龍芯3A5000測(cè)試片交付流片 星星之火可以燎原

　　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。龍芯究竟怎么樣?無(wú)數(shù)篇橫看成嶺側(cè)成峰的報(bào)道給龍芯包裹上了層層迷霧。那么今天，就讓我們一起揭開迷霧下的真相，洞察志士的艱辛與心血。

　　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。

　　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(wú)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(lái)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(lái)，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(lái)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)。時(shí)至今日，龍芯中科公司員工也不過幾百人的規(guī)模。

　　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(lái)個(gè)人，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(lái)的博士生。在資金方面，自2001年成立以來(lái)，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。

　　與之形成鮮明對(duì)比的是華芯通、宏芯和上海一家CPU公司。華芯通成立之初地方政府投資近20億元。宏芯成立后也獲得地方政府和國(guó)資輸血。上海某家公司則獲得核高基01專線扶持。即便是以民營(yíng)企業(yè)自居的華為，也獲得了核高基支持，而且還斬獲了海量政府采購(gòu)，這些采購(gòu)項(xiàng)目都以億計(jì)算，其中僅東莞一個(gè)政府采購(gòu)項(xiàng)目，金額就高達(dá)27億元

　　若以國(guó)外巨頭作參照，則差距更大，最近幾年，Intel每年研發(fā)經(jīng)費(fèi)在100億美元左右，員工達(dá)10萬(wàn)余人。

　　(胡偉武)

　　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。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。近幾年，龍芯的收入穩(wěn)步增長(zhǎng)。

　　4、微結(jié)構(gòu)、主頻和性能

　　龍芯自2001年以來(lái)，共研發(fā)GS132、GS232、GS264、GS464、GS464E、GS464V共6個(gè)微結(jié)構(gòu)，以龍芯及其有限的人力和財(cái)力，實(shí)現(xiàn)了微結(jié)構(gòu)的技術(shù)迭代，相較于國(guó)家非常有限的扶持，龍芯拿出了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過投入的產(chǎn)出。

　　據(jù)悉，龍芯3A4000主頻為1.8G至2G，SPEC2006定點(diǎn)浮點(diǎn)均為20+。這個(gè)成績(jī)已經(jīng)基本追平AMD老一代推土機(jī)、挖掘機(jī)架構(gòu)3G主頻的CPU，同主頻性能接近AMD的Zen。就日常黨政辦公來(lái)說已經(jīng)是性能過剩了。

　　近些年，龍芯專注于微結(jié)構(gòu)的提升，在制造工藝上普遍落后于同時(shí)期其他國(guó)產(chǎn)CPU，比如2015年前后問世的龍芯3A2000，工藝為40nm，而在此時(shí)，國(guó)內(nèi)同行CPU的工藝大多為28nm。2019年問世的龍芯3A4000，制造工藝為28nm，國(guó)內(nèi)同行的工藝普遍為7/16nm。

　　在制造工藝落后國(guó)內(nèi)同行1至2代的情況下，龍芯能夠把CPU性能做到同一檔次水平，實(shí)屬不易。從龍芯3B1500至龍芯3A4000，龍芯在制造工藝處于同一水平的情況下，通過自身設(shè)計(jì)能力，把CPU的性能翻了6倍，SPEC20006測(cè)試每G主頻性能達(dá)到10分，在微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平上是國(guó)內(nèi)數(shù)一數(shù)二的存在。

　　這充分體現(xiàn)了龍芯的CPU設(shè)計(jì)能力，折射出能力建設(shè)和培養(yǎng)比引進(jìn)國(guó)外技術(shù)更重要，與一些高度依賴臺(tái)積電先進(jìn)工藝的廠商形成鮮明對(duì)比。

　　必須指出的是，龍芯3A4000的制造工藝為28nm，后續(xù)升級(jí)制造工藝的潛力巨大，在小改CPU核，采用14/16nm工藝升級(jí)之后，SPEC2006定點(diǎn)浮點(diǎn)成績(jī)有望達(dá)到25至27。

