自主研發是打破壟斷的不二法門

◎ 本報記者  梁爽

 

作為高性能通用CPU芯片全定制實現及系統集成、龍芯2號增強型處理器芯片設計等國家863重點項目的負責人，中國科學院計算技術研究所研究員胡偉武親身經歷了龍芯系列芯片成長的每一個階段。當初為何要開啟這個課題？龍芯在研發和實現產業化過程中發生了怎么樣的故事？這些問題的答案將隨著記者對胡偉武的采訪而被逐一打開。

 

保衛國家信息安全的必經之路

 

如今，芯片市場已被國際巨頭壟斷，自主研發可謂困難重重。胡偉武告訴記者，研發龍芯芯片的初衷就是要打破國際壟斷。

在胡偉武看來，高性能通用CPU不是一般的集成電路，而是信息產業的基礎部件和武器裝備的核心器件，對國家安全有著極其重要的戰略意義。可是，當前國際芯片市場受到重重壟斷，包括技術壟斷、知識產權壟斷、市場壟斷等。

“我們現在面臨的狀況和老一輩科學家創造兩彈一星時有所不同。那時是在封鎖的情況下打破封鎖，而今天是在開放的情況下打破壟斷。”胡偉武向記者分析道。

據記者了解，龍芯項目是由中國科學院發起的，其初衷是基于國家戰略需求和國際前沿科技自主研發芯片。因此，龍芯的誕生是為了保障國家信息安全，支撐信息產業的發展。

 

缺乏信心是最大難題

 

缺乏信心并不是龍芯研發團隊缺失自信，而是在國際巨頭一手遮天的產業形勢下，外界輿論對龍芯信心不足。

胡偉武在采訪中告訴記者，幾年來，龍芯經歷了不同的發展階段。在每個階段，龍芯所面對的困難各有不同，但貫穿始終的最大困難就是外界對龍芯研發的質疑。

從2001年到2002年，龍芯從無到有。在那時，我國業界對芯片技術一無所知，而且沒有人可以請教，一切都要從零開始。當時，胡偉武帶領團隊成員去國外請專家，請老師授課。這時，很多人都質疑中國到底要不要自己做芯片。國外大企業每年投入幾十億美元，有幾千人的研發隊伍，而龍芯研發團隊只有幾十人，經費也只有幾千萬元而已，如何做出高性能CPU呢？直到龍芯一號誕生，胡偉武和他的團隊用事實證明了中國人有能力做出自己的通用CPU。

從2003年到2005年，龍芯技術持續追趕國際巨頭。雖然龍芯已經解決了能不能做、要不要做的問題，但當時龍芯芯片的各方面性能仍與國際水平相去甚遠。所以，有很多人又跳出來質疑龍芯能不能做好，可謂屋漏偏逢連夜雨，恰巧在2004年到2005年間又發生了漢芯造假事件。于是，社會輿論很自然地開始懷疑龍芯也是假的。

但實際上，龍芯從2003年到2005年平均每年性能提高3倍，到“十五”末已達到當時中低檔國際主流芯片的性能水平，并能做到初步可用。這就打贏了能不能做好的這場戰役。

 

初步涉水產業化進程

 

從2006年到2009年，這是龍芯芯片技術進一步改進和實現產業化探索的階段。盡管在技術上取得了突破，在部分性能指標上也已達到世界先進水平，但龍芯產品是否能賣得出去、是否有用隨之成為擺在龍芯人面前的又一難題。

胡偉武認為，龍芯的產業化既不是傳統意義上單個產品的產業化，又不是建設單個產業鏈，而是建設自主可控的信息產業體系。在這方面，當時沒有任何經驗。

據了解，在解放初期，國家通過政策性規劃完成了工業產業體系的建設。但在市場開放的今天，以企業為主體建設產業體系，龍芯還是第一個。截至目前，龍芯用幾年時間已經在江蘇建立了產業基地，并嘗試通過跟一些企業合作逐漸掌握市場運行規律、積累經驗，現已在一些行業和領域取得了諸多突破。例如，2009年年底江蘇省政府采購15萬套龍芯筆記本電腦，目前在江蘇省中小學完成了6萬套的布點。

從2010年起，龍芯正式以公司的形式運行，從真正意義上開始了產業規模化的發展。這個階段，龍芯能不能走向產業規模化成為了外界最大的疑慮。而對于龍芯來說，這個階段最大的困難是科研與應用如何良好的結合。

 

龍芯產業化影響深遠

 

胡偉武說：“龍芯芯片的研發成功在我國計算機發展史上具有里程碑式的意義，是我國研制自主知識產權高性能通用CPU的典范之作，將為國家安全和國防事業發揮重大而不可替代的作用。”

他認為，首先，龍芯的研發成功增強了國人的自信心，向世界證明了中國人是可以自己做芯片的。現在，龍芯已被寫入九年制義務教育的教科書，記錄了龍芯歷史性的貢獻，還被寫入普通高等教育《大學計算機基礎》教材，在講計算機文化時，龍芯已經和英特爾一樣成為了授課內容。

