15年了，龍芯拿什么與國(guó)外芯片巨頭對(duì)抗？

　　也許是龍芯名稱中的“龍”字，承載著太多國(guó)人的希望，自誕生之初就處于社會(huì)輿論的風(fēng)口浪尖。有人說龍芯是騙經(jīng)費(fèi)的項(xiàng)目，也有人說龍芯的科研人員是為理想而奮斗的志士，還有人說龍芯的科研人員“太天真”，是土八路斗美械師，自尋死路。

    1、龍芯的誕生

　　回溯歷史，中國(guó)也曾經(jīng)擁有過自己的CPU和全自主的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。但因在上世紀(jì)80年代奉行“造不如買、買不如租”、“市場(chǎng)換技術(shù)”等方針路線，不僅沒能拉近和國(guó)外的技術(shù)差距，反而把原本的家底敗得精光，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)完全被外資占領(lǐng)。在中國(guó)失去獨(dú)立研制高性能計(jì)算機(jī)的能力之后，美國(guó)要求中國(guó)把高價(jià)進(jìn)口的高性能計(jì)算機(jī)放在透明玻璃房中，并提出了非常苛刻的要求——玻璃房門的鑰匙在美國(guó)人手里，使用用途需要向美國(guó)人匯報(bào)，使用前都要經(jīng)過美國(guó)人許可。

　　銀河號(hào)事件、臺(tái)海危機(jī)、中國(guó)駐南聯(lián)盟大使館被炸事件給中國(guó)政府敲響警鐘，“落后就要挨打”。亡羊補(bǔ)牢，猶為未晚。中國(guó)于2000年前后重啟了一大批軍工科研項(xiàng)目，中科院計(jì)算機(jī)所也開始著手芯片設(shè)計(jì)研發(fā)。于是，龍芯開始了漫漫長(zhǎng)征路。

　　龍芯課題組成立之初是著眼于解決國(guó)防和信息安全領(lǐng)域無芯可用的困境。課題組成立于2001年，成立的時(shí)候可以說用臺(tái)詞“七八號(hào)人，兩三條槍”來形容再合適不過了。只有一間50-60平米的實(shí)驗(yàn)室，人員也是東拼西湊——有已經(jīng)年近70，曾在上世紀(jì)70年代參與國(guó)產(chǎn)芯片研發(fā)的老研究院?jiǎn)T，聽說計(jì)算機(jī)所要設(shè)計(jì)龍芯，就主動(dòng)帶著幾個(gè)學(xué)生過來，其中也有剛走出校門的青年學(xué)子。

　　課題組成立時(shí)，龍芯團(tuán)隊(duì)總計(jì)也就10來個(gè)人。到2006年，龍芯團(tuán)隊(duì)逐步發(fā)展為將近100人的研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。到2014年，龍芯中科公司有研發(fā)設(shè)計(jì)人員將近400人。

　　2、龍芯是國(guó)家的“親兒子”?

　　龍芯的“龍”字會(huì)給國(guó)人一種錯(cuò)覺，認(rèn)為龍芯是國(guó)家的“親兒子”，是用舉國(guó)體制輸送資金和人才打造的國(guó)產(chǎn)芯片。但實(shí)際上，龍芯成立之初僅僅是中科院計(jì)算機(jī)所里的一個(gè)芯片研發(fā)課題組，國(guó)家對(duì)龍芯的扶持也非常有限。

　　在人才方面，在課題組成立時(shí)候才10來個(gè)人， 2006年才發(fā)展到100余人，2014年才400人，可以說龍芯團(tuán)隊(duì)的骨干人才都是自己培養(yǎng)的，不少設(shè)計(jì)師都是胡偉武親自帶出來的博士生。與之形成鮮明對(duì)比的是兆芯和宏芯的親兒子待遇——2013年4月成立的兆芯，到2015年已有員工已擴(kuò)充至1000人;而在2014年成立的宏芯，國(guó)家則直接從計(jì)算機(jī)所抽調(diào)人才，停薪留職去支援宏芯。

　　在資金方面，自2001年成立以來，從國(guó)家863計(jì)劃、核高基專項(xiàng)中累計(jì)獲得項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)5億人民幣。龍芯中科公司成立后，獲得北京市政府2億人民幣的股權(quán)投資。也就是說龍芯成立至今共從國(guó)家獲得資金7億元。平均下來，每年獲得國(guó)家補(bǔ)助為幾千萬元。對(duì)比紫光、兆芯和宏芯獲得的補(bǔ)助可謂少得可憐——