　　5、 龍芯產(chǎn)品。

　　目前，龍芯有龍芯1、龍芯2、龍芯3三個(gè)系列。

　　龍芯1系列芯片的微結(jié)構(gòu)為GS232(部分型號(hào)是GS132)，龍芯1A、1B、1C是龍芯根據(jù)市場(chǎng)需求研發(fā)的低功耗嵌入式芯片。

　　龍芯2系列芯片的微結(jié)構(gòu)為GS264，龍芯2H被用于工控市場(chǎng)。

　　龍芯3號(hào)系列被用于個(gè)人電腦和服務(wù)器，目前主要市場(chǎng)是黨政國(guó)產(chǎn)化替代，在這方面市場(chǎng)份額龍芯相對(duì)于國(guó)產(chǎn)X86和ARM有明顯優(yōu)勢(shì)。

　　6、堅(jiān)持“從開源中來(lái)，到開源中去”

　　誠(chéng)然，龍芯走自主路線，但這并不意味著龍芯是“封閉”的。相反，龍芯堅(jiān)持“從開源中來(lái)，到開源中去”，而且在產(chǎn)業(yè)鏈上下游擁有大量合作伙伴。

　　就軟件來(lái)說，龍芯就選擇擁抱開源。目前國(guó)際上的四大瀏覽器平臺(tái)Firefox、Chrome、Edge、safari，其中Firefox由mozilla完全開源、Chrome的開源版本有Chromium、Edge部分開源、safari基于開源webkit而來(lái)。龍芯同時(shí)支持Firefox瀏覽器和Chromium瀏覽器。

　　瀏覽器的用戶體驗(yàn)有產(chǎn)品皮膚功能特點(diǎn)的因素，更多的則在于內(nèi)部技術(shù)通路的打通。JS引擎作為瀏覽器的三大核心組件之一，對(duì)產(chǎn)品功能和用戶體驗(yàn)有著重要影響，瀏覽器團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間打磨，完成了JIT技術(shù)的研發(fā)，累計(jì)4萬(wàn)多行代碼，并協(xié)助開源社區(qū)人員，完成了MIPS分支在Mozilla和Chromium國(guó)際開源社區(qū)的代碼提交。

　　為了支持黨政信息化業(yè)務(wù)，JS引擎技術(shù)是瀏覽器的核心技術(shù)之一，目前國(guó)內(nèi)從事該技術(shù)的團(tuán)隊(duì)估計(jì)不會(huì)超過20人。為了提升瀏覽器HTML5、WebRTC等音視頻應(yīng)用用戶體驗(yàn)，龍芯完成FFmpeg、libvpx、openH264等基礎(chǔ)視頻編解碼庫(kù)的優(yōu)化，獨(dú)立累計(jì)向開源社區(qū)提交數(shù)萬(wàn)行代碼。為了提升圖形圖像用戶體驗(yàn)，龍芯完成了skia、jpeg、libyuv、pixman等基礎(chǔ)圖形圖像庫(kù)的優(yōu)化并開源，部分已經(jīng)提交到國(guó)際開源社區(qū)，累計(jì)1萬(wàn)多行代碼。

　　另外，龍芯還在2019年4月正式發(fā)布了基于龍芯3B3000 CPU的KVM虛擬機(jī)產(chǎn)品解決方案，可以支持全功能的虛擬化云主機(jī)系統(tǒng)，支持以Spice協(xié)議和QXL虛擬圖形為基礎(chǔ)的云桌面應(yīng)用，支持Openstack等主流云計(jì)算環(huán)境。這是中國(guó)IT企業(yè)首次完成”從CPU到系統(tǒng)”全鏈條虛擬機(jī)產(chǎn)品的自主研制，也使得龍芯CPU生態(tài)系統(tǒng)具備了支撐完整云計(jì)算環(huán)境的應(yīng)用能力。

　　7、關(guān)于自主可控

　　自主，顧名思義，是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不需要給國(guó)外繳納專利費(fèi)，可以自由選擇發(fā)展方向和技術(shù)路線。以龍芯為例，龍芯可以自由擴(kuò)展指令集，比如龍芯擴(kuò)展了上千條指令，形成了自己的LoongISA，使龍芯微結(jié)構(gòu)的浮點(diǎn)性能大幅提升，以至于都能客串DSP。在龍芯最新的白皮書中，指令集已經(jīng)變成了LoongISA2.0。

