芯链科技完成首款Hash算法ASIC芯片问世

Posted 2021-04-12 滨合区块链

自从上个世纪90年代开始，中国就成为了世界最大的电子产品制造工厂和进口市场，但中国却不是一个能够依靠自主芯片进行生产的国家。中美贸易战持续点火，芯片行业一时间被推上了风口浪尖。在西方发达国家的高端技术封锁下，处在产业升级的中国半导体行业也在力争多点突破。从人工智能和区块链浪潮开始，人们看到了国产芯片弯道超车的道路。

芯链科技此次自研的ASIC芯片

 芯链科技完成ASIC芯片研发 

作为以芯片设计为核心的“区块链+物联网”硬件垂直解决方案提供商，芯链科技一直在芯片自主研发和芯片定制服务的道路上探索着，砥砺前行。

应客户的定制需求，从2018年8月开始，芯链科技启动了28nm Hash算法ASIC芯片开发项目。从去年年底投片，到今年5月芯片验证通过并交付客户，我们通过半年多的时间，完成了ASIC芯片的开发实现。该芯片适用于主流Hash算法，可实现对区块链中工作量证明(PoW)部分进行加速。芯片采用高速并行密码硬件加速架构，内置14个算法核并行，采用15级流水，0.7V工作电压，500M~700MHz运行频率。芯片与芯片之间可以进行级联协作，从而在系统级做到算力聚合，实现同任务分布式计算。

通过此项目，芯链科技的ASIC芯片设计能力得到了硅验证(Silicon-Proven)。此项目的成功，充分证明了芯链科技不仅拥有FPGA芯片设计能力，更具有为客户提供ASIC专用芯片定制服务的能力——我们可以提供的解决方案，是可以基于ASIC芯片定制的解决方案。

定制的Hash算法ASIC芯片

 什么是ASIC芯片 

Application-Specific Integrated Circuit（应用型专用集成电路），是为了某种特定的需求而专门定制的芯片的统称。比如专用的音频、视频处理器，同时目前很多专用的AI芯片业可以看作是ASIC的一种。近年随着虚拟货币市场的火爆，催生了一大批生产“挖掘”虚拟货币设备的“矿机”厂商，其中最为知名的要属比特大陆了。而比特大陆之所以能够在矿机市场异军突起，则主要得益于其自主设计的针对比特币矿机的ASIC芯片。因为相对于CPU、GPU来说，采用专用的ASIC芯片来“挖矿”更具效率。

与CPU、GPU、FPGA相比如何？

CPU与GPU都是我们常见的通用型芯片，它们在各自领域都可以高效地完成任务，但当同样应用于通用基础计算领域时，设计架构的差异直接导致了两种芯片性能的差异。

CPU作为通用处理器，除了满足计算要求，为了更好的响应人机交互的应用，它要能处理复杂的条件和分支，以及任务之间的同步协调，所以芯片上需要很多空间来进行分支预测与优化(control)，保存各种状态(cache)以降低任务切换时的延时。这也使得它更适合逻辑控制、串行运算与通用类型数据运算。

而GPU拥有一个由数以千计的更小、更高效的ALU核心组成的大规模并行计算架构，大部分晶体管主要用于构建控制电路和Cache，而控制电路也相对简单，且对Cache的需求小，只有小部分晶体管来完成实际的运算工作。所以大部分晶体管可以组成各类专用电路、多条流水线，使得GPU的计算速度有了突破性的飞跃，拥有了更强大的处理浮点运算的能力。这决定了其更擅长处理多重任务，尤其是没有技术含量的重复性工作，比如图形计算。由于深度学习通常需要大量的训练，训练算法并不复杂，但数据非常量大，而GPU的多内核、并行处理的优势，使得其相比CPU更适合深度学习运算。

FPGA（现场可编程门阵列）是一直可编程的半定制芯片，其与GPU一样具有并行处理优势，并且也可以设计成具有多内核的形态，当然其最大的优势还是在于其可编程的特性。这也意味着用户可以根据需要的逻辑功能对电路进行快速烧录。即使是出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接，用户无需改变硬件，就可通过升级软件来配置这些芯片来实现自定义硬件功能。

相较于我们常见的CPU、GPU等通用型芯片以及半定制的FPGA来说，ASIC芯片的计算能力和计算效率都直接根据特定的算法的需要进行定制的，所以其可以实现体积小、功耗低、高可靠性、保密性强、计算性能高、计算效率高等优势。所以，在其所针对的特定的应用领域，ASIC芯片的能效表现要远超CPU、GPU等通用型芯片以及半定制的FPGA。

当然，ASIC芯片的缺点也很明显，因为其是针对特定算法设计的，一旦芯片设计完毕，其所适应的算法就是固定的，所以一旦算法发生变化就可能将会无法使用。另外由于是专用的芯片，所以如果出货量不大的话，那么芯片成本就会比较高，当然出货量越大成本会越低。

  ASIC市场前景广阔  

从整个电子信息产业发展的变迁来看，之前的诺基亚时代是以芯片为核心，产品与应用均是封闭的生态；而到了安卓时代，安卓操作系统开始上升为核心，芯片和产品是封闭的，应用是开放的；而到接下来的物联网/人工智能时代，随着用户需求的越来越多元化和差异化，应用领域将会成为核心，而不同应用领域差异大、场景复杂、产品种类量丰富、方案的定制化成倍增长，当前现有的芯片很难完全适配，也很难用类似现在手机行业的通用芯片的方式解决所有问题。同时操作系统和处理架构也将会根据细分市场来重新定义，芯片和产品都将走向定制。

另外需要指出的是，虽然通用型芯片适用范围广，对于厂商来说也更为简单易用，但是也造成了市场上产品的同质化，随着市场竞争的日趋激烈，越来越多的厂商开始寻求差异化。而采用独特的芯片则可以给厂商带来较大的差异化。与此同时，众多新的应用和特殊需求的出现，也需要独特的芯片来满足市场需求。这也正是ASIC的机会所在。

从目前众多行业巨头的布局来看，都在积极的布局定制化芯片，特别是在AI芯片布局方面，已经成为了众多行业巨头的重心，因为包括深度学习、机器学习、大数据分析及判断、自动决策等各种AI应用如雨后春笋般出现，而针对不同应用打造的特殊应用芯片（ASIC）需求也自然呈现爆发态势。芯链科技，目前已具备开发针对特定应用的定制化ASIC芯片与算法可变FPGA芯片的实力。

芯链科技此次投片的Die（裸片）

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