　　2014年紫光獲得國(guó)家集成電路大基金400億元人民幣;宏芯成立時(shí)獲6億注冊(cè)資本，從2014年至今，獲得補(bǔ)助不少于20億元人民幣;兆芯成立時(shí)上海市政府出資12億元，從2013年成立至今，獲得補(bǔ)助不少于70億元人民幣。

　　另外，芯片研發(fā)對(duì)資金需求極大，國(guó)家對(duì)龍芯的補(bǔ)助無異于杯水車薪。舉個(gè)列子，俄羅斯貝爾加電子的Baikal-T1處理器研發(fā)成本折算為人民幣是1.85億元，該芯片是購買MIPS Warrior P5600微結(jié)構(gòu)集成雙核CPU，主頻1.2G，用于路由器、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等產(chǎn)品。如果貝爾加電子自主研發(fā)微結(jié)構(gòu)的話，成本會(huì)更高。

　　換言之，貝爾加電子研發(fā)一枚路由器芯片的研發(fā)成本(而且還不是自己研發(fā)微結(jié)構(gòu))相當(dāng)于國(guó)家對(duì)龍芯的總投入的四分之一。若以國(guó)外巨頭作參照，則差距更大，2014年Intel研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過100億美元，員工達(dá)10萬余人。

　　3、龍芯經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀

　　自2010年龍芯市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)以后，龍芯選擇了走主動(dòng)挖掘民用市場(chǎng)、提升造血能力的道路，將過去的向國(guó)家要經(jīng)費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)閺氖袌?chǎng)賺收入，沒有再向國(guó)家要過一分錢。2014年，龍芯在純商業(yè)行為的收入占總收入的比重從0上升到1/3，國(guó)家安全市場(chǎng)的比重占2/3，實(shí)現(xiàn)了自主經(jīng)營(yíng)、自負(fù)盈虧、收支平衡。

　　4、龍芯科研隊(duì)伍兩個(gè)特點(diǎn)

　　一是用毛澤東思想武裝科研隊(duì)伍

　　龍芯中科研發(fā)團(tuán)隊(duì)繼承了老一代無產(chǎn)階級(jí)革命家的革命精神，在技術(shù)研發(fā)走獨(dú)立自主的發(fā)展道路，不依附于國(guó)外技術(shù)體系(例如Wintel、AA)。在工作中踐行艱苦奮斗，自強(qiáng)不息的拼搏精神，每周6天班，每天加班到深夜，不少研究員以實(shí)驗(yàn)室為家。當(dāng)為解決客戶的問題之時(shí)，一周平均每天只睡3小時(shí)更是常態(tài)。雖然工資待遇很一般，工作強(qiáng)度非常大，但骨干研發(fā)隊(duì)伍異常穩(wěn)定。在龍芯公司化后，除少數(shù)研究員因計(jì)算機(jī)所科研需要外，龍芯團(tuán)隊(duì)的大部分科研人員以破釜沉舟的勇氣和決心脫離體制下海，接受市場(chǎng)的檢驗(yàn)。

　　二是骨干研發(fā)人員全部自己培養(yǎng)

　　龍芯科研骨干基本來自國(guó)內(nèi)頂級(jí)學(xué)府，有的是所在市、縣高考狀元，有的是是科大少年班的天才少年。比如龍芯總裁胡偉武，就曾是浙江永康高考狀元，師從著名計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專家夏培肅院士，博士論文曾獲“中科院院長(zhǎng)獎(jiǎng)學(xué)金特別獎(jiǎng)”、首屆“全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文”，獲得了公費(fèi)出國(guó)獎(jiǎng)勵(lì)，受夏培肅院士教誨，胡偉武決定留在國(guó)內(nèi)做科研。再比如入選MIT2015年TR35杰出青年創(chuàng)新人物的陳云霽，也是胡偉武的學(xué)生，他就來自科大少年班。