其次，龍芯在國家安全保障方面所起的作用得到充分體現。龍芯開始進行產業化伊始，就提出要符合國家信息安全的需要，這是龍芯的根本使命。到目前為止，龍芯在安全領域的應用已經全面展開。

最后，龍芯對整個信息產業起到支撐作用。通用CPU就好比工業的鋼鐵和石油。沒有鋼鐵和石油，工業就不復存在。信息產業亦是如此，沒有自主CPU，就談不上信息產業體系。但CPU與鋼鐵、石油有不同之處，在于其具有很強的創新性，而且是一個龐大體系，既依賴產業內的生態環境，又可控制該生態環境。如今，我國有80%的企業信息化建設都是在他人的芯片平臺基礎上建立的，而龍芯的誕生，特別是正在進行的產業規模化建設，將為我國自主可控的信息產業發展起到強有力的支撐作用。

 

逐步探索整體產業化市場進程

 

談到龍芯未來的研發計劃，胡偉武告訴記者，在工藝方面，龍芯將直接跳過65納米階段進入28納米的研發設計時代。

據胡偉武介紹，目前，龍芯的芯片產品線分為大、中、小3種型號CPU。大號CPU指的是多核芯片，主要應用于服務器和高性能計算機，目前已量產的龍芯3A四核高性能CPU已被成功應用。下一步，龍芯3B和龍芯3C將分別為8核和16核芯片，將在應用中發揮更加重要的作用。中號CPU指的是桌面和移動芯片，主要應用于桌面計算、上網本和筆記本電腦。除目前剛剛量產的龍芯2G芯片外，未來龍芯2H也將適用于桌面應用系統。小號CPU指的是嵌入式芯片，主要應用于學習機、打印機、數字電視等消費類電子產品。最新的1F、1G芯片將主要面向移動和高嵌入式市場。

從整體上看，未來龍芯將要完成從追趕到超越、從模仿到創新、從研發向市場的轉變過程。因此，龍芯所有產品的整體發展規劃將遵從以市場需求為導向，而不是單純的追求簡單的幾個技術指標。

胡偉武表示，龍芯要取得最后的成功必須要靠自身的市場行為來鑒定。所有研發都要在用中得到提高。沒有市場的需求，就沒有應用的拉動，技術在實驗室里也就很難有大的突破。在龍芯電腦剛起步時，很多人并不看好。但正是常熟1萬套龍芯電腦的應用帶動了龍芯產品質量的不斷完善和調整，才有了龍芯今天相對穩定的產品質量。隨后，江蘇省采購的15萬套龍芯筆記本電腦又帶動了龍芯產品渠道和商業能力的完善。這都是政府、科研院所、企業3者充分發揮各自作用并形成良性互動的例證。

 

 

 

走進龍芯產業群

◎ 本報記者  梁爽

 

如果說政府采購扶持的不僅是一個龍芯，而是奮斗在這條產業鏈上的所有企業，龍芯就不是獨自在捍衛國家自主可控的陣地上戰斗，而是與這條產業鏈上的所有同仁并肩前行。

正如江蘇龍芯夢蘭科技股份有限公司總經理張福新所言，龍芯是平臺型技術，其生命力在于跟各種應用相結合，即產業鏈上全體成員通力合作。

 

9年的輝煌歷程

 

從2001年5月龍芯1號芯片正式啟動研發至今，龍芯家族已經走過了9年的創新路。

2002年8月，龍芯1號芯片研制成功，這是我國自主研發的第1個通用處理器芯片。之后，龍芯的研發以每年提升3倍性能的速度向前趕超。在中國科學院開始了龍芯2號產品的研制后，于2007年7月成功推出了主頻1GHz、64位單核CPU的龍芯2F，其設計已達到世界先進水平。緊接著在2009年9月，四核龍芯3號流片研發成功，計劃在2010年第3季度正式形成產品。也是在2009年，八核龍芯3號也完成了設計，并計劃在2010年第4季度正式形成產品。不僅如此，中國自主研發的龍芯系列芯片還得到了國際學術界的廣泛認可，HotChips、IEEE Micro、Vail等國際著名刊物和會議相繼發表了龍芯3號結構，并對龍芯的科研成果給予了充分肯定。

 

市場范圍多樣而廣闊

 

據記者了解，由中科院計算所牽頭的龍芯研發團隊在研制自主可控芯片產品的同時，還致力于龍芯研發成果的轉化，利用龍芯技術開發市場適用的CPU芯片產品，為下游企業提供開發基于龍芯CPU的解決方案以及相關的設計服務，包括龍芯IP核授權、龍芯系列芯片銷售與服務以及其他定制服務。