　　從國(guó)外購(gòu)買指令集授權(quán)的話，比如購(gòu)買ARM授權(quán)不僅要支付頗為不菲的授權(quán)費(fèi)，而且授權(quán)到期要再購(gòu)買一次，外商每一次更新指令集還要再購(gòu)買。每生產(chǎn)一片ARM芯片，都要向ARM支付“ARM稅”。另外，還會(huì)受到很多限制，比如不具備發(fā)展權(quán)，不能擴(kuò)展指令集，只能按照國(guó)外巨頭的劃定路線圖走，跟在身后亦步亦趨。最要命的是，買ARM授權(quán)還有政治風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)遭遇制裁。

　　自主可控還有一點(diǎn)是CPU核必須是自己寫的。縱觀Intel、AMD、IBM、ARM、蘋果、Risc-V的發(fā)展史，CPU核都是迭代演進(jìn)的。不存在橫空出世，一空氣吃成胖子的情況。蘋果半路插隊(duì)，也是拿ARM A8 A9 A15改了3代5款處理器后，才推出了自己的CPU核。伯利克這么牛，Risc-V也是迭代演進(jìn)。就國(guó)內(nèi)來(lái)說，龍芯和申威每一代CPU核的升級(jí)進(jìn)步都有跡可循，是循序漸進(jìn)，迭代演進(jìn)的，其中更是不乏血淚教訓(xùn)。

　　而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)一些ARM CPU，一下子橫空出世，而且不止一次性能與同時(shí)期ARM公版CPU核性能相當(dāng)，或者推出一個(gè)CPU核之后，后續(xù)升級(jí)趨于停滯，IPC在 5年時(shí)間里增長(zhǎng)僅20%，擠牙膏程度足以讓英特爾自慚形穢。這就很讓人對(duì)其的自主性的含金量產(chǎn)生懷疑。

　　申威之所以被認(rèn)為是自主，主要是因?yàn)閺闹噶罴PU核等開始自主研發(fā)。申威有別于引進(jìn)的CPU指令集，是完全自主的，知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主研發(fā)能力不受限制。不會(huì)被斷供、制裁，或停止收取的風(fēng)險(xiǎn)，可以威關(guān)鍵領(lǐng)域提供長(zhǎng)遠(yuǎn)的、可控的供應(yīng)鏈和技術(shù)支撐。能同時(shí)解決“下絆子”、“卡脖子”、“捅刀子”等問題。此外，申威CPU的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、正確性驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)、及測(cè)試封狀等由我方獨(dú)立完成。申威CPU不存在人為安全隱患，現(xiàn)行木馬、病毒無(wú)法攻擊，開展了高等級(jí)安全的特色設(shè)計(jì)。

　　龍芯被符合自主可控，原因也是類似，初步形成了自己的LoongISA，CPU核迭代演進(jìn)技術(shù)路線清晰。而且IP高度自主，龍芯3號(hào)所有CPU中，沒有一款CPU需要到廠家merge第三方IP。尤其是龍芯3A2000和3A3000，除了廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)、單/雙端口RAM以及低速IO單元，每一行代碼(包括CPU核、內(nèi)存控制器、HT控制器、互連網(wǎng)絡(luò)等)以及每一個(gè)定制模塊(包括多端口寄存器堆、鎖相環(huán)、HT PHY、DDR2/3 PHY等)都自主設(shè)計(jì)。

　　8、龍芯3A5000完成測(cè)試片流片

　　日前，網(wǎng)上流傳了一則消息：

　　8月18日，在龍芯中科成立18周年前夕，芯片研發(fā)部定制組赴小湯山，開始了定制組期盼已久的且有著特殊意義的團(tuán)建活動(dòng)。

　　從2018年11月16nm預(yù)研、2019年2月3A5000測(cè)試片正式立項(xiàng)開始,定制組全體員工面對(duì)新工藝，新流程，克服前期資料不完備和人員不足等各種困難與阻力,全身心撲入到測(cè)試片的工作中，全體成員加班加點(diǎn),任勞任怨,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)時(shí)交付芯片。這次活動(dòng)不僅緩解了半年以來(lái)的工作壓力,大家在各種熱鬧的小游戲和愉悅的聚餐中暢所欲言，增進(jìn)了解,消除隔閡。在活動(dòng)中大家積極參與,在感受到團(tuán)隊(duì)游戲的趣味性的同時(shí),也培養(yǎng)了我們的恒心,增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的凝聚力和戰(zhàn)斗力。