　　5、指令集

　　指令集就是一個(gè)編碼集合。它是用一些代碼表達(dá)讀、寫等操作，命令計(jì)算機(jī)做各種運(yùn)算的一套命令標(biāo)準(zhǔn)。指令集可分為復(fù)雜指令CISC、精簡(jiǎn)指令RISC、超長(zhǎng)指令集VLIW。CISC指令集的每個(gè)指令可執(zhí)行若干低階操作。諸如從內(nèi)存讀取、儲(chǔ)存、和計(jì)算操作，全部集于單一指令之中，指令數(shù)目多而復(fù)雜，指令編碼格式混亂，導(dǎo)致編碼器復(fù)雜，流水線設(shè)計(jì)較為困難，指令不定長(zhǎng)也帶來指令對(duì)齊方面的額外挑戰(zhàn)，因此付出了性能的代價(jià)。CISC指令集經(jīng)典代表：X86。

　　RISC指令集對(duì)指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡(jiǎn)，固定指令長(zhǎng)度，統(tǒng)一指令編碼格式，加速常用指令，流水線設(shè)計(jì)更容易，因此效率也更高。有一段時(shí)間，因?yàn)镽ISC的高效率，Intel在發(fā)展CISC產(chǎn)品線的同時(shí)，也不得不研發(fā)了RISC處理器。RISC指令集典型代表：Alpha、Mips。

　　CISC和RISC與在競(jìng)爭(zhēng)的過程中相互學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，CISC指令集在解碼階段上實(shí)現(xiàn)向RISC類指令的轉(zhuǎn)化，將后端流水線轉(zhuǎn)換成類RISC的形式。而隨著技術(shù)發(fā)展，RISC指令集也達(dá)到數(shù)百條甚至上千條(loongISA有1907條)，在指令集上殊途同歸了。

　　超長(zhǎng)指令集(VLIW)使用非常長(zhǎng)的指令組合，把許多條指令連在一起，以能并行執(zhí)行。因?yàn)楹虲ISC和RISC軟件生態(tài)不兼容的原因已經(jīng)很罕見了，Intel的安騰，英偉達(dá)的丹佛都是其代表。

　　龍芯選擇兼容Mips，一方面是因?yàn)檎n題組當(dāng)時(shí)只有10余名成員，人力財(cái)力精力有限。另一方面，龍芯自己定義一套指令集技術(shù)上沒有難度，但是無法兼容現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)體系。

　　舉例來說，你既可以用“+”、“-”、“*”、“/”來定義加、減、乘、除和也可以用 “-”、“+”、“/”、“*”來定義加、減、乘、除，既可以用大寫漢字來“壹”來表示1，也可以用“一”來表示1。

　　1+1=2，這種表述方式全世界都看得懂。但是壹+壹=貳，就只有中國(guó)人才看得懂了。而你若將“-”定義為加，那么壹-壹=貳，就只有你自己看得懂了——因?yàn)槟銦o法讓全世界的人跟著你的指揮棒走，讓全世界人民在日常數(shù)學(xué)運(yùn)算中用“-”來表示加，無法讓全世界學(xué)校的教科書中用“-”來表示加，無法讓已經(jīng)被證明的數(shù)學(xué)公式和定理中用“-”來表示加。

　　因此，重新定義指令集技術(shù)上難度近乎于零，美國(guó)也一度禁止將單獨(dú)的指令集申請(qǐng)為專利，只有當(dāng)指令集與實(shí)現(xiàn)方法相結(jié)合的時(shí)候才被允許申請(qǐng)專利。研發(fā)兼容Mips指令集的CPU，就如同我們?cè)跀?shù)學(xué)上放棄了傳統(tǒng)的漢字而使用阿拉伯?dāng)?shù)字去證明數(shù)學(xué)定理，Mips指令集和阿拉伯?dāng)?shù)字只是知識(shí)的載體而非知識(shí)本身，真正具有價(jià)值的是指令集的實(shí)現(xiàn)方法和被證明的數(shù)學(xué)定理。

　　ARM于2012年購買了498條Mips指令專利，但這并不會(huì)對(duì)ARM的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)造成影響。同理，龍芯使用兼容Mips指令并不會(huì)對(duì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)構(gòu)成影響。而真正對(duì)龍芯自主可控路線產(chǎn)生影響的是指令集的發(fā)展權(quán)——是否有資格自主擴(kuò)展指令，是否能讓軟件生態(tài)跟著你的指揮棒走。