據介紹，在龍芯系列芯片產品中，安全類芯片主要應用于安全計算機和服務器產品，通用類芯片主要應用于服務器、專業終端、筆記本及臺式機、手持電腦終端，嵌入式芯片主要應用于工業控制、網絡安全、數字電視和消費電子產品。

在相關產品的銷售和服務方面，龍芯3號多核CPU系列產品（大號CPU）面向服務器和高性能計算機，以降低相應產品的成本和功耗。龍芯2號處理器系列產品（中號CPU）面向電腦和3C融合的個人普式計算終端。IP和SOC設計平臺產品（小號CPU）面向移動、消費電子等應用領域。

在芯片設計方面，龍芯擁有一支具有10年復雜IC產品設計經驗的芯片設計團隊，并掌握了豐富的SOC架構及IP資源，可以基于當前主流的芯片工藝（從0.18um到0.65nm），為用戶提供從IP/SOC規格定義到最終硅片量產的完整設計及開發，以滿足客戶SOC芯片的市場要求。

在系統開發方面，龍芯可基于各類型龍芯處理器芯片，為客戶提供從硬件原理設計、PCB layout、小批量試產、基礎軟件（BIOS、操作系統、驅動等）開發，到整機測試在內的完整設計開發服務，從而為用戶提供高質量的基于龍芯芯片的系統產品。此外，龍芯解決方案是指面向行業特定需求，如教育、電子政務、網絡安全等，為客戶提供基于龍芯芯片的解決方案。

 

產業鏈已初步形成

 

由于政府在研發資金及采購市場等方面的大力扶持，目前龍芯產業化已經逐步邁上正軌，形成了安全類CPU、通用CPU、嵌入式CPU三大產品方向的產業模式，已完成萬套規模的產品測試以及一系列可靠性實驗，其上下游合作企業已達上百家。比如，在位于長三角地帶的江蘇常熟，依托龍芯夢蘭公司建立起了電腦類產業化基地。在珠三角一帶，建立了嵌入式CPU產業化基地，并開始了該地區的芯片銷售和定制業務。在湖南長沙，龍芯建立了面向網路應用的產業化基地，打下了從事網絡安全、網絡存儲、物聯網芯片等應用業務的基礎。

在上述產業中，值得一提的是龍芯芯片在電腦方面的應用，現已達到10萬套生產規模。隨著生產規模的不斷擴大，國內一部分品牌電腦企業也參與其中，這使得龍芯的產業化環境得到了大幅改善，行業應用局面逐漸被打開。據了解，多家品牌電腦企業已經開始立項研發基于龍芯CPU的電腦系統。

 

下游廠商廣泛參與

 

記者在采訪中了解到，目前面向服務器應用的龍芯3號芯片已經展現出廣闊的市場前景。曙光公司正在使用龍芯3號研制千萬億次高性能計算機和刀片服務器。此外，浪潮、聯想等龍頭企業也開始設計基于龍芯3號的服務器行業解決方案。基于自主可控芯片的產業大軍正在悄然崛起。

在嵌入式應用方面，龍芯與國內網絡安全廠商曙光、聯想網御、博華等聯手，基于龍芯平臺建立了全國產網絡安全體系。不僅如此，龍芯防火墻等產品也在近期開始了小批量生產。

張福新告訴記者，一臺電腦若要正常運行，僅有芯片是遠遠不夠的，因此龍芯的成長和發展是建立在這個產業鏈上所有企業、團隊共同奮斗基礎之上的。概括地說，龍芯平臺的各個環節基本上可以分為芯片、芯片加工、操作系統、應用和終端。目前，在龍芯平臺上的企業包括芯片加工方向的意法半導體和中芯國際，操作系統方向的中標軟件、銀河麒麟、中科方德，終端方向的曙光、方正、龍芯夢蘭、聯想、清華同方、升騰咨訊、矽谷學人、長沙迪麓、頂星、萬利達等等。

 

產業鏈各環節聯手方能制勝

 

在被國際巨頭壟斷的環境下，締造國家自主可控的技術及產業的難度可想而知。目前全世界的IT技術都被Wintel體系壟斷，形象地來說，其他公司都只是他們的搬運工。

“就眼下而言，我國整個信息產業幾乎都是搭建在別人平臺之上，這對國家安全具有很大風險。一旦Wintel停止運轉，全世界80%的企業和個人的通信就要陷入癱瘓。而龍芯所做的就是建立自主可控的產業體系，否則整個國家就要受制于人。在這種情況下，龍芯的研制目標就是為了保障國家安全。這個目標不是龍芯決定的，而是根據國家需要決定的。這一目標也決定龍芯要打的是一場持久戰，不是一朝一夕就能實現。”張福新坦言。對于能否打破巨頭壟斷、破舊立新，張福新充滿了信心。他告訴記者，目前龍芯芯片技術在某些性能上已經達到世界領先水平。現在龍芯已經會設計通用CPU，只要堅持不懈地努力，最終一定會在產業中取勝。