到64位。在制造工艺方面也同样以惊人的速度在发展，0.13um工艺的微处理器已经批量生产，90nm工艺以下的下一代微处理器也已问世。照此下去，到今年，芯片上集成的晶体管数目预计超过10亿个。因此，体系结构的研究又遇到新的问题：如何有效地利用数目众多的晶体管？国际上针对这个问题的研究方兴未艾。多核通过在一个芯片上集成多个简单的处理器核充分利用这些晶体管资源，发挥其最大的能效。2.体系结构发展的必然超标量（Superscalar）结构和超长指令字（VLIW）结构在高性能微处理器中被广泛采用。但是它们的发展都遇到了难以逾越的障碍。超标量结构使用多个功能部件同时执行多条指令，实现指令级的并行（Instruction-Level Parallelism，ILP）。但其控制逻辑复杂，实现困难，研究表明，超标量结构的指令集并行一般不超过8。超长指令字结构使用多个相同功能部件执行一条超长的指令，但也有两大问题：编译技术支持和二进制兼容问题。3．能耗不断增长随着工艺技术的发展和芯片复杂性的增加，芯片的发热现象日益突出。多核处理器里单个核的速度较慢，处理器消耗较少的能量，产生较少的热量。同时，原来单核处理器里增加的晶体管可用于增加多核处理器的核。在满足性能要求的基础上，多核处理器通过关闭（或降频）一些处理器等低功耗技术，可以有效地降低能耗。4．设计成本的考虑随着处理器结构复杂性的不断提高，和人力成本的不断攀升，设计成本随时间呈线性甚至超线性的增长。多核处理器通过处理器IP等的复用，可以极大降低设计的成本。同时模块的验证成本也显著下降。5．门延迟逐渐缩短，而全局连线延迟却不断加长 随着超长指令字工艺技术的发展，晶体管特征尺寸不断缩小，使得晶体管门延迟不断减少，但互连线延迟却不断变大。当芯片的制造工艺达到0.18微米甚至更小时，线延迟已经超过门延迟，成为限制电路性能提高的主要因素。在这种情况下，由于CMP(单芯片多处理器)的分布式结构中全局信号较少，与集中式结构的超标量处理器结构相比，在克服线延迟影响方面更具优势。第三章 多核技术的现状3.1 多核技术从各界获得的支持自从多核技术新兴以来，各行各业都给予了很高的支持。教育方面，全国有120多家高校开设了多核技术或者并行计算这门课。为了以后的并行程序的设计而服务。在商业反面，很多大型公司，很多网络游戏的代理公司都花了巨资来支持研发超级计算机，来提高他们的竞争水平。很多媒体纷纷及时播报关于多核技术的发展状况。及时提供给社会有关人士研究。很多大型企业已经开始培养并行程序开发，超级计算机使用的人才。1993年，德国曼海姆大学汉斯、埃里克等人发起创建了全球超级计算机TOP500排名榜，从很大程度上促进了多核技术的发展……3.2 多核技术的成就多核技术发展至今已经取得了辉煌的成就。它已经代表了一国的科研实力。功耗更低，性能更优，体积更小的超级计算机已经成为全球竞争原来越激烈的高新科技领域。2005年由IBM制造的蓝色基因在TOP500强中排首位。处理器数量达到65536个，实测值136800GF，峰值达到183500GF。到2009年11月排行第一的是美国橡树岭国家实验室的Cray XT5超级计算机“美洲豹”，他的运算速度已经达到每秒1.759千万亿次了。幸运的是我国的“天河一号”也已跻身五强，创下了中国超级计算机在世界上的最高排名。他的运行速度是每秒563万亿次。该产品使用英特尔至强处理器，并利用AMD的GPU作为加速，共有7.168万个计算核心。在第34届超级计算机前500强中，采用英特尔处理器的有4.2个，占到80.4%。采用IBM结构的占52个，采用AMD皓龙处理器的占42个。由此我们不得不深思一个问题，为什么中国没有自己的处理器呢？不急，其实中国已经在研究自己的处理器了，那就是中国“龙芯”。目前，龙芯正式迈开了“以企业为主体，以市场为导向，产学研结合”的步伐。相信不久以后，我们听到的将是：“我用的可是中国生产‘龙芯’处理器”。第四章 多核技术在中国4.1中国多核技术的成就虽然先如今多核技术已经应用到多个领域，尤为突出的是超级计算机这一方面，而且，全世界对这方面也很关注，很重视。下面我们来看看超级计算机在中国发展的概况：中国从1978年开始，历经5年研制，中国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机在国防科技大学诞生。它的研制成功向全世界宣布：中国成了继美、日等国之后，能够独立设计和制造巨型机的国家。1992年，国防科技大学研制出“银河－II”通用并行巨型机，峰值速度达每秒10亿次，主要用于中期天气预报。 1993年，国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机，这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准UNIX *** 作系统设计开发的并行计算机。 1995年，曙光公司又推出了曙光1000，峰值速度每秒25亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒10亿次浮点运算这一高性能台阶。曙光1000与美国Intel公司1990年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外的差距缩小到5年左右。 1997年，国防科技大学研制成功银河－III百亿次并行巨型计算机系统，峰值性能为每秒130亿次浮点运算。 1997至1999年，曙光公司先后在市场上推出曙光1000A，曙光2000－I，曙光2000－II超级服务器，峰值计算速度突破每秒1000亿次浮点运算。 