2002年9月28日,我国首个拥有自主知识产权的CPU龙芯1号正式发布。这次发布打破了我国没有高性能通用CPU的历史。
我国从60年代开始研究计算机技术,直到80年代初仍在世界上的CPU设计方面拥有很强的实力,但之后便因为多种原因几乎放弃了高性能通用CPU的研发。而CPU是计算机系统和各类电子设备的核心,没有它,直接导致了我国信息产业的发展盈利能力弱,并在技术上受制于人。1999年,中科院计算所所长李国杰就坚持提出了研制高性能通用的计划,研究成果也就是后来的龙芯。

龙芯实体店
五年达到奔四水平
虽然龙芯课题组是2001年成立的,但有着“龙芯之父”称号的胡伟武从2000年11月就开始了龙芯指令系统以及流水线结构的设计。
“我们最引以为豪的还是CPU的系统结构设计,可以说目前世界上最先进CPU的系统结构技术,该有的Godson都有,不少地方还有创新。”胡伟武在2001年Godson运行Linux成功后说道,当时的CPU运行到12.5MHz时,性能已经和50MHz主频的Intel 486类似,尤其是我们的浮点计算能力更好。
至此,龙芯一直坚持基于Linux系统,而在设计过程中龙芯没有提出完全自主知识产权。龙芯项目组最初的三位主要领导之一的唐志敏曾解释过,研制CPU是一项系统工程,龙芯做的是芯片设计部分,而指令系统等软件层次的技术都是采用的已成熟的技术,这也是从效率和产品的兼容性出发去考虑的。
龙芯1号在2002年8月运行程序成功,胡伟武撰文回忆,在1号的基础上,龙芯课题组开始每十五个月就提高3倍性能的“三级跳”。而之后研制出的龙芯2号、2B、2C、2E等产品,都实现了性能的最强。其中2E推出时,已经采用90纳米的工艺,并能实现最高主频达到1.0GHz,最高双精度浮点运算速度每秒40亿次的性能,达到中低档奔腾4的性能。
龙芯是无数个熬夜拼出来的
“龙芯是无数个熬夜拼出来的。”曙光总裁历军在谈到龙芯时,这么向网易科技说到。
不需要龙芯的人自己说,就可以从各类2001年左右的新闻报道中找到他们的生活是怎样的。一个媒体记录着“为了在二十四小时内做更多的事,他们不得不压缩睡眠时间。在他们眼里,几天几夜不睡觉是常有的事,实在困了累了,就趁工作的空档躺上一、两个小时,再不就趴在办公桌上打个盹。”
后来中科龙梦总经理张福新是最初的研发团队核心人员之一,他在最初的三个月鏖战中很少在凌晨四点钟前入睡,而第二天胡伟武虽然不忍心,但也经常8点的样子就叫醒张福新询问进展。
胡伟武的文字也记录着,“连续的熬夜搞得我们吃饭也没胃口,每天只在晚饭时吃一顿。”,“8月10日下午布完线后心里踏实了一些,我和钟石强、杨旭去四环志新桥边上的一个粥铺吃晚饭,才觉得饿坏了。吃完后数数桌上竟有17个空盘子,出来时撑得腰都弯不下来”等。
产业化是龙芯一直的目标
“高性能、通用、一步到位”是计算所所长李国杰从一开始就给龙芯定下的要求。就是说,研发出来的芯片,需要能够产业化、有产品,而胡伟武也表示,兼容性方面的考虑,就是产业化的基础。
由于科研技术没有产品,不少科研项目成了“鉴定会就是追悼会”。而龙芯2号在2005年宣布研制成功,也同时是产业化快速发展的开始。
2005年,龙芯课题组派出骨干成员赴江苏参与组建龙芯产业化基地,也就是现在龙梦科技的前身,而协办单位之一的神州龙芯公司就龙芯CPU的IP核的应用与多家企业签订了产品协议。
狗剩到龙芯
2006年11月,龙芯处理器的英文名正式定位“Loongson”作为产业界推广的品牌,而在学术界继续使用“Godson”,这也许意味着龙芯走出了“狗剩”的年代。
在中国古代的民间,怕养不活就常将孩子的名字起得贱,而这个风俗也被项目组所使用。据胡伟武回忆,当时给设计的处理器起名时,就用的“狗剩”这个传统的小名,希望名贱容易养大,而“狗剩”音译称英文就成了“Godson”。