　　這是一次有著特殊意義的活動(dòng), 3A5000測(cè)試片順利交付流片的同時(shí)也是向龍芯中科成立18周年的獻(xiàn)禮。希望定制組砥礪前行，勇攀高峰，也祝福龍芯中科越來(lái)越好。乘風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海!

　　據(jù)鐵流了解，這次流片的是測(cè)試片，并非龍芯3A5000量產(chǎn),由于得等測(cè)試片完全正確后才能流片，量產(chǎn)估計(jì)要6至9個(gè)月后。參考龍芯3A2000至龍芯3A3000的升級(jí)，龍芯3A5000進(jìn)度會(huì)很快，因?yàn)樽铌P(guān)鍵的CPU核已經(jīng)在4000上驗(yàn)證過了，龍芯只要對(duì)3A4000內(nèi)核進(jìn)行小改，然后換新工藝即可。估計(jì)明年的這個(gè)時(shí)候會(huì)有龍芯3A5000的SPEC2006成績(jī)了。

　　9、獨(dú)立根生、自立自強(qiáng)

　　龍芯課題組成立18年來(lái)，忍受著社會(huì)上的冷嘲熱諷，用少得可憐的人力和財(cái)力研發(fā)了自己的loongISA，設(shè)計(jì)了6個(gè)微結(jié)構(gòu)，研發(fā)了自己的LCC編譯器，開發(fā)了自己的社區(qū)操作系統(tǒng)loongnix。推出了幾十款產(chǎn)品，涵蓋裝備芯片(十月一日有上千片龍芯經(jīng)過帝都廣場(chǎng))、宇航級(jí)芯片、服務(wù)器芯片，桌面芯片，嵌入式芯片以及這些芯片配套的軟件生態(tài)。構(gòu)建了一個(gè)涵蓋兩三百家企業(yè)，上萬(wàn)名技術(shù)人員的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。而這一切都是一支只有幾百人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成的。

　　實(shí)踐證明，聯(lián)想作整機(jī)利潤(rùn)偏低，英特爾做芯片利潤(rùn)很高。展銳做芯片利潤(rùn)不高，但蘋果做芯片和整機(jī)利潤(rùn)高。華為同樣做芯片和整機(jī)，但主要利潤(rùn)來(lái)自通信設(shè)備，手機(jī)利潤(rùn)非常有限，任正非就批評(píng)余承東手機(jī)利潤(rùn)低。

　　歸根結(jié)底，CPU的價(jià)值在于其所承載的生態(tài)。IT產(chǎn)業(yè)的本質(zhì)是“解決方案為王”，就PC行業(yè)而言，Wintel說了算，聯(lián)想說了不算。就手機(jī)行業(yè)來(lái)說，ARM、谷歌、蘋果說了算，華為、展銳、小米說了不算。

　　目前，在別人的生態(tài)體系里，聯(lián)想、華為已經(jīng)做到極致，跟在洋人身后吃土的道路已經(jīng)走到了頭了。中國(guó)IT產(chǎn)業(yè)的根本出路在于拋開英特爾、ARM、微軟、谷歌，建立自己的技術(shù)體系。只有這樣才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受制于人，信息安全不受制于人。

　　建立自主技術(shù)體系，雖然難度極大，但中國(guó)有市場(chǎng)、有人才、有資金，具備另起爐灶的條件，是有機(jī)會(huì)把事情做起來(lái)的。目前，我們?nèi)钡氖?ldquo;精神之鈣”，缺的是愚公移山的精神，諸多大公司傾向于跟著英特爾、ARM身后吃土賺快錢。

　　鐵流堅(jiān)信，星星之火，可以燎原。

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