龍芯CPU的奮斗之路

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）近日，龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長在接受媒體訪問時表示，阿里、華為等企業(yè)如今做芯片為何能夠做成，主要是因為如今集成電路芯片門檻很低。理論上只需要兩三億，就可以不用一個研發(fā)人員做出一個手機芯片，因為所有IP都可以買得到。

此言論一出，引起各方的激烈討論。當前國內(nèi)正值半導體行業(yè)蓬勃發(fā)展的階段，也涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的半導體芯片公司，而如今這些芯片公司產(chǎn)品能夠成功，也是由于站到了前人的肩膀上，不僅是國內(nèi)企業(yè)如此，包括業(yè)界巨頭如高通、三星、聯(lián)發(fā)科等，都是如此。但是，魯迅說過，從來如此，便對嗎？

國產(chǎn)芯的奮斗之路

胡偉武何許人也，從目前公開的資料顯示，是現(xiàn)任龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長，中國科學院計算技術(shù)研究院研究員，總工程師，博士生導師。龍芯CPU便是在胡偉武帶領(lǐng)團隊艱苦攻關(guān)而誕生的。

在上世紀90年代，我國的高性能計算機與國外先進產(chǎn)品性能相差巨大，但石油勘探、天氣預報等重要工作都需要使用到高性能計算機，而這些計算機也只能從國外通過特批的方式進行購買。

并且即便是購買回來的高性能計算機，也需要在國外操作人員的監(jiān)督下使用。當年在科學界流傳著一個“玻璃房子”的故事，在一間通透的玻璃房間內(nèi)，擺放著一臺美國購買來的超級計算機。而中國的科學家只能在美方的監(jiān)視下才能上機操作，并且不得用于軍事目的。

有鑒于此，中國的科研人員決心要做自己的高性能計算機。而制造高性能計算機的關(guān)鍵就在于CPU的自主研發(fā)，2000年，才剛剛33歲的胡偉武便承擔了研發(fā)CPU的課題。

到了2001年，胡偉武團隊終于做出了龍芯的原型系統(tǒng)，可以將操作系統(tǒng)跑起來了。到了2002年，在中科院計算所北樓，安裝了“龍芯1號”CPU的計算機正常啟動工作，這也標志著中國人只能依靠進口CPU制造計算機的歷史已經(jīng)終結(jié)。

但龍芯的出現(xiàn)，并沒有徹底改變國內(nèi)CPU市場的格局，尤其在2006年，國產(chǎn)漢芯事件發(fā)生以后，對于龍芯而言，境遇更加艱辛。

國產(chǎn)芯片面對Intel、Arm等國際大廠，壓力巨大，尤其在半導體芯片領(lǐng)域，先發(fā)優(yōu)勢明顯，當市場已經(jīng)被國外廠商占據(jù)以后，就可以利用市場優(yōu)勢來進行產(chǎn)品的快速迭代，進一步拉開與國產(chǎn)芯片的距離，這對于國內(nèi)廠商而言，幾乎是一個死局。

以龍芯為例，盡管造出了中國人自己的CPU，但基本上只能應用在特定領(lǐng)域，在性能上更是與國外頂尖產(chǎn)品相差十幾倍。

到了2012年，龍芯面臨了一次危機，國家重大專項資助不再支持自主通用CPU。直到2015年，龍芯才終于實現(xiàn)了盈虧平衡。

站在巨人肩膀上的企業(yè)芯片

在當年，不管是龍芯、飛騰、神威等國內(nèi)廠商，想要設計一款CPU都是非常困難，主要難點就在于架構(gòu)的設計。如今許多芯片廠商可以直接使用Arm架構(gòu)，但龍芯是自己設計的，當年指令集都需要得到授權(quán)，并且有錢也不一定買得到。

即便買到了指令集，還需要從頭開始設計自己的體系，比如處理器指令集是一套標準，主板顯示芯片是一套標準，就連顯卡到顯示器的接口都有自己的一套標準，如果要接入PC還需要轉(zhuǎn)接才行。

好處當然是自主可控，并且手握標準就能夠成為行業(yè)中的絕對上游，前提是行業(yè)中承認這個標準。但是如果標準還沒有得到整個行業(yè)的認可，那么就會導致一家一個標準，互相都不兼容，開發(fā)成本高，性能可能也好不到哪里去，最終只能淘汰。而市場中的霸主x86架構(gòu)基本是不對外授權(quán)的，因此廠商只能自己設計架構(gòu)。

但是隨著Arm的出現(xiàn)，市場改變了，Arm已經(jīng)將架構(gòu)設計好了，并且可以對外授權(quán)，還有配套的GPU總線，只需要打包購買就可以了。雖然芯片從設計到流片依然不容易，當時已經(jīng)比當年簡單太多。

Arm指令集的普及也讓市場環(huán)境得到了改善，那就是擁有了操作系統(tǒng)和軟件的支持，即便不購買Arm的架構(gòu)，只是買指令集授權(quán)，然后廠商自己設計出處理器芯片，也不用擔心沒有軟件進行支持。

這是Arm的一個巨大優(yōu)勢，要知道當年龍芯即便設計了自己的CPU，也很難有多少軟件可以支持。為了解決軟件生態(tài)的問題，龍芯選擇了MIPS架構(gòu)，2009年中科院購買了MIPS架構(gòu)授權(quán)，龍芯正式對外宣布兼容MIPS指令集。