事后发现,龙芯不只是容易养活,还成长得很快。
也是在同一年,龙芯的产业化进程得到了国外厂商的支持。意法半导体和中科院计算所签约,将负责生产和市场推广,并计划每年销售龙芯1000万颗以上。这也被外接看作龙芯进入了产业化发展的快车道。
最近,龙芯在自己成立公司从事处理器的销售,而意法半导体和龙芯的合作提前结束,龙芯也和MIPS签约,购买了后者的指令授权,这也是龙芯产业化的进一步代表。
龙芯实体店开张
销售国产龙芯电脑
2009年1月,龙芯电脑实体体验店在中关村的一个角落开张。虽然地方不大,但网易科技在现场能感受到支持者对龙芯的热情,因为不到一会儿就有好几个支持者来买了几台龙芯上网本。
国家科技部处长邱成利、计算所所长李国杰、中科龙梦总经理张福新等人都出现在了实体店,并向大家介绍了实体店主推的逸珑2代上网本。
这款使用Linux的上网本,可以很好的胜任互联网浏览器、QQ等聊天工具、以及和微软Office兼容的文档编辑软件。已经实现了基本功能的龙芯上网本受到了很多业内人士的欢迎。工程院院士倪光南就曾在他的办公室很兴奋的向网易科技展示了自己收藏的龙芯上网本。
“上网本这个平台刚好是国产芯片的好机会,这个新的市场谁也没有完全占领。”倪光南这么说道。龙芯也随着实体店慢慢进入了消费者的生活。
龙芯是持久战
胡伟武早就认识到了龙芯是持久战这一性质,因为他认为,在产业发展的过程中,龙芯的性能上去了只是一方面,而龙芯是在打破原来的既得利益者的格局,而且芯片的成功需要应用方面和平台的支持。
他预计,十一五期间,龙芯产业化实体将达到以及规模的销售,而十二五期间将全面铺开并侵占主流电脑市场的份额,最后在十三五期间使龙芯的产业环境辐射出万亿元规模。
胡伟武, 博士生导师,中国科学院计算技术研究所研究员,“龙芯1号”研制组组长,“龙芯”总设计师,全国青联委员。

网易科技:为什么我们要坚持研制自主知识产权的CPU?
胡伟武:CPU是计算机系统及各类电子设备的核心,其设计和制造是技术实力的象征。因为缺乏自主的CPU设计和实现技术,我国信息产业中与CPU相关的许多核心技术及产品仍然主要依赖进口,不仅经济上受制于人,产品的增值空间小、盈利能力弱,而且信息系统的安全乃至国家安全也面临威胁。因此,研制自主知识产权的CPU芯片甚为必要。
网易科技:您个人是怎样开始龙芯研发的?
胡伟武:我参与计算所的CPU开发项目,源于2000年10月一个偶然的机缘。10月中旬,所领导派我到我的母校中国科技大学去进行招生宣传。这是我1991年毕业后第一次回到母校。我回到了我原来工作过的实验室,十年前在那里,我曾经和另外一个同学一起做过一个与8086指令级兼容的处理器作为本科毕业设计。这是一个用400多个74LS系列的芯片搭起来的电路,能够运行8086指令系统中除了十进制和除法指令以外的所有指令。由于没有制版的费用,所有的连线都是手工焊的。这次回去,我看到了我原来做的机器还静静地躺在那里。面对与十年前一样凌乱的实验室和满桌触手可及的芯片、电容、电阻、电烙铁,我有一种重操旧业的冲动,因为十年前那些没日没夜地与逻辑门、触发器、译码器、选择器玩命的日子有一种深深的诱惑,至今我还可以如数家珍地说出好多当前我用过的集成电路芯片的引脚定义。我想到了我们所正在筹备的CPU设计项目,于是我给我的师兄唐志敏打电话,他是计算所系统结构室的室主任,目前正负责计算所CPU设计项目的准备工作。我开玩笑说一、二年之内不把通用操作系统boot起来,提头来见。于是回计算所后,我就开始考虑CPU的指令系统和流水线等问题。
网易科技:我们为什么要选择主攻CPU设计而不是整个处理器?