1999年，国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威I计算机，峰值运算速度达每秒3840亿次，在国家气象中心投入使用。 2004年，由中科院计算所、曙光公司、上海超级计算中心三方共同研发制造的曙光4000A实现了每秒10万亿次运算速度。2008年，“深腾7000”是国内第一个实际性能突破每秒百万亿次的异构机群系统，Linpack性能突破每秒106．5万亿次。 2008年，曙光5000A实现峰值速度230万亿次、Linpack值180万亿次。作为面向国民经济建设和社会发展的重大需求的网格超级服务器，曙光5000A可以完成各种大规模科学工程计算、商务计算。 2009年10月29日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号”诞生。这台计算机每秒1206万亿次的峰值速度和每秒563．1万亿次的Linpack实测性能，使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。每一项都代表着中国国力在不断提升，中国的国际地位在不断提升！也许大家会发现，这些超级计算机虽然是中国的，但是他们的处理器都是进口的，这一点着实令人感到尴尬！4.2中国“龙芯”简介从以上的介绍我想大家也都会问起，为什么那么多的超级计算机用的都是微软的处理器呢？那么中国是不是也应该有自己的比较优秀的处理器呢！别急，中国“龙芯”就是由中国科学院计算所自主开发的通用CPU，采用简单指令集，类似于MIPS指令。在经过了多年的研发，中国“龙芯”已经推出了：“龙芯”一号，“龙芯”2号，目前“龙芯”三号也在研发过程中。目前的“龙芯”已经可以具有灵活的可配置IP核架构，可配置多种接口，可配置内外时钟关系等多想特点。龙芯”的问世不仅仅在于中国自主研发出了自己的CPU产品，其更深层次的意义在于它穿透了困扰在中国科技人员心中的一团迷雾，凭借着自身的技术研发实力，中国同样可以自己研发生产出被国外垄断的产品。目前有不少年轻人，对国货表现出一贯的不信任，尤其数码产品等。日本人就很善于引进外国技术，然后学习、模仿、创新，中国人同样也有这种精神。中国既然可以在艰难条件下研发两d一星，在航天领域与美国、欧洲并肩前进，那么在芯片研制领域也一定可以做到!“龙芯”是我们自己的孩子，我们要用心去爱护他。虽然他现在还不如Intel，但至少目前还没有几个国家能够生产出这种暂时不如Intel的东东！这就是我们的骄傲！回想霍元甲时代，作为香港特区一位电子工作者，笔者再次感慨万千。我们是龙的传人，不是东亚病夫！我们坚信“龙芯”的成功是必然的！我们期待着“龙芯”带给我们更多、更大的惊喜！4.3多核技术的前景多核技术使得计算机领域从“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”的窘境。当单核的发展已经进入死胡同时，各CPU厂家也开始改变设计典范，未来所有微处理器皆朝多核心设计发展为主流，传统型单一核心处理器将退居二线。关于双核心，我想不必再解释了，大家耳熟能详，从ALTHON 64 X2 系列的横空出世，到现在的酷睿傲视群雄，再到双核安腾2的发布，双核心已经是目前市场的主流产品。在服务器领域，双核心处理器以其卓越的性能，更低的成本也被大多数企业接受。从软件的设计角度来说，双核/多核也改变了一些就有的思路。nVIDIA首席科学家David Kirk曾抱怨多核心处理器给游戏开发人员带来了巨大的编程困难。而INTEL 在发展硬件的同时，也在软件上做出了相应的改进。在2007年的多核应用暨Intel服务器平台大会上，英特尔数字企业集团副总裁兼服务器平台事业部总经理Kirk Skaugem先生表示：“英特尔实际上是全世界最大的软件工具的公司，我们不仅是一个硬件公司，要想优化你们的多核，不优化就不能实现所有的性能，如果大家上我们的网站可以看到，我们的未来不仅仅停留于四核，未来会变成几十个核，甚至更多，所以我们在软件方面会进一步优化。”由此可知Intel公司已经在多核技术方面做好了充分的准备，这也必将导致多核技术将成为主流。今年初，在由英特尔网络部主办，CSDN协办的英特尔多核平台编程优化大赛中，涌现出大量优秀的作品，充分的利用了双核/多核对于多线程和并行计算技术，使得代码运送速度大大提升。事实证明，最新的多核心、超线程编程工具，可以为开发人员提供丰富的资源以供利用，只有摒弃守旧的工作习惯，尽快改变观念，跟上时代的进步，多核心、超线程编程并不会成为不可逾越的障碍。第五章 总结首先感谢我的老师为我们介绍了一门新兴的科技——多核技术。而且在学习的过程中锻炼了我的思维，让我逐渐形成了并行计算的概念，我想这对于今后的无论是生活还是工作都很有帮助。我从课程中学到了很多东西，并且与此同时，我还强化了以前的知识。比如说编程方面我又得到了锻炼；从数据结构方面，我了解了更多的算法；从时间复杂度方面，我知道了多核算法可以将以前单核运算所不能实现的事例实现等等。在最后我们以论文上交的形式来结业，也锻炼了我们查询资料，检索资料的能力。我感到这门课很充实，也对这门课很有兴趣，充满了挑战性。衷心谢谢老师。参考文献： 《并行计算》； 百度：多核技术的历史与现状； 电子工程专辑——多核技术 文摘《计算机世界》 ； 新浪科技时代； CSDN博客

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