今年4月15日，龍芯發(fā)布新一代自主指令系統(tǒng)架構(gòu)——龍芯架構(gòu) （LoongArch）。胡偉武介紹，龍芯架構(gòu)從整個架構(gòu)的頂層規(guī)劃，到各部分的功能定義，再到細節(jié)上每條指令的編碼、名稱、含義，在架構(gòu)上進行自主重新設計，具有充分的自主性，同時也能兼容多種主流指令系統(tǒng)。

而在一些廠商購買了Arm的IP之后，設計出來的高性能核心，其生態(tài)系統(tǒng)天然就是存在的，依靠Arm架構(gòu)，國內(nèi)廠商可以設計出性能不輸于國外大廠的高性能芯片。這也是為何如今大多數(shù)國內(nèi)大廠如華為、阿里等，都選擇用Arm架構(gòu)。

當然，如今RISC-V開源指令集架構(gòu)也開始受到國內(nèi)廠商的廣泛關(guān)注，也可以做到在技術(shù)上完全自主，不過這就是另一個故事了。

憂慮與希望

胡偉武評價如今阿里、華為造芯之所以能夠成功，主要由于集成電路的制造門檻已經(jīng)降低了，這并不是刻意貶低。而是釋放出一種憂慮，因為芯片雖然成功造出，但并沒有形成真正的技術(shù)壁壘。

胡偉武透露只需要兩三億元，就可以在不用一個研究員的情況下造出一個手機芯片，因為如今所有的IP都可以買得到。如果不會設計，還可以付費讓國內(nèi)一些企業(yè)做好，再找臺積電或者中心國際將芯片封裝完成，一顆全新的芯片就做好了。

在當前時間段，選擇這樣去做并沒有什么不好，甚至可以顯著地降低企業(yè)的成本，讓國內(nèi)芯片廠商增加自己的競爭力。同時還可以通過市場來培養(yǎng)大量的高端集成電路人才，來彌補過去幾十年所欠缺的空白。

而讓胡偉武真正憂慮的是，國內(nèi)廠商在使用Arm架構(gòu)的同時，也需要堅持研發(fā)自己的架構(gòu)，做到自己定義指令集，自主生產(chǎn)半導體制造設備，設計自主可控的處理器，采用自主定義的接口，GPU、網(wǎng)絡協(xié)議、操作系統(tǒng)，都可以實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。

實話說，在過去經(jīng)濟全球化的市場格局下，這種提議顯然是不符合市場規(guī)律的，因為什么東西都要自己來，顯然是無法競爭的過全球一起合作制造出的產(chǎn)品。并且分工合作，不僅能夠有效降低成本，還能讓這個市場更加專注，做出性能更強勁的芯片。

比如日本專注于半導體原材料，美國專注于芯片設計IP，荷蘭擁有頂尖的光刻機技術(shù)，韓國以及中國臺灣地區(qū)擁有高端的芯片制造技術(shù)，而中國大陸具有廣袤的市場以及大量的成熟技工。

如今，受到疫情以及中美沖突的影響，全球合作的氛圍已經(jīng)發(fā)生了改變，國產(chǎn)替代的浪潮也開始興起。因此，胡偉武的建議是有必要性和長遠性的。

需要明確的是，想要做到真正的自研太難了，高通與三星都曾自研過核心架構(gòu)，甚至一度做得比Arm的公版核心還要更優(yōu)秀一些，當然還比不上蘋果。

而聯(lián)發(fā)科選擇了堆疊核心這種簡單粗暴的方式來提升芯片的性能，受到性能不足、成本高企的高通最終也放棄了自研核心架構(gòu)，轉(zhuǎn)而學習聯(lián)發(fā)科用Arm公版核心進行堆疊。

三星的自研核心架構(gòu)更是屢屢爆出兼容性問題，最終甚至導致三星的手機部門都不愿意采用自己的芯片，轉(zhuǎn)而采用高通的芯片。因此如果來說，安卓陣營手機芯片廠商基本都是采用Arm公版核心進行堆疊的方式，再交給臺積電或者三星來代工，各家已經(jīng)沒有太大的區(qū)別。

所以，自研架構(gòu)想要成功并不是一件容易的事。好消息是，近幾年國內(nèi)半導體市場景氣高漲，國家政策大力扶持，涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的半導體企業(yè)。也有許多立志做真正全國產(chǎn)芯片的公司誕生，從架構(gòu)、設計、制造到封裝，都全部國產(chǎn)化，中國市場很大，如今也給了這些企業(yè)生存的空間。

當前全球信息產(chǎn)業(yè)主要有兩個體系，一個是Wintel（微軟+英特爾），另一個是AA（安卓+Arm），不論是龍芯架構(gòu)，還是RISC-V，打造第三套屬于中國自主的新生態(tài)，應當成為未來堅定的目標。只有打造自己的企業(yè)，才能掌握主導權(quán)，才能讓產(chǎn)業(yè)有利潤健康發(fā)展。

小結(jié)

集成電路芯片作為核心技術(shù)，最好要有自己的技術(shù)壁壘，現(xiàn)在技術(shù)不強學習別人的路子也沒錯，但最好別忘了最后要走出自己的路。技術(shù)不強就通過研發(fā)去改進，讓產(chǎn)品在使用中不斷迭代優(yōu)化。至少目前來看，龍芯的路走對了。

原文標題：“龍芯之父”胡偉武一語驚人，阿里、華為成功造芯源于門檻太低？

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