胡伟武:回顾中国计算机发展的历史,应该说,我们的“祖上”也是挺“阔”的,直到80年代初,我们的处理器设计技术不比人家差多少。落到今天这个地步,很大程度上是吃了不兼容的亏。因为现在计算机中绝大部分费用不是花在硬件上,而是花在软件上。自己设计指令系统,只能图一时痛快;与其它主流指令系统兼容,确实很麻烦,有时为了一条指令就得修改数据通路,增加不少东西,但却可以一劳永逸。
网易科技:我们国家最初没有自己的处理器,是什么原因?
胡伟武:很多人认为我国没有自己的处理器,主要是因为工艺水平上不去,因此,处理器设计不应是计算所的事情,而是做微电子设计的人的工作。诚然,回顾我们国家的处理器设计历史,在80年代后全面落后的一个重要原因是没有自己的制造工艺,导致处理器设计队伍整体上垮掉,人员流失。但后来情况发生了变化,投片已经没有大问题,主要是没有设计。而处理器设计决不仅仅是逻辑设计。处理器设计是大系统,惟有对包括操作系统、编译、体系结构、I/O等在内的整个计算机有全局的把握才能设计出高性能处理器。就好象一个公司,固定资产和资金只提供了必要的条件,关键还在于管理。在通用计算机中,操作系统和系统结构设计的的配合尤为重要,有些指令专门是为操作系统设计的,尤其是在系统安全、存储管理、原子操作、例外处理等方面。
网易科技:Godson从最初的产品就比同主频的国外处理器好,请问技术上有什么特点?
胡伟武:Godson工作在12.5MHz时就有50MHz的486的性能。Godson的流水线结构是我自己觉得比较得意的地方。设计的时候没有参考其它处理器的流水线,完全是凭感觉。Godson流水线包括了若干目前处理器设计中最先进的技术,如流水线动态调度,Tomasulo算法,寄存器重命名,猜测执行,精确例外处理,64位的浮点运算部件,CACHE技术等,并且在某些方面有所创新。
网易科技:目前龙芯的技术和产业化进展都很好,龙芯的下一步发展是怎样的?
胡伟武:龙芯的成功需要持久的努力。最近龙芯研制和产业化工作的一个深刻体会是,每年我们的龙芯研制和产业化工作都取得很大进展,解决很多问题,但老的问题解决后,新的更大更多的问题又出现了。以2008年为例,在2008年我们完成了四核龙芯3号的流片,IP授权和龙芯芯片都实现了十万规模的销售,系统实现了万套规模的销售,在涉及国家安全方面的应用也稳步进展。这些成绩说明龙芯IP和芯片真正得到了批量应用,我们的芯片设计能力、质量设计、技术服务能力均得到了很大的提高。但新的问题还很多,例如目前龙芯产业化的的两个企业规模偏小、盈利能力弱,产学研关系还没有理顺,定位还需要进一步摸索,产品比较单一,目前只是点的突破离建立体系的目标还有很长的路要走等。
为什么龙芯的发展需要持久战?这是由龙芯的目标定位所决定的。龙芯的目标是建立自主可控的信息产业体系,是打破目前以垄断集团获取暴利为目标的信息化模式,探索一条新的节约型的信息化道路。
龙芯要建立自主可控的信息产业体系,也需要建立一个有成千上万家企业参与的生态系统,也需要动员政府使用自主的或开源的办公环境,也需要学校教授自主的或开源的操作系统而不是目前的微软系